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色譜柱分離技術

2022年11月12日 18:21:04      來源:昭和電工科學儀器(上海)有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:40

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  柱色譜有分配色譜和吸附色譜兩種。分配色譜原理是溶質分子在兩種不同混溶的液相即固定相和流動相之間按照它們的相對溶解度進行分配。吸附色譜其原理是利用混合物中各組分在固定相上的吸附能力和流動相的解吸能力不同,讓混合物隨流動相流過固定相,發(fā)生了反復多次的吸附和解吸過程,從而使混合物分離成兩種或多種單一的純組分。柱層析中通常是吸附色譜。
  在用柱色譜分離混合物時,將已溶解的樣品加入到已裝好的色譜柱頂端,吸附在固定相(吸附劑)上,然后用洗脫劑(流動相)進行淋洗,流動相帶著混合物的組分下移。樣品中各組分在吸附劑上的吸附能力不同,通常來說,極性大的吸附能力強,極性小的吸附能力相對弱一些。且各組分在洗脫劑中的溶解度也不一樣,而被解吸的能力也就不同。非極性組分由于在固定相中吸附能力弱,首先被解吸出來,被解吸出來的非極性組分隨著流動相向下移動與新的吸附劑接觸再次被固定相吸附。隨著洗脫劑向下流動,被吸附的非極性組分再次與新的洗脫劑接觸,并再次被解吸出來隨著流動相向下流動。而極性組分由于吸附能力強,因此不易被子解吸出來,隨著流動相移動的速度比非極性組分要慢得多(或根本不移動)。這樣經(jīng)過反復的吸附和解吸后,各組分在色譜柱上形成了一段一段的層帶,若是有色物質,可以看到不同的色帶。隨著洗脫過程的進行從柱底端流出。每一色帶代表一個組分,分別收集不同的色帶,再將脫洗劑蒸發(fā),就可以得到單一的純物質。
  1、
  柱層析關鍵在于柱子是否裝好和淋洗劑是否選擇恰當。而淋洗劑的選擇是通過TLC確定。TLC的作用除了跟蹤反應進程,檢測試劑和原料純度外,一個重要的用途就是為柱層析選擇適當?shù)牧芟磩?/div>
  目標產物的Rf值在0.2~0.3左右時,通常淋洗劑是采用TLC分析得到的展開劑的比例再稀釋一至兩倍后的溶劑。由于層析柱和薄板不同,即使兩者使用的硅膠都相同,但是在把TLC分析得到的展開劑用在柱層析時,也顯得極性偏大,所以要稀釋,但又不能稀釋太多,否則成了靠擴散作用來分離,效果也不會好。
  需要注意的是:某種樣品在這種展開劑中只顯示一個點,并不等于在別的展開劑中也只顯示一個點。因此在尋找展開劑時,多嘗試幾種比例不同,成分不同的展開劑。展開劑的極性太小,點分不開,極性太大,也分不開,通常以目標產物的Rf值在0.3-0.5為。點不能點得太濃,否則容易重疊不易判斷,因為如果兩個點相近的話,一濃就變成一個點了。板上點的展開的清晰程度和溶劑的極性和物質在該溶劑中的溶解性有關,只有兩者比較合適才能有一個較好的分離效果。
  選擇適當?shù)恼归_劑是首要任務,通常常用溶劑按照極性從小到大的順序排列大概為:石油醚<環(huán)已烷<<甲苯<苯<二氯甲烷<氯仿<**<乙酸乙酯<正丙醇<乙醇<甲醇<水,單純的展開劑通常不能達到很好的分離效果,往往使用混合溶劑。通常使用一個高極性和低極性溶劑組成的混合溶劑,高極性的溶劑還有增加區(qū)分度的作用,常用的溶劑組合有:石油醚/乙酸乙酯,石油醚/丙酮,石油醚/**,石油醚/二氯甲烷,乙酸乙酯/甲醇,二氯甲烷/乙酸乙酯,二氯甲烷/甲醇,氯仿/乙酸乙酯。丙酮,甲醇等溶劑需注意含水量,如含水較多可用無水等干燥劑處理,氯仿需使用無水氯化鈣除去1%的醇。
