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【药物分析】基础知识巩固篇——有关柱层析的一些心得
发表于:2019-10-09 浏览:670

  常说的过柱子应该叫柱层析分离,也叫柱色谱。我们常用的是以硅胶或氧化铝作固定相的吸附柱。由于柱分离的经验成分太多,所以下面就几年来过柱的体会写些心得,希望能有所帮助。


  1、吸附剂

  常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、氧化镁、碳酸钙和活性炭等:吸附剂一般要经过纯化和活性处理,颗粒大小应当均匀。对吸附剂来说粒子小、表面积大,吸附能力就高,但是颗粒小时,溶剂的流速就太慢,因此应根据实际分离需要而定。供柱色谱使用的氧化铝有酸性、中性和碱性3种。酸性氧化铝是用1%盐酸浸泡后,用蒸馏水洗至氧化铝的悬浮液pH为4,用于分离酸性物质;中性氧化铝的pH约为7.5,用于分离中性物质;碱性氧化铝的pH约为10,用于胺或其它碱性化合物的分离。

  因硅胶略带酸性,只能用于对酸不敏感的化合物的分离。常用300-400目的柱硅胶或H硅胶。若化合物的Rf值相差较大,则可考虑使用200-300目硅胶以加快层析速度。

  另:因吸附剂的比表面较大,天气潮湿时或长期放置中吸附的水分会对分离效果产生极大的影响(相当于大大增加了固定相的极性导致样品分不开),因此应将吸附剂放入90~100度烘箱内烘2小时后,取出在干燥器中冷却后再使用。使用的硅胶,不用时一定要密封,防止吸潮。TLC所用的硅胶板一定要保存在干燥器里面,或使用前在红外烘箱里干燥一段时间。


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  2、溶质的结构与吸附能力的关系

  化合物的吸附性与它们的极性成正比,化合物分子中含有极性较大的基团时,吸附性也较强,氧化铝对各种化合物的吸附性按以下次序递减:

  酸和碱>醇、胺、硫醇>酯、醛、酮>芳香族化合物>卤代物、醚>烯>饱和烃


  3、柱子分为:加压,常压,减压

  压力可以增加淋洗剂的流动速度,减少产品收集的时间,但是会减低柱子的塔板数。所以其他条件相同的时候,常压柱是效率最高的,但是时间也最长,比如天然化合物的分离,一个柱子几个月也是有的。

  加压柱是一种比较好的方法,与常压柱类似,只不过外加压力使淋洗剂走的快些。压力的提供可以是压缩空气,双连球是常用的手动加压的方法。特别是在容易分解的样品的分离中适用。压力不可过大,不然溶剂走的太快就会减低分离效果。个人觉得加压柱在普通的有机化合物的分离中是比较适用的。

  体会:过柱时是否加压要具体分析,通常情况下直径比较粗的柱子用常压即可,因其横截面积的缘故淋洗剂的流速已足够快。通常控制柱子下端液体流速大约在0.5~1滴每秒的范围比较合适。

  减压柱能够减少硅胶的使用量,感觉能够节省一半甚至更多,但是由于大量的空气通过硅胶会使溶剂挥发(有时在柱子外面有水汽凝结),以及有些比较易分解的东西可能得不到,而且还必须同时使用水泵抽气(很大的噪音,而且时间长)。一般不推荐使用。


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  4、柱子的尺寸

  从理论上讲应该是粗长的好。柱子长了,相应的塔板数就高。柱子粗了,上样后样品的原点就小(反映在柱子上就是样品层比较薄),这样相对的减小了分离的难度。试想如果柱子十厘米,而样品就有二厘米,那么分离的难度可想而知,恐怕要用很低极性的溶剂慢慢冲了。而如果样品层只有0.5厘米,那么各组分就比较容易得到完全分离了。当然采用粗大的柱子要牺牲比较多的硅胶和溶剂了,不过这些成本相对于产品来说也许就不算什么了。

  现在见到的柱子径高比一般在1:5~10,书中写硅胶量是样品量的30~40倍,若需要时可增至100倍,具体选择要具体分析。如果所需组分和杂质分的比较开(是指在所需组分Rf在0.2~0.4,杂质相差0.1以上),就可以少用硅胶,用小柱子(例如200毫克的样品,用2cm×20cm的柱子);如果相差不到0.1,就要加大柱子,我觉得可以增加柱子的长度,也可以减小淋洗剂的极性等等。

