第四章--液相层析分离法

1、第四章 液相层析分离法,19世纪中叶已有人做过这样或那样的色层分离实验,但系统地研究和介绍色层分离法的,一般公认最早的为波兰植物学家M茨维特。,层析法又称色层法,按流动相分类,按原理分类,纸色层：滤纸吸附的水作固定相，有机溶剂作流 动相。 薄层色谱：把吸附剂粉末舖成薄层作为固定相。 本章仅讨论纸色层、薄层色谱法。,第一节、纸色层,微量操作技术，简、分离效率高、但分离速度慢,、基本原理 纸色层纸上萃取色谱，它和萃取一样，它也是根据不同物质在两相间的分配比不同而进行分离的（相当于逆流萃取）。,1.层析缸 2.滤纸 3.原点 4.展开剂 5.前沿 6.7.斑点,1,2,3,4,5,6,7,3,x,y

2、,Rf的计算,2. 比移值Rf,组份分离后,它们在滤纸上的位置用比移值Rf表示.,定义:,x,y,Rf的大小取决于溶质在二相间的分配系数 及滤纸的性质. 不同的组分具有不同的分 配系数, 因而也就有不同的Rf. 这就是定 性的依据.,3. 影响Rf的因素,(1). 欲分离物的本性:物质在两相的分配系数,决定了它的Rf大小;,(2). 层析溶剂:同一组分在不同溶剂中Rf不同。通常应选这样的层析剂，使溶质的Rf在0.05 0.85之间,不同组分的Rf差值0.05.,(3). pH:影响它们的存在状态,(4). 滤纸:质地均一、厚薄适当、具有一定机械强度、不含杂质,(5). 温度:在层析缸中用红外灯

3、照射。温度会影响溶质的分配系数及流动相的扩散速度。层析操作应在恒温下进行，温度不超过 0.5oC,(6). 展开方式:展开方式不同,Rf也不同。下行法的Rf最大，上行法的Rf较小，环行法的 Rf也不大。,操作技术 (1). 滤纸(担体) 滤纸的选择 a. 要求滤纸质地均匀、平整无折痕边缘整齐 b. 要求滤纸的纤维松紧适宜 c. 滤纸的杂质含量少,层析滤纸的性能与规格,滤纸的处理 以0.1 0.4 mol/L HCl (或 2 mol/L HAc)浸泡数小时, 除去无机杂质后, 取出用蒸馏水洗净, 再将滤纸放在丙酮-乙醇( 1 : 1 )中浸泡 一周时间, 除去有机杂质, 再取出风干备用.,固定

4、相 纸层析以吸着在纤维素上的水作固定相。 反相纸层析用甲酰胺、二甲基甲酰胺、丙二醇等作固定相。 若分离芳香油等非极性物，以石蜡油、硅油作固定相。,(2). 试样 A.试样的溶解 尽量避免用水。一般用乙醇、丙酮、氯仿等，最好采用与展开剂极性相似的溶剂。液体样，直接点样。,点样方法 a先用铅笔在距纸条一端2 3 cm处划一条直线（起始线）并在线上隔一定距离划一“x”号表示点样位置；见下示意图：,b.点样工具：微量注射器、毛细滴管（0.5 mm) ；,c.点样方法：用点样工具吸取试液轻轻与“x”号接触，使点样的斑点直径为0.2 0.5 cm, 每次点样2 20 l于滤纸上，以冷风吹干；,d. 干后，

5、将纸的两边用线缝好，以圆筒形式置于层析缸中展开。,C. 展开 展开剂 展开剂的选择： 欲分离物在两相中的溶解度； 展开剂的极性 展开剂与欲分离物间应无化学反应 欲分离物在展开剂中的分配系数最好不受温度的影响 欲分离物在两相间的分配平衡瞬间达到,展开剂 水饱和的正丁醇、正戊醇、酚、四氯化碳、氯仿、苯、丁酮、丙酮、有机酸、有机碱，有时也加入一定比例的无机酸、无机碱、甲醇、乙醇等,b.展层方法：展层前，层析缸与已点样滤纸必须予先经水蒸汽、溶剂蒸气饱和。方法：将溶剂和水置于分液漏斗中充分振荡，分层后，将水层放入小烧杯内，置于层析缸中平衡一段时间，使滤纸吸饱蒸汽，然后移去小烧杯，将溶剂倒入溶剂槽中，立即

