硅膠層析硅膠表面結(jié)構(gòu)概述

在色譜和工業(yè)水處理領(lǐng)域中，無定形硅膠已得到了廣泛的應(yīng)用，它具有多孔的無定形結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生任何x 射線衍射[1,4]。硅膠的表面存在著硅醇基團(si-oh)和暴露的硅氧烷鍵(si-o-si)。硅醇基團是強吸附的極性基團，而硅氧烷鍵是疏水基團。硅氧烷鍵上的δ鍵被dπ-pπ作用而加強，氧原子上的孤對電子參與π作用，不能參與給體與受體間的相互作用，不能形成氫鍵。scott和kucera證實硅氧烷基團幾乎不吸附極性溶劑分子。然而，由于硅氧烷鍵的疏水作用性，可以吸附某些非極性溶劑分子。對硅膠改性而言，硅醇基比硅氧烷基重要得多。硅醇基團可以孤立、成對(雙生)和締合(連位)等不同的方式存在于硅膠表面。最近研究表明，不僅兩個或兩個以上的締合硅醇基團可以形成鍵合對，甚至成對硅醇基團也可以形成鍵合對。硅膠表面的結(jié)構(gòu)可以通過許多方法進行測定。一般情況下，隨著比表面積的增加，硅膠表面上硅醇基團的濃度略有降低。通常硅醇含量的測定方法有同位素交換法、滴定法、光譜法和烷基鋁法等。nawrock[1]報道了用同位素交換法測定硅膠表面的硅醇基濃度是8.0±1.0μmol/m2，而且這個數(shù)值常常被視為硅膠的物理化學(xué)常數(shù)。硅醇基團具有明顯的酸性，測定的pka值是7.1。通過對硅膠表面的結(jié)構(gòu)分析，可知硅膠表面硅醇基的類型、濃度和表面分布都會影響所制備鍵合相的性能，而硅膠的預(yù)處理則可以改變表面硅醇類型的分布，提高表面的締合硅醇的含量，改善硅膠表面鍵合相的性能。

硅膠柱層析原理

硅膠層析法的分離原理是根據(jù)物質(zhì)在硅膠上的吸附力不同而得到分離， 一般情況下極性較大的物質(zhì)易被硅膠吸附，極性較弱的物質(zhì)不易被硅膠吸附，整個層析過程即是吸附、解吸、再吸附、再解吸過程。

硅膠柱層析流動相

極性小的用乙酸乙酯:石油醚洗脫;極性較大的用甲醇:氯仿洗脫;極性大的用甲醇:水:正丁醇:醋酸洗脫;拖尾可以加入少量氨水或冰醋酸

硅膠柱層析慣用方法

稱量。200-300目硅膠，稱30-70倍于上樣量;如果極難分，也可以用100倍量的硅膠H。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。攪成勻漿。加入干硅膠體積一倍的溶劑用玻璃棒充分攪拌。如果洗脫劑是石油醚/乙酸乙酯/丙酮體系，就用石油醚拌;如果洗脫劑是氯仿/醇體系，就用氯仿拌。如果不能攪成勻漿，說明溶劑中含水量太大，尤其是乙酸乙酯/丙酮，如果不與水配伍走分配色譜的話，必須預(yù)先用無水硫酸鈉久置干燥。氯仿用無水氯化鈣干燥，以除去1%的醇。如果樣品對酸敏感，不能用氯仿體系過柱。裝柱。將柱底用棉花塞緊，不必用海沙，加入約1/3體積石油醚(氯仿)，裝上蓄液球，打開柱下活塞，將勻漿一次傾入蓄液球內(nèi)。隨著沉降，會有一些硅膠沾在蓄液球內(nèi)，用石油醚(氯仿)將其沖入柱中。壓實。沉降完成后，加入更多的石油醚，用雙聯(lián)球或氣泵加壓，直至流速恒定。柱床約被壓縮至9/10體積。無論走常壓柱或加壓柱，都應(yīng)進行這一步，可使分離度提高很多，且可以避免過柱時由于柱床萎縮產(chǎn)生開裂。上樣。干法濕法都可以。海沙是沒必要的。上樣后，加入一些洗脫劑，再將一團脫脂棉塞至接近硅膠表面。然后就可以放心地加入大量洗脫劑，而不會沖壞硅膠表面。過柱和收集。柱層析實際上是在擴散和分離之間的權(quán)衡。太低的洗脫強度并不好，推薦用梯度洗脫。收集的例子:10mg上樣量，1g硅膠H，0.5ml收一餾分;1-2g上樣量，50g硅膠(200-300目)，20-50ml收一餾分。檢測。要更多地使用專用噴顯劑，如果僅用紫外燈，會損失較多產(chǎn)品，紫外的靈敏度一般比噴顯劑底1-2個數(shù)量級。送譜。收集的產(chǎn)品旋干，在送譜前通常需要重結(jié)晶。如果樣品太少或為液體，可過一小凝膠柱，作為送譜前的最后純化手段。可除去氫譜1.5ppm左右所謂的"硅膠"峰。

