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1、A Introduction to Chromatography 2006.07Column chromatographyPre TLCCONFIDENTIALColumn Chromatography CONFIDENTIALCONFIDENTIAL柱层v原理v 吸附剂v 相互作用v 影响分离的参数v 装柱v 上样v 洗脱技术v 柱的监控CONFIDENTIAL有机化学家能用的最现代化和尖端的方法全部包括某种类型的层析法有机化学家能用的最现代化和尖端的方法全部包括某种类型的层析法.层析层析法的定义是法的定义是,通过在两相之间的分配通过在两相之间的分配,使一个由两种或多种不同化合物使一个由两种
2、或多种不同化合物(有有时是离子时是离子)组成的混合物得到分离组成的混合物得到分离,这两相中一相是固定的这两相中一相是固定的,另一相则是移另一相则是移动的动的.根据所包括的两个相的性质根据所包括的两个相的性质,可有各种可能形式的层析法可有各种可能形式的层析法;供普通使供普通使用的有固用的有固-液液(柱柱,薄层和纸薄层和纸),液液-液和气液和气-液液(蒸气相蒸气相)层析法层析法.所有层析法所根据的工作原理都是凭借于欲待分离的几种物质在将它们进行所有层析法所根据的工作原理都是凭借于欲待分离的几种物质在将它们进行分配的两相之间的溶解度分配的两相之间的溶解度(或吸附度或吸附度)上的差别上的差别.v原理原
3、理CONFIDENTIALv吸附剂吸附剂 柱层析法是以吸附度和溶解度这两者为根据的一种技术柱层析法是以吸附度和溶解度这两者为根据的一种技术,它是一种固它是一种固-液相间液相间进行分配的技术进行分配的技术.其中的固体几乎可以是任何物料其中的固体几乎可以是任何物料,只要不溶解于附着的液相只要不溶解于附着的液相中即行中即行.但最常用的一些固体是硅胶但最常用的一些固体是硅胶(SiO2xH2O)也叫做硅酸也叫做硅酸,和氧化铝和氧化铝(Al2O3xH2O).这些化合物均用其粉状或磨细的形式这些化合物均用其粉状或磨细的形式(通常为通常为200至至400目目)层层析法中所用的极大多数氧化铝系从粗的铝矿石析法中
4、所用的极大多数氧化铝系从粗的铝矿石(Al2O3xH2O+Fe2O3)制得制得.将将铝土矿石溶于热氢氧化钠溶液中铝土矿石溶于热氢氧化钠溶液中,过滤除去不溶的氧化铁过滤除去不溶的氧化铁;矿石中的氧化铝则矿石中的氧化铝则成为可溶性的两性氢氧化物成为可溶性的两性氢氧化物Al(OH)4-.这个氢氧化物用这个氢氧化物用CO2(它能降低它能降低PH)使沉使沉淀成为淀成为Al(OH)3,在加热时在加热时,此此Al(OH)3失水成为纯的失水成为纯的Al2O3.CONFIDENTIAL吸附剂吸附剂按此方法制得的氧化铝称为按此方法制得的氧化铝称为碱性氧化铝碱性氧化铝.因为它仍旧含一些氢氧化物因为它仍旧含一些氢氧化物
5、.碱性氧碱性氧化铝不能用于对碱敏感的化合物的层析分离化铝不能用于对碱敏感的化合物的层析分离.因此因此,要用酸加以洗涤以便将碱要用酸加以洗涤以便将碱中和中和,这样便得到这样便得到酸性氧化铝酸性氧化铝.这种物料仍然不能令人满意这种物料仍然不能令人满意,除非经过足够的除非经过足够的水洗以除去所有的酸水洗以除去所有的酸,才能获得最适用于柱层析的物料才能获得最适用于柱层析的物料,称为称为中性氧化铝中性氧化铝.如如果化合物是酸敏感的果化合物是酸敏感的,必须使用碱性或中性氧化铝必须使用碱性或中性氧化铝,必须仔细的弄清你在层析必须仔细的弄清你在层析法中所用的氧化铝属於哪一类型法中所用的氧化铝属於哪一类型.硅胶