6、将点好样的滤纸的一端浸入溶剂槽内展层。,上行法,将点有试样的滤纸条的下端浸入溶剂（但不能浸没点样处）上端固定在层析缸的上部，保持垂直，将缸密闭，使溶剂沿下端上升而展层。待溶液上升到距离纸上端3 4 cm 时，将滤纸取出，用铅笔在溶剂前沿处画线作记号（见右图）,对于 Rf 十分接近的物质可采取连续挥发的色谱法,纸条的上端暴露在层析缸外，以便令上升的溶剂挥发；,b. 只要保持纸条下端与溶剂面接触，溶剂便能不断地上升而挥发，展层过程就自动连续地进行；,c. 若溶剂沸点100oC，则可在纸条暴露部分用红外灯烘烤，促使溶剂挥发；,d. 该法不能测量前沿，但可达分离的目的。,b.下行法,溶剂自纸的上端向下

7、降（借助于重力的作用），具有分离速度快及连续挥发色谱的优点。,玻片,玻璃棒,原点,玻皿,剪成锯齿状，便于溶剂滴下,c.环行法 又叫径向色谱法。这是一种既快又方便的方法。取一张圆形滤纸在直径的两边各画两根平行线，用剪刀沿这两根线剪至圆心处，在纸的中央滴上试液，干后，将滤纸夹在两个大小相同培养皿之间，使剪开的纸条的尾端浸入流动相。,d. 双向展开法,有时用一种溶剂不能将样品中组份分开时，可以试用双向展开法。该法是用正方形或长方形滤纸，在纸的一角上点样，先用一种展开剂朝一个方向展开，展开完毕，待溶剂挥发后，再用另一种展开剂朝与原来垂直的方向进行第二次展层。,若前后二次展开剂选择适当，可使各种组份完全

8、分离。例如，氨基酸的分离可用此法。双向展开法也可以二次使用同一种展开剂展层。,D. 显色,展层后，将滤纸从层析缸中取出，用铅笔在溶剂前沿作记号,a. 有色物：直接观察各个色斑,无色物： 物理法显色：用紫外灯照，观察有无吸收或发出各种不同颜色的荧光斑点，并用铅笔画下斑点的位置及大小。,. 分析 定性：各物质有各物质的Rf。为了查明未知物的组成，最好是在同样条件下与已知的纯物质做对照实验,化学法显色：利用各种物质的特性反应，喷洒适当的显色剂，若被分离的物质含有羧酸，可喷酸碱指示剂溴甲酚绿，当斑点呈黄色，说明羧酸确实存在；若被分离的物质含有氨基酸，则可喷茚三酮，多数氨基酸呈紫色，个别氨基酸呈黄色。其

9、它化合物所用显色剂可从手册里查阅。,x,y,Rf 的计算: Rf= x / y,x1,x2,y,Rf的计算: Rf 1= x1 / y Rf2 = x2 / y 这样每一个斑点用两个Rf 来描述,定量 剪洗法：将斑点剪下，用适当的溶剂洗脱，然后用各种仪器方法（如红外、紫外、原子吸收、发射光谱），也可将斑点剪下灰化，再用适当的溶剂溶解，测之。 比较法：经纸色谱将各种组份分开后，可在相同条件下，制得标准系列图谱，与待测斑点颜色、面积进行比较，确定其可能的含量。 反射散射光谱法：,物质受光照射时，通常发生两种不同的反射现象（即镜面反射与散射）。镜面反射 同镜子反射一样，光线不被物质吸收，反射角等于入

10、射角；散射则必须满足Kubelka- Munk 方程式： 其中，R = IR / I0，I0、IR分别为入射光与散射光强度，S为反射系数，K为线性吸收系数， 为被测物的摩尔吸光系数，C为被测物的物质的量浓度，K = /S。 仪器上显示的反射散射吸收值为AR = lg I0 / IR = lg 1 / R 。由上可建立方程组：,（2）式代入（1）式，得：,（3）式即为反射散射吸收光谱测量值F与C的定量关系；若以F为纵坐标、C为横坐标，则可得一截踞为2的直线，斜率为K。,图1. 反射散射附件的光路示意图 M: 反射镜; S: 样品: PC: 光电管,1,2,3,4,s,M,PC,M,1长颈漏斗，