先根據(jù)TLC方法篩選好洗脫劑，使兩相鄰物質(zhì)Rf值之差最大化將柱子必須裝平整、均勻考慮有限柱填料的吸附量可考慮用剃度法分開并洗脫

柱層析分離的實驗方法和技巧1B= vr Gq

常說的過柱子應(yīng)該叫柱層析分離，也叫柱色譜。我們常用的是以硅膠或氧化鋁作固定相的吸附柱。由于柱分的經(jīng)驗成分太多，所以下面我就幾年來過柱的體會寫些心得，希望能有所幫助。

壓力可以增加淋洗劑的流動速度，減少產(chǎn)品收集的時間，但是會減低柱子的塔板數(shù)。所以其他條件相同的時候，常壓柱是效率最高的，但是時間也最長，比如天然化合物的分離，一個柱子幾個月也是有的。

減壓柱能夠減少硅膠的使用量，感覺能夠節(jié)省一半甚至更多，但是由于大量的空氣通過硅膠會使溶劑揮發(fā)(有時在柱子外面有水汽凝結(jié))，以及有些比較易分解的東西可能得不到，而且還必須同時使用水泵抽氣(很大的噪音，而且時間長)。以前曾經(jīng)大量的過減壓柱，對它有比較深厚的感情，但是自從嘗試了加壓后，就幾乎再也沒動過減壓的念頭了。

加壓柱是一種比較好的方法，與常壓柱類似，只不過外加壓力使淋洗劑走的快些。壓力的提供可以是壓縮空氣，雙連球或者小氣泵(給魚缸供氣的就行)。特別是在容易分解的樣品的分離中適用。壓力不可過大，不然溶劑走的太快就會減低分離效果。個人覺得加壓柱在普通的有機化合物的分離中是比較適用的。

應(yīng)該是粗長的最好。柱子長了，相應(yīng)的塔板數(shù)就高。柱子粗了，上樣后樣品的原點就小(反映在柱子上就是樣品層比較薄)，這樣相對的減小了分離的難度。試想如果柱子十厘米，而樣品就有二厘米，那么分離的難度可想而知，恐怕要用很低極性的溶劑慢慢沖了。而如果樣品層只有0.5厘米，那么各組分就比較容易得到完全分離了。當(dāng)然采用粗大的柱子要犧牲比較多的硅膠和溶劑了，不過這些成本相對于產(chǎn)品來說也許就不算什么了(有些不環(huán)保的說，不過溶劑回收重蒸后也就減小了部分浪費)。 En8-Hc#NC

現(xiàn)在見到的柱子徑高比一般在1:5~10，書中寫硅膠量是樣品量的30~40倍，具體的選擇要具體分析。如果所需組分和雜質(zhì)分的比較開(是指在所需組分rf在0.2~0.4，雜質(zhì)相差0.1以上)，就可以少用硅膠，用小柱子(例如200毫克的樣品，用2cm×20cm的柱子);如果相差不到0.1，就要加大柱子，我覺得可以增加柱子的直徑，比如用3cm的，也可以減小淋洗劑的極性等等。

適用于對氧，水敏感，易分解的產(chǎn)品，可以濕柱，也可以干柱。不過在樣品之前至少要用溶劑把柱子飽和一次，因為溶劑和硅膠飽和時放出的熱量有可能是產(chǎn)品分解，畢竟要分離的是敏感的東東，小心不為過。也是因為分離的東西比較敏感，所以接收瓶一定要用可密封的，遵循schlenk操作。至于是加壓、常壓、減壓，隨需而定。因為是schlenk操作，所以點板是個問題，如果樣品是顯色的，恭喜了，不用點板，直接看柱子上的色帶就行了。如果樣品無色，只好準(zhǔn)備幾十個schlenk瓶，一瓶一瓶的點，不過幾次之后就知道樣品在哪，也就可以省些了。像我以前過一根無水無氧柱，需要六個schlenk，現(xiàn)在只一個就能把所要的全收集到。

無水無氧柱中用的比較多的是用氧化鋁作固定相。因為硅膠中有大量的羥基裸露在外，很容易是樣品分解，特別是金屬有機化合物和含磷化合物。而氧化鋁可以做成堿性、中性和酸性的，選擇余地比較大，但是比硅膠要貴些。聽說有個方法，就是用石英做柱子，然后用HF254做固定相，這樣在柱子外面用紫外燈一照就知道產(chǎn)品在哪里了，沒有驗證過。哪位做過可以提出來大家參詳參詳。

濕法省事，一般用淋洗劑溶解樣品，也可以用二氯甲烷、乙酸乙酯等，但溶劑越少越好，不然溶劑就成了淋洗劑了。很多樣品在上柱前是粘乎乎的，一般沒關(guān)系。可是有的上樣后在硅膠上又會析出，這一般都是比較大量的樣品才會出現(xiàn)，是因為硅膠對樣品的吸附飽和，而樣品本身又是比較好的固體才會發(fā)生，這就應(yīng)該先重結(jié)晶，得到大部分的產(chǎn)品后再柱分，如果不能重結(jié)晶，那就不管它了，直接過就是了，樣品隨著淋洗劑流動會溶解的。