6、除了以适用于层析法的形式供应外别无硅胶除了以适用于层析法的形式供应外别无任何其他类型任何其他类型.CONFIDENTIALv相互作用相互作用若将粉末状或磨细的氧化铝若将粉末状或磨细的氧化铝(或硅胶或硅胶)加入至含有一种有机化合物的溶液中时加入至含有一种有机化合物的溶液中时,一部分有机物将会吸附或黏在氧化铝细粒上一部分有机物将会吸附或黏在氧化铝细粒上,使有机分子和氧化铝结合的力有使有机分子和氧化铝结合的力有好几种好几种.这些力按其种类不同这些力按其种类不同,强度不一强度不一.非极性化合物只用非极性化合物只用范德华范德华(Vanderwaals)力力与氧化铝结合与氧化铝结合.这种力较弱这种力较弱,
7、故非极性化合物不能结合得很牢除非它故非极性化合物不能结合得很牢除非它们的分子量非常大们的分子量非常大.极性有机化合物所用的相互作用力则较为重要极性有机化合物所用的相互作用力则较为重要,此中所用此中所用之力或为之力或为偶极偶极-偶极相互作用力偶极相互作用力,或为某种或为某种直接的相互作用力直接的相互作用力(配位作用配位作用,氢氢键键,或盐的形成等或盐的形成等).CONFIDENTIAL相互作用相互作用这些相互作用的强度变化次序大致是这些相互作用的强度变化次序大致是:盐的形成盐的形成配位作用配位作用氢键氢键偶极偶极-偶极相偶极相互作用力互作用力范德范德华华力力CONFIDENTIAL相互作用相互作
8、用对於溶解度来说对於溶解度来说,也有类似的法则也有类似的法则.极性溶剂对极性化合物的溶解比非极性溶极性溶剂对极性化合物的溶解比非极性溶剂更为有效剂更为有效;非极性化合物则最易被非极性溶剂所溶解非极性化合物则最易被非极性溶剂所溶解.因此任何一个给定溶因此任何一个给定溶剂洗下吸附在氧化铝或硅胶上的化合物的能力大小几乎直接决定于该溶剂的剂洗下吸附在氧化铝或硅胶上的化合物的能力大小几乎直接决定于该溶剂的相对极性相对极性.对於每一被吸附着的物料来说对於每一被吸附着的物料来说,可以想象它们在吸附剂和溶剂之间可以想象它们在吸附剂和溶剂之间都有一种分配平衡都有一种分配平衡,即不断地从溶液中吸附分子又不断地向溶
9、液中解吸分子即不断地从溶液中吸附分子又不断地向溶液中解吸分子.达到平衡时最终被吸附在颗粒上的分子的平均数既取决于所涉及的特殊分子达到平衡时最终被吸附在颗粒上的分子的平均数既取决于所涉及的特殊分子又取决于吸附剂必须与之竞争的溶剂的溶解效力又取决于吸附剂必须与之竞争的溶剂的溶解效力.CONFIDENTIALv影影响分离的参数响分离的参数层析法是分离混合物的常用方法层析法是分离混合物的常用方法,许多可以改变的因素使层析法许多可以改变的因素使层析法成为一种多方面适用的方法成为一种多方面适用的方法.这些因素包括这些因素包括:1.选定的吸附剂选定的吸附剂2.选定的溶剂极性选定的溶剂极性3.相对于需待分离的
10、物料量的柱子尺寸相对于需待分离的物料量的柱子尺寸(长度和直径长度和直径)4.洗脱洗脱(或流动或流动)的速率的速率CONFIDENTIALA.吸附剂吸附剂吸附剂的选择通常要根据需待分离的化合物的类型而定吸附剂的选择通常要根据需待分离的化合物的类型而定.主要有主要有:纤维素纤维素,淀粉和糖类淀粉和糖类:用于对酸碱相互作用非常敏感的多官能团的动用于对酸碱相互作用非常敏感的多官能团的动,植物性化植物性化合物合物(天然产物天然产物)硅酸硅酸镁镁:分离乙酰分离乙酰化的糖类化的糖类,甾体化合物和香精油甾体化合物和香精油.硅胶和合成硅酸镁载体硅胶和合成硅酸镁载体(Florisil):对大多数化合物来说相对地比
11、较温和对大多数化合物来说相对地比较温和,故可广故可广泛适用于种种官能团泛适用于种种官能团烃烃,醇醇,酮酮,酯酯,羧酸羧酸,偶氮化合物偶氮化合物,胺胺.CONFIDENTIAL吸附剂吸附剂氧化铝氧化铝:分为酸性分为酸性(PH=4),中性中性,碱性碱性(PH=10).这种吸附剂特别适用于分离象羧这种吸附剂特别适用于分离象羧酸和氨基酸之类的酸性物质酸和氨基酸之类的酸性物质.碱性氧化铝的碱性氧化铝的PH约为约为10,故适用于分离胺故适用于分离胺.中性中性氧化铝可用于分离各种非酸性和非碱性物质氧化铝可用于分离各种非酸性和非碱性物质.CONFIDENTIAL吸附剂吸附剂* 应该特别注意的是应该特别注意的是