11、2滤纸， 3垫板， 4抽滤瓶,F. 应用,例氨基酸的分离（固定相为水）,例2. 糖的分离(固定相为水),例脂肪酸的分离（固定相为水）,例4. 胺类的分离（固定相为水）,例5. 醇、酚的分离（固定相为水）,例核酸降解物（核苷酸、嘌呤、嘧啶碱基）的分离（固定相为水）,例. 其它类的分离（固定相为水）,例8无机应用（固定相为水）,例9生物学应用,Fe,Cu,Co,Ni,Ni,Ni,Ni,Ti,Mo,黑毛,红毛,黄毛,白 毛,兔毛的色谱图,毛发是这样,皮肤是否是这样 ? ?,取不同颜色兔毛(300 500 mg), 干法灰化, 溶于稀HCl 中,用 丙酮 : 丁醇 : HCl = 10 : 4 : 2

12、, 展开后,显色,用纸色谱法分离A、B两种物质，在某条件下两物 质的比移值Rf分别为0.36、0.40。设A、B两物质 斑点的直径分别为0.2 cm,0.4 cm,当展开剂的前 沿达到10 cm时，A、B能否完全分离?,设A、B两物质色谱斑点的中心距原点分别为x1,x 2 cm,则 x1/10 = 0.36 x2/10 = 0.40 x2-x1 = (0.40-0.36)10 = 0.4(cm) 欲分离两物质，两斑点中心距离至少为 (0.20+0.40)/2 = 0.30cm, 而实际两斑点中心距离为0.4 cm , 故在此条件下A B两物质可得到完全分离。,用纸色谱分离混合物中物质A和B，已

13、知两者的比移值分别为0.50和0.60，问欲使层析后斑点显著分开，斑点间至少间隔1cm，(斑点直径都是1cm)问滤纸应截取多长？,解：,设前沿为l，原点到A、B斑点中心距离分别为a、b，两斑点间至少间隔1cm，那么两斑点中心相距为2.0cm，则可列出：,原点应距滤纸下端4cm，前沿应距滤纸上端2-3cm，应截取滤纸长20+4+2=26cm,滤纸条应截取26-27cm长。,用纸色谱法分离A、B两种物质，在一定条件下A、B两物质的比 移值分别为0.35,0.45，设A、B两物质色谱斑点的直径分别为 0.50cm和0.80cm,要求展开剂前沿至少达到多少厘米时，A和B才 能完全分离?,设x1, x2

14、分别为AB两物质斑点距原点的距离： 则 x1/y=0.35 x2/y =0.45 x2-x1=0.40+0.25=0.65 又 x2-x1=(0.45-0.35)y =0.65 y =6.5(cm),纸色谱法分离混合离子,若混合离子极性大小顺序为ABC,用弱极性有机溶剂展开后其Rf值大小顺序为_。,C, B, A,第二节、薄层色谱法,原理和特点,原理: 当展开剂从薄板上固定相的空隙中通过时, 由于各组分的K的不同和足够多次的分配.,特点: 装置简、操作方便 展开时间短 样品负荷量大、斑点扩散少,缺点：Rf值的重复性差,克服办法：标样和试样在同一块板上展开,同一张色谱图可用不同的试剂显斑，也可用

15、浓硫酸等强氧化剂或在400 500 加热碳化检出。 适用面广，可用不同吸附剂或展开剂。,吸附剂（固定相） 决定吸附性能的因素：吸附剂的化学组成、活性、表面积,要求： 合适的吸附力 与展开剂、被吸附物质均不起化学反应 粒度细小而且均匀（范氏方程，减少涡流扩散项）,对不同的组分有不同的吸附量,因而能较好的把试样中各组分分离。,在所有的溶剂和洗脱剂中不溶解。,（）氧化铝,层析用的商品氧化铝根据制备的酸度不同可分为如下三种类型：,a酸性氧化铝：pH=3.54.5,适用于分离酸性化 合物，如某些酸性色素、二羧酸氨基酸、酸性多肽 以及对酸性稳定的中性物质。,b 中性氧化铝：pH=6.97.1,应用较广泛，