有些樣品溶解性差，能溶解的溶劑又不能上柱，這時就必須用干法上柱了。樣品和硅膠的量有一種說法是1:1，我覺得是越少越好，但是要保證在旋干后，不能看到明顯的固體顆粒(那說明有的樣品沒有吸附在硅膠上)。

當(dāng)然是最便宜，最安全，最環(huán)保的了。所以大多選用石油醚，乙酸乙酯。文獻中有寫用正己烷的，太貴了，除非特別需要不要用不然銀子嘩嘩的，流的比淋洗劑還快，不過因為極性很小，有時還是非它不可。乙醚也可以用，但是就是容易睡覺，注意保持清醒別讓溶劑流干了，那樣柱子也就不爽了。二氯甲烷也有用的，但是要知道，它和硅膠的吸附是一個放熱過程，所以夏天的時候經(jīng)常會在柱子里產(chǎn)生氣泡，天氣冷的時候會好一些。甲醇據(jù)說能溶解部分的硅膠，所以產(chǎn)品如果想過元素分析的話要留神，應(yīng)該經(jīng)過后繼處理，比如說重結(jié)晶等。其他的溶劑用的相對較少，要依個人的不同需要選擇了。

用到的淋洗劑多是大包裝的，用10升或25升的塑料桶裝的，就要注意這些工業(yè)品的純度是較低的。經(jīng)常能夠從送來的大桶底部看見有色的雜質(zhì)，其他的雜質(zhì)就可想而知了，所以在比較嚴格的柱分時就要對溶劑重蒸。當(dāng)然過原料時就可以免去這一步了，反正下面還有提純的方法。

另外溶劑在過柱子后最好也回收使用，一方面環(huán)保，另一方面也能節(jié)省部分經(jīng)費，缺點是要消耗一定的人工。這里要注意的是，一般在過柱同時進行的是減壓旋蒸，石油醚和乙酸乙酯的比例由于揮發(fā)度的不同會導(dǎo)致極性的變化，一般會使得極性變大，在梯度淋洗時比較合適，正好極性越來越大了。在過完柱子后，溶劑最后回收要采用常壓，因為在減壓旋蒸時會有部分低沸點的雜質(zhì)一起出來，常壓時就會減少這種現(xiàn)象，如果雜質(zhì)和你下面要過的樣品有反應(yīng)那就慘了。

1、 裝柱

柱子下面的活塞一定不要涂潤滑劑，會被淋洗劑帶到產(chǎn)品中的，可以采用四氟節(jié)門的。干法和濕法裝柱覺得沒什么區(qū)別，只要能把柱子裝實就行。裝完的柱子應(yīng)該要適度的緊密(太密了淋洗劑走的太慢)，一定要均勻(不然樣品就會從一側(cè)斜著下來)。書中寫的都是不能見到氣泡，我覺得在大多數(shù)情況下有些小氣泡沒太大的影響，一加壓氣泡就全下來了。當(dāng)然如果你裝的柱子總是有氣泡就說明需要多練習(xí)了。但是柱子更忌諱的是開裂，甭管豎的還是橫的，都會影響分離效果，甚至作廢!

2、 加樣

用少量的溶劑溶樣品加樣，加完后將下面的活塞打開，待溶劑層下降至石英砂面時，再加少量的低極性溶劑，然后再打開活塞，如此兩三次，一般石英砂就基本是白色的了。加入淋洗劑，一開始不要加壓，等溶樣品的溶劑和樣品層有一段距離(2~4cm就夠了)，再加壓，這樣避免了溶劑(如二氯甲烷等)夾帶樣品快速下行。

3、 淋洗劑的選擇

感覺上要使所需點在rf0.2~0.3左右的比較好。要按照RF的比值來判斷是否效果好，而不是爬得高就好。

4、 樣品的收集

用硅膠作固定相過柱子的原理是一個吸附與解吸的平衡。所以如果樣品與硅膠的吸附比較強的話，就不容易流出。這樣就會發(fā)生，后面的點先出，而前面的點后出。這時可以采用氧化鋁作固定相。另外，收集的試管大小要以樣品量而定，特別是小量樣品，如果用大試管，可能一根就收到了三個樣品。如果都用小試管那工作量又太大。

5、最后的處理

柱分后的產(chǎn)品，由于使用了大量的溶劑，其中的雜質(zhì)也會累積到產(chǎn)品中，所以如果想送分析，最好用少量的溶劑洗滌一下，因為大部分的雜質(zhì)是溶在溶劑里的，一洗基本就沒了，必要時進行重結(jié)晶。

另外，再過柱的時候，有時會出現(xiàn)氣泡，一是和使用的溶劑有關(guān)，如果是易揮發(fā)的溶劑，如乙醚、二氯甲烷等，在室溫稍高的情況下，很容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象，因此，在室溫高的時候，可以選擇沸點較高，揮發(fā)相對小的溶劑。還有，使用混合溶劑時，使用的兩種溶劑的沸點應(yīng)該相差不大。