  展開劑的比例要靠嘗試。很多時候,展開劑的選擇要靠自己不斷變換展開劑的組成來達到效果。通常把兩種溶劑混合時,采用高極性/低極性的體積比為1/2-3的混合溶劑,如果有分開的跡象,再調整比例,達到效果,如果沒有分開的跡象,是換溶劑。有些時候展開劑中加入少量的酸堿物質(乙酸、三乙胺、氨水)會起到很好的分離效果。
  用TLC判斷物質的純度與含量時,往往要和其它分析手段相結合,因為某種樣品在這種展開劑中只顯示一個點,并不等于在別的展開劑中也只顯示一個點。產品點檢測要更多地使用顯色劑,如果僅用紫外燈,會損失較多產品,紫外的靈敏度通常比顯色劑低1-2個數(shù)量級。顯色劑的使用與配制見附1。
  裝柱通常分為濕法和干法兩種,無論干法還是濕法,固定相的上表面一定要平整,并且固定相的高度通常為15㎝左右,太短了可能分離效果不好,太長了也會由于擴散或拖尾導致分離效果不好。干硅膠的視密度在0.4左右,所以要稱40g硅膠,用燒杯量100ml也可以。如果樣品量在100mg以下,則可以考慮使用附2所述方法,使用薄層層析硅膠。
  濕法裝柱柱效比較高,適合分離少量的比較難分離的物質,通常使用200~300目的硅膠,顆粒比較粗的硅膠(200目以下)因為不易調成糊狀,所以不適合濕法裝柱。
  在清潔干燥的層析柱(無砂芯柱)下端放置少量脫脂棉,再鋪約0.5㎝厚的石英砂或鋪平,然后進行裝柱。將吸附劑(氧化鋁或硅膠)用洗脫劑中極性zui低的洗脫劑調成糊狀,在柱內先加入約3/4柱高的洗脫劑,再將調好的吸附劑邊敲邊倒入柱中,同時,打開下旋活塞,在色譜柱下面放一個干凈并且干燥的錐形瓶或燒杯,接收洗脫劑。當裝入的吸附劑有一度高度時,洗脫劑下流速度變慢,待所用吸附劑全部裝完后,用流下來的洗脫劑轉移殘留的吸附劑,并將柱內壁殘留的吸附劑淋洗下來。在此過程中,應不斷敲打色譜柱,以使色譜柱填充均勻并沒有氣泡。柱子填充完后,在吸附劑上端覆蓋一層約0.5cm厚的石英砂或。覆蓋石英砂或的目的是:a使樣品均勻地流入吸附劑表面;b當加入洗脫劑時,它可以防止吸附劑表面被破壞。在整個裝柱過程中,柱內洗脫劑的高度始終不能低于吸附劑zui上端,否則柱內會出現(xiàn)裂痕和氣泡。
  干法裝柱是指將干的固定相直接倒入層析柱中,也可以先在層析柱中加入3/4的洗脫劑,然后倒入固定相。干法裝柱快速便捷,分離混合物時如無特殊要求通常采用干法。EI
  干法快速裝柱通常如下操作。在清潔干燥的層析柱(無砂芯柱)下端放置少量脫脂棉,將液體出口覆蓋,脫脂棉要壓緊且上端平整,也可加入石英砂或使其平整。一次性加入層析需要的所有硅膠,然后再輕輕敲打柱子,至硅膠界面平整且不再下降為止。然后用真空泵直接抽,可以間斷的開啟關閉活塞,使硅膠更密實。
  干法裝柱后要用洗脫劑平衡裝好的層析柱,通常用低極性的洗脫劑淋洗至溶劑于硅膠之間吸附放熱現(xiàn)象消失為止,這一點尤其在待分離物質極性比較小和對熱敏感的時候非常重要。
  22
  上樣也有干法和濕法之分。