16、适用 分离生物碱、挥发油、萜类、甾体、蒽醌以及在酸 碱中不稳定的酯、内酯等化合物。可用于分离酸 性或碱性氧化铝分离的物质,C 碱性氧化铝:pH=910，酸性较强的化合物在碱性氧化铝上吸附的很牢（所以，酸性物质分离不好），故通常用于分离碳氢化合物、生物碱类和对碱性物质比较稳定的中性物质、碱性物质。,一般薄板要求把氧化铝活化成 级使用,氧化铝的活性与含水量密切相关（含一定量的水份时，吸附剂表面的吸附中心会被水分子占据）,故加热驱除水活化；加入一定量的水失活, 100 150oC, 除去Al2O3中与羟基结合的部分水份，使Al2O3有一定的活性 150 300oC， Al2O3活性达 级 300 4

17、00oC，Al2O3活性达 级 600oC， Al2O3进一步脱水并开始烧结,由于脱水过程受到许多因素的影响，因此，每批生产的Al2O3 ，其表面积和表面孔穴结构并不一致，活性也不相同。,Al2O3活性的测定：取20 L染料溶液（偶氮苯30 mg、对甲氧基偶氮苯、苏丹黄、苏丹红、和对氨基偶氮苯各20 mg ，溶解于50 mL CCl4中），加到薄板上，用CCl4展层，根据下表确定活性。,市售的供薄层色谱用的Al2O3有: Al2O3 H氧化铝中无粘合剂 Al2O3 G氧化铝中含煅石膏（一般5煅石膏）煅石膏CaSO4，作为粘合剂 Al2O3 HF254氧化铝中不含煅石膏，仅含荧光指示剂（在254

18、 nm下呈黄绿色荧光） Al2O3 GF254氧化铝中既含煅石膏又含荧光指示剂（在254 nm下呈黄绿色荧光） 上述商品可以直接调料涂敷（1份料，2份水调合）,（）硅胶（吸附性较Al2O3弱）,硅胶是微酸性吸附剂，且适用于酸性、中性物质的分离（如有机酸、氨基酸、萜类、甾体）碱性物质则能与硅胶作用（当用中性溶剂展层，碱性物质有时停留在原点不动，或者得到拖尾的斑点，而不能很好的分离）,注:硅胶薄层的活化温度不能高于200oC,硅胶的吸附能力也跟其含水量有关，其吸附 能力也分为五级,硅胶的结构为:,硅胶活性的测定：称取二甲黄、苏丹红、靛酚蓝各40mg溶于100 mL 苯中，将此混合液滴加于薄层上，用

19、石油醚展开10 cm，混合物应不动；如用苯展开，则应分成三个斑点，其Rf值分别为：二甲黄0.58，苏丹红0.19，靛酚蓝0.08（展层时间30 45 min），则认为此硅胶合格。经本法测定的活性与Al2O3活性 级相当。,薄层用商品硅胶有：硅胶H（不含粘结剂）、硅胶G（含粘结剂煅石膏）、硅胶HF254（含荧光物质的硅胶）硅胶GF254（含有煅石膏和荧光剂）,此外，硅藻土、硅酸盐、杂多酸盐、聚酰胺、纤维素也可用作吸附剂。,(3). 选择吸附剂的规律：,极性物质被极性表面的吸附剂吸附；,亲水性的吸附剂适用于在非水溶液中吸附物质；,疏水性的吸附剂适用于在水溶液中吸附物质,展开剂（流动相）,展开剂的洗

20、脱作用实质是展开剂分子与欲分离组分竟争占据表面吸附中心的过程。 强极性展开剂分子占据吸附中心的能力强，所以，有强的洗脱作用，非极性展开剂分子占据吸附中心的能力弱，所以，有弱的洗脱作用。 （1）常用展开剂的极性： 石油醚环己烷二硫化碳四氯化碳三氯乙烯苯甲苯二氯甲烷氯仿乙醚乙酸乙酯丙酮乙醇甲醇吡啶酸,（2）欲分离组分的极性： 饱和碳氢化合物系非极性化合物，不被吸附或吸附不牢。在其结构中引进某些功能团则极性增加。取代基团极性越强，整个分子极性越强。常见功能团按其极性增加的顺序是： 烷烃烯烃醚类硝基化合物二甲胺酯类酮类醛类硫醇胺类酰胺醇类酚类羧酸类,当有机分子的基本母核相同时，极性基团越多，整个分子的