12、,这个次序是近似的这个次序是近似的,可变的可变的.如氧化铝和硅胶的强度或分离如氧化铝和硅胶的强度或分离能力在很大程度上取决于其中所存在的水能力在很大程度上取决于其中所存在的水.水能非常紧密地与这两种吸附剂结水能非常紧密地与这两种吸附剂结合合,占去颗粒上的一些部位占去颗粒上的一些部位,这些部位本来是可供平衡用的这些部位本来是可供平衡用的.因此如果将吸附剂因此如果将吸附剂里面加进水里面加进水,我们便称为失活我们便称为失活.无水氧化铝或硅胶则是高度活化的无水氧化铝或硅胶则是高度活化的,这种高活性这种高活性是吸附剂需要避免的是吸附剂需要避免的,因为这种高活性会使得吸附剂和待分离的化合物发生某因为这种高
13、活性会使得吸附剂和待分离的化合物发生某些形式的破坏作用和分解作用些形式的破坏作用和分解作用,往往能引起某些类型的溶质化合物发生分子重往往能引起某些类型的溶质化合物发生分子重排反应排反应.CONFIDENTIALB溶剂溶剂各类溶剂的极性次序如下表各类溶剂的极性次序如下表:CONFIDENTIAL溶剂溶剂在层析分离过程中在层析分离过程中,若拟改变溶剂的极性若拟改变溶剂的极性,要采取一些预防措施要采取一些预防措施.务须避免迅速务须避免迅速从一种溶剂换成另一种溶剂从一种溶剂换成另一种溶剂(尤其是当使用硅胶或氧化铝时尤其是当使用硅胶或氧化铝时).通常通常,应将新溶剂应将新溶剂以小百分比慢慢混入正在使用的
14、溶剂中以小百分比慢慢混入正在使用的溶剂中.如不这样做如不这样做,柱内填重料往往会出现柱内填重料往往会出现缝隙缝隙.缝隙之所以发生是由於氧化铝或硅胶与溶剂混合时放热所致缝隙之所以发生是由於氧化铝或硅胶与溶剂混合时放热所致.溶剂将吸溶剂将吸附剂溶剂化附剂溶剂化,从而形成一种弱键而放出热量从而形成一种弱键而放出热量.溶剂溶剂+氧化铝氧化铝(氧化铝氧化铝溶溶剂剂)+热热往往能在局部地方生成足能使溶往往能在局部地方生成足能使溶剂剂蒸蒸发发的的热热量量.蒸气的蒸气的产产生造成了气泡生造成了气泡,气泡又气泡又把柱内填充料把柱内填充料挤挤开开,这这就是所就是所谓谓的的缝缝隙隙.CONFIDENTIAL溶剂溶剂
15、使用氧化铝或硅胶时使用氧化铝或硅胶时,要避免使用某些溶剂要避免使用某些溶剂,特别是酸性的特别是酸性的,碱性的和高活性形碱性的和高活性形式的溶剂式的溶剂.举例来说举例来说,丙酮会与任何一个这样的吸附剂通过醇醛缩合作用二聚丙酮会与任何一个这样的吸附剂通过醇醛缩合作用二聚成乙酰成乙酰丙酮丙酮.当用乙酸乙酯或醇类作为洗脱液时当用乙酸乙酯或醇类作为洗脱液时,会使酯类的混合物发生酯交会使酯类的混合物发生酯交换作用换作用.最后最后,更活泼的溶剂更活泼的溶剂(吡啶吡啶,甲醇甲醇,水和乙酸水和乙酸)会溶解和洗脱一部分吸会溶解和洗脱一部分吸附剂本身附剂本身.CONFIDENTIAL溶剂溶剂CONFIDENTIAL
16、溶剂溶剂一般来说一般来说,各类化合物被洗脱时各类化合物被洗脱时,非极性化合物最先洗脱非极性化合物最先洗脱,极性化合物最后洗脱极性化合物最后洗脱.可是可是,分子量也是一个决定洗脱次序的因素分子量也是一个决定洗脱次序的因素.高分子量的非极性化合物将比低高分子量的非极性化合物将比低分子量的非极性化合物洗脱得慢分子量的非极性化合物洗脱得慢,甚至可能被某些极性化合物所超过甚至可能被某些极性化合物所超过.具有下具有下列极性基团的化合物列极性基团的化合物,其吸附能力按下列排列次序递增其吸附能力按下列排列次序递增:CONFIDENTIALC柱的尺寸和吸附剂量柱的尺寸和吸附剂量为了能使一定数量的样品达到良好分离为了能使一定数量的样品达到良好分离,还应正确地选定柱尺寸和吸附剂的量还应正确地选定柱尺寸和吸附剂的量一条经验规律是一条经验规律是,吸附剂的量应是需待分离的混合物重量的吸附剂的量应是需待分离的混合物重量的25至至30倍倍.另外另外,所所用柱子的高度和直径之比应大约为用柱子的高度和直径之比应大约为8:1.但要注意的一点是但要注意的一点是,柱的尺寸和长度及需用吸附剂的量还决定于分离的困难程柱的尺寸和长度