  细长柱子可以增加塔板数,但是也会增加过柱的时间使样品在固定相中扩散影响分离效果。


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  5、溶剂

  溶剂的选择是重要的一环,通常根据被分离物中各种成分的极性、溶解度和吸附剂的活性等来考虑先将要分离的样品溶于一定体积的溶剂中,选用的溶剂极性应低,体积要小。如有的样品在极性低的溶剂中溶解度很小,则可加入少量极性较大的溶剂,使溶液体积不致太大。样品的展开首先使用极性较小的溶剂,使最容易脱附的组分分离。然后加入不同比例的极性溶剂配成的洗脱剂,将极性较大的化合物白色谱柱中洗脱下来。常用洗脱剂的极性按如下次序递增:

  己烷和石油醚<环己烷<四氯化碳<三氯乙烯<二硫化碳<甲苯<苯<二氯甲烷<氯仿<乙醚<乙酸乙酯<丙酮<丙醇<乙醇<甲醇<水<吡啶<乙酸

  常选用石油醚,乙酸乙酯。正己烷价格比较高。使用乙醚、二氯甲烷等沸点较低的溶剂时,它和硅胶的吸附是一个放热过程,特别是夏天的时候经常会在柱子里产生气泡,天气冷的时候会好一些。由于硅胶中的活性羟基,用甲醇可能会洗下来一些硅胶中的东西,所以产品如果想过元素分析的话要留神,应该经过后继处理,比如说重结晶等。

  展开剂的比例要靠尝试.一般根据文献中报道的该类化合物用什么样的展开剂,就首先尝试使用该类展开剂,然后不断尝试比例,直到找到一个分离效果好的展开剂。很多时候,展开剂的选择要靠自己不断变换展开剂的组成来达到最佳效果。

  体会:1)过柱的淋洗剂极性通常要比过板时极性要小。一般为了得到更好的分离,通常是要把样品的Rf值调到0.2-0.3之间,不过,许多情况下,如果接受瓶小一些,即使Rf值在0.5,0.6。 2)尽量避免使用毒性较大的溶剂,如氯仿,可考虑用石油醚与乙酸乙酯调配。3)当混合溶剂作为淋洗剂时,要考虑所用溶剂的沸点差异在使用过程中挥发程度不一样而造成的极性改变。

  4)对于Rf值接近的化合物分离,可尝试极性相近但由不同溶剂组成的混合体系作为淋洗剂可能会产生意想不到的效果。例如石油醚:乙酸乙酯=50:1与石油醚:二氯甲烷=5:1的极性相近(仅是例子,具体比例有些忘了)的极性差不多,但是后者的分离效果可能优于前者。


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  6、装柱

  柱子下面的活塞一定不要涂润滑剂,会被淋洗剂带到产品中的,可以采用四氟节门的。装柱可采用湿法和干法两种,二者各有优劣。无论采用哪种方法装柱,硅胶(固定相)的上表面一定要平整,并且都不要有裂缝或气泡,虽然产生的气泡在加压的情况下不易察觉,但是,一旦撤去压力,如在上样、加溶剂等操作的时候,气泡就会释放出来,严重时,整个柱子变花,导致柱子开裂,样品不可能平整地通过,当然也就谈不上分离了。

  湿法装柱:关闭柱子下端活塞,把硅胶用适量的溶剂拌成半透明状的均匀稀糊(更像是汤),此时应充分搅拌,仔细观察没有气泡后,以玻璃棒引流倒入事先装有少量溶剂的空柱子中,然后打开活塞让溶剂流出,硅胶自然沉降。

  注意:1)装柱溶剂极性不大于过柱淋洗剂;2)倒入硅胶稀糊应有耐心防止液体流击出气泡留于柱内;3)过程中若已产生气泡,则可趁着硅胶尚未完全沉降时用长玻棒搅动溶剂液面下的有气泡处的硅胶可将其赶跑。待硅胶至所需高度后另加溶剂加压走柱,注意硅胶柱上方应时刻保留有一段溶剂!本法最大的优点是一般柱子装的比较结实,没有气泡。缺点是所须溶剂体积较大(当然装柱时用溶剂可以重复使用),耗时长。一般说来湿法装柱较干法紧密均匀,建议初学者采用。

  干法装柱:是直接往柱子里填入硅胶,然后再轻轻敲打柱子两侧,至硅胶界面不再下降为止,然后再填入硅胶至合适高度,再用水泵在柱子下端直接抽,当硅胶不再下落时,保持水泵抽气状态下,从柱子上倒入溶剂,注意倒入的溶剂流量必须大于水泵抽气流量以保证柱子上方时刻保留一段溶剂!待溶剂前沿走到活塞时关闭活塞,注意此时因柱内负压溶剂仍在飞快往下走千万别让柱子干了!撤走水泵,待柱内液面不再下降,此时柱子的下半部分是均匀的而上半部分可以看见有气泡,打开活塞,倒入足够的溶剂后从上端用剪去缓冲球的双连球(即直接鼓气)加压,可将上半部分压均匀无气泡。若想柱子装得紧密些,可用淋洗剂多走几次柱子。