21、极性越大 分子的双键越多，吸附能力越强；共轭双键越多，吸附能力越强 分子中取代基团的空间排列对吸附性也有影响，如同一母核中羟基处于能形成内氢键位置时，其吸附能力弱于不能形成内氢键的化合物,（3）展开剂选择的基本原则,吸附薄层,分配薄层 展开剂的选择原则是根据物质在展开剂的溶 解度，或根据物质在固定相和流动相中的分配系 数不同而进行的一般在选择展开剂时可将试样 中各组分溶解度相差最大的溶剂组成展开剂,离子交换薄层 展开剂是根据被分离物质是酸还是碱，是阴 离子还是阳离子,凝胶薄层 常用于分离不同分子量的非离子化分子的混 合物常用的展开剂是水或盐的水溶液、缓冲液 等,4. 操作技术,（1）制板,玻璃

22、板 a .平整、去油、去污（可用浓H2SO4-K2CrO7洗液浸洗，或丙酮擦洗，自来水洗净后，烘干）b. 玻璃板的尺寸根据自己的需要自由选择，小的可用2.57.5cm的载玻片, 大的可用20 20cm的玻片。,涂布液 取一定量的吸附剂放入研钵中，加入需要的水或适当的溶剂，研磨时间以调成稀糊状为度，当浓度均一后，即成胶状物，色泽洁白为最佳，立即倾入玻璃板上，用下述方法涂布。 涂布方法: 玻棒涂布,玻片刮涂 倾斜涂布（利用流平性）-简，但均匀性差 涂布器,活化 薄板首先风干，否则湿板一下加热到高温，烘出的薄板很酥松，使用效果不好。 氧化铝G板在150 160oC, 烘4小时(级左右) 硅胶G板在1

23、10oC烘1小时 薄板经活化后，一定要储藏在密闭的干燥器或烘箱中备用。,(2)点样 适当的点样量，集中的斑点是得到一个好的色谱的必要条件。如何才适当？不同的分离要求、不同的薄板（有厚有薄）、不同的吸附剂（性能不一），需要不同的点样量。从下图可见：点样量少了，不易检出；点样量多了，易拖尾或扩散，影响分离效果。,0.1,2,50,300,0.5,0.3,0.1,Rf,g,纯物质的鉴定，若又有高灵敏度的显色剂，点样量只需g或ng；,若进行天然物或中间产物的分离时，点样量需 50 g几百微克；,若进行制备色谱，进样量可达1mg。,点样时可用内径约1mm，管口平整的毛细管或微量吸管吸取试液后，轻轻接触板

24、面，分数次滴加样品。,注意点： a.溶解试样的溶剂最好是挥发性的 b.点样宜分几次点加,即点一次后, 用吹风机的冷风吹干, 再点, 再吹干, ., 反复,直到点完所要求的量 c. 点样量的体积尽可能小些(2 10L左右) d. 点样最好是在密闭的室中或比较干燥的环境下完成, 避免薄板吸水降低活性.,15cm,2.5cm,1.5cm,溶剂前沿,（）展层 薄层的展开需在密闭的器皿中进行，密闭容器应用展开溶剂予先饱和。展开方式和纸层析相同。但不加粘合剂的薄板只能作近水平式（与平面成20 10oC角）的上行或下行的展层而不能垂直展层。,把点好样品的薄板浸入0.5cm深的适宜展开剂中，当展开剂移动至离起

25、点约10 20cm处(约30min)，将薄板取出放平，用铅笔或小针记下溶剂前沿的位置后，在室温干燥或烘箱内干燥，测其Rf值。,注意：每次的展层距离要固定，以便Rf值的重复,二次展开 对于组成比较复杂的试样，一次展开不能使 各组分完全分离，可用另一种（或同一种）展开 剂进行第二次展开,连续展开 某些组分比移值较小且分离较难，可采用连 续展开,双相展开 对组分较多性质接近的难分离试样，用双向 展开可获得较好的效果,（）检出,a.本身是有色物，可以直接观测斑点的位置和颜色 b.本身无色但在紫外线的照射下会发出不同颜色的荧光 c.薄板本身有荧光（硅胶HF254+366, 硅胶GF254, .), 欲测物吸收紫外线, 在荧光背景下呈暗色,d.多数有机物, 喷10 50% H2SO4(或铬硫酸)并在100