  干法就是把待分離的樣品濃縮后用少量溶解度較好的溶劑溶解后,在加入剛好可以吸附溶劑量的硅膠,拌勻后再旋蒸去溶劑。如此得到的粉末再小心加到柱子的頂層。干法上樣較麻煩,但可以保證樣品層平整。需要注意的是硅膠的用量,硅膠用量太大,樣品量變多,不利于樣品的分離;硅膠用量太少,如遇溶解度差的產品會堵塞整個層析柱,導致流速變慢甚至不流。硅膠用量通常規(guī)則:①液體樣品,稱2-3倍于上樣量的硅膠用于吸附樣品,稱10-25倍于上樣量的硅膠用于填充固定相;②油狀樣品,稱1.5-2倍于上樣量的硅膠用于吸附樣品,稱10-25倍于上樣量的硅膠用于填充固定相;③固體樣品,稱1-1.5倍于上樣量的硅膠用于吸附樣品,稱10-25倍于上樣量的硅膠用于填充固定相;如果極難分,也可以用50-100倍量的硅膠裝柱。
  濕法上樣就是用少量溶劑(就是展開劑,如果展開劑的溶解度不好,則可用一極性較大的溶劑,但必須少量)將樣品溶解后,再用膠頭滴管轉移得到的溶液,沿著層析柱內壁均勻加入。然后用少量淋洗劑洗滌后,再加入。濕法較方便,少量樣品通常采用此法。
  淋洗劑是將分離物從吸附劑上洗脫下來所用的溶劑,所以也稱為洗脫劑或簡稱溶劑。其極性大小和對被分離物各組分的溶解度大小對于分離效果非常重要。如要淋洗劑的極性遠大于被分離物的極性,則淋洗劑將受到吸附劑的強烈吸附,從而將原來被吸附的待分離物“頂替”下來,隨多余的淋洗劑沖下而起不到分離作用;如果淋洗劑的極性遠小于各組分的極性,則各組分被吸附劑強烈吸附而留在固定相中,不能隨流動相向下移動,也不能達到分離的目的。如要淋洗劑對于被分離物各組分溶解度太大,被分離物將會過多、過快地溶解于其中并被迅速洗脫而不能很好地分離;如果溶解度太小,則會造成譜帶分散,甚至不能分開。常用溶劑的極性大小次序也因所用吸附劑的種類不同而不盡相同,初步確定后再上柱分離。如要所有色帶都行進甚慢則應改用極性較大溶解性能也較大的溶劑,反之則改用極性和溶解性都較小的溶劑,直至獲得滿意的分離效果。
  除了分離效果外還應當考慮:①在常溫至沸點的溫度范圍內可與被分離物長期共存不發(fā)生任何化學反應,也不被吸附劑或被分離物催化而發(fā)生自身的化學反應;②沸點較低以利回收;③毒性較小,操作安全;④適當考慮價格是否合算,來源是否方便;⑤回收溶劑通常不應作為zui終純化產物的淋洗劑。
  淋洗劑的用量往往較大,故使用單一溶劑以利回收。只有在選不出合適的單一溶劑時才使用混合溶劑?;旌先軇┩ǔS蓛煞N可以無限混溶的溶劑組成,先以不同的配比在薄層板上試驗,選出配比,再按該比例配制好,像單一溶劑一樣使用。如要必須在層析過程中改變淋洗劑的極性,不能把一種溶劑迅速換成另一種溶劑,而應當將極性稍大的溶劑按一定的百分率逐漸加到正在使用的溶劑中去,逐步提高其比例,直至所需要的配比。一條經(jīng)驗規(guī)律稱為“冪指數(shù)增加”,例如,原淋洗劑為環(huán)己烷,如欲加入二氯甲烷以增加其極性,則不應立即換為二氯甲烷,而應使用這兩種溶劑的混合液,其中二氯甲烷的比例依次為5%,15%,45%,zui后再換為純凈的二氯甲烷。每次加大比例后,須待流出液量為吸附劑裝載體積的3倍時再進一步加大比例。這只是通常方法,其目的在于避免后面的色帶行進過快,追上前面的色帶,造成交叉帶。但如果兩色帶間有很寬闊的空白帶,不會造成交叉,則亦可直接換成后一種溶劑,所以應根據(jù)具體情況靈活運用。
  柱層析實際上是在擴散和分離之間的權衡。太低的洗脫強度并不好,推薦用梯度洗脫。通常情況下收集的情況如下:10mg上樣量,1g硅膠,0.5ml收一餾分;1-2g上樣量,50g硅膠,20~50ml收一餾分。具體情況要看待分離的物質決定,附2文有一定參考價值。
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