  本法的优点是装柱较方便,速度快,特别是装体积较大的柱子特别能显示时间优势(当然大柱子因为溶剂走得太快容易抽干所以对技术的熟练程度要求更高些)。最大的缺陷在于抽气时,由于溶剂和硅胶之间的吸附放热(可以用手摸柱子明显感觉到),不太适合低沸点的淋洗剂如乙醚,二氯甲烷(易产生气泡)。解决的办法是:第一、硅胶一定要压结实;第二、一定要用较多的溶剂“走柱子”,一定要到柱子的下端不再发烫,恢复到室温后再撤去压力。

  不论用湿法或干法装柱,若最后装好时硅胶表面不平整,可用干净玻棒将最上面约1厘米的硅胶重新捣松,待其自然降落后,再加点溶剂压紧即可。


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  7、上样

  样品上样分湿法、干法两种。上样的基本要求是使样品以尽可能小的厚度上到柱子上,采用哪种方法应根据样品的实际情况而定,无论哪种都要求样品中不含大于淋洗剂极性的溶剂。

  湿法上样:适合湿法的样品应该是粘度不大均匀液体样品或者在小极性溶剂(极性不大于淋洗剂)中溶解度非常好的固体样品(保证上样过程中不会析出)。用于溶解样品的溶剂体积应越少越好。打开活塞,控制柱子上方溶剂恰好流干时关闭活塞,即用滴管吸取样品,沿柱子内壁于硅胶面上方0.5cm以内距离均匀地加样,待样品布满硅胶面后打开活塞,继续加样。加样的速度以柱子不出现气泡为限。

  待所有样品上完后,用尽可能少的溶剂洗剂样品瓶,待样品在硅胶上恰好走干后依上样法将溶液加到硅胶上。(若样品量比较大则可省去该步)。另取干净滴管从上样处上方沿柱子内壁淋洗,确定所有样品开始在柱子中展开后可加入大量溶剂开始过柱。若担心上样及加溶剂过程中会将柱子表面弄破可考虑在上样前先在柱子上加一层石英砂。过程中时刻保持柱子不要干出气泡或裂纹!

  很多样品在上柱前是粘乎乎的,一般没关系,仍可用湿法。可是有的上样后在硅胶上又会析出,这时候建议采用干法上样。

  干法上样:干法就是把待分离的样品用少量低沸点大极性溶剂溶解后,在加入少量硅胶,拌匀后再旋去溶剂,注意必须在油泵上完全抽干大极性溶剂!如此得到的粉末再小心加到柱子的顶层,注意保留足够的溶剂使加入的干粉恰好能被覆盖以防柱子开裂(溶剂太多也不好,相当于增加了上样厚度)。此时加入的干粉层中可能会有大量的气泡,但由于是松的,可以用玻棒稍做搅拌以除去气泡,同样要保持硅胶表面的平整。

  有些样品溶解性差,能溶解的溶剂又不能上柱(比如DMF,DMSO等,会随着溶剂一起显色是一个很长的脱尾,这些溶剂虽溶解性好,但是沸点太高不易除去应避免),这时就必须用干法上柱了。

  用于吸附上样的硅胶要求:1)样品和硅胶的量比例问题:应尽可能地少用硅胶,可先按1:2尝试,保证在旋干后固体是均匀的,不能看到有样品颗粒析出(那说明有的样品没有吸附在硅胶上)。若有,则应重新用溶剂溶解后再加入硅胶重新抽干。2)硅胶颗粒通常要比作为固定相的大,以保证能尽快脱附降低上样厚度。

  也可以在硅胶的最上层填上一小层石英砂或盖张滤纸或加块棉花,防止添加溶剂的时候,使得样品层不再整齐。但我的感觉是如果小心上样,添加溶剂,可以什么都不用。


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  8、样品的收集

  用硅胶作固定相过柱子的原理是一个吸附与解吸的平衡。所以如果样品与硅胶的吸附比较强的话,就不容易流出。这样就会发生,后面的点先出,而前面的点后出。这时可以采用氧化铝作固定相。

  另外,收集的试管大小要以样品量而定,特别是小量样品,如果用大试管,可能一根就收到了三个样品。如果都用小试管那工作量又太大。


  来源:漫游药化

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