過柱

過柱

常說的過柱應該叫柱層析分離,也叫柱色譜。我們常用的是以矽膠或氧化鋁作固定相的吸附柱。由於柱分的經驗成分太多,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。

柱子分類

壓力可以增加淋洗劑的流動速度,減少產品收集的時間,但是會減低柱子的塔板數。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。

減壓柱能夠減少矽膠的使用量,感覺能夠節省一半甚至更多,但是由於大量的空氣通過矽膠會使溶劑揮發(有時在柱子外面有水汽凝結),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後,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。

柱子的尺寸

應該是粗長的最好。柱子長了,相應的塔板數就高。柱子粗了,上樣後樣品的原點就小(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。當然採用粗大的柱子要犧牲比較多的矽膠和溶劑了,不過這些成本相對於產品來說也許就不算什麼了(有些不環保的說,不過溶劑回收重蒸後也就減小了部分浪費)。

現在見到的柱子徑高比一般在1:5~10,書中寫矽膠量是樣品量的30~40倍,具體的選擇要具體分析。如果所需組分和雜質分的比較開(是指在所需組分rf在0.2~0.4,雜質相差0.1以上),就可以少用矽膠,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。

無水無氧柱

適用於對氧,水敏感,易分解的產品,可以濕柱,也可以乾柱。不過在樣品之前至少要用溶劑把柱子飽和一次,因為溶劑和矽膠飽和時放出的熱量有可能使產品分解,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。至於是加壓、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,只好準備幾十個s chlenk瓶,一瓶一瓶的點,不過幾次之後就知道樣品在哪,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。因為矽膠中有大量的羥基裸露在外,很容易使樣品分解,特別是金屬有機化合物和含磷化合物。而氧化鋁可以做成鹼性、中性和酸性的,選擇餘地比較大,但是比矽膠要貴些。聽說有個方法,就是用石英做柱子,然後用HF254做固定相,這樣在柱子外面用紫外燈一照就知道產品在哪裡了,沒有驗證過。哪位做過可以提出來大家參詳參詳。

濕法乾法上樣

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,一般沒關係。可是有的上樣後在矽膠上又會析出,這一般都是比較大量的樣品才會出現,是因為矽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生,這就應該先重結晶,得到大部分的產品後再柱分,如果不能重結晶,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(比如DMF,DMSO等,會隨著溶劑一起走,顯色是一個很長的脫尾),這時就必須用乾法上柱了。樣品和矽膠的量有一種說法是1:1,我覺得是越少越好,但是要保證在鏇乾後,不能看到明顯的固體顆粒(那說明有的樣品沒有吸附在矽膠上)。

溶劑的選擇

大多選用石油醚,乙酸乙酯。乙醚也可以用,二氯甲烷也有用的,但是它和矽膠的吸附是一個放熱過程,所以夏天的時候經常會在柱子裡產生氣泡,天氣冷的時候會好一些。甲醇據說能溶解部分的矽膠,所以產品如果想過元素分析的話要留神,應該經過後繼處理,比如說重結晶等。在比較嚴格的柱分時就要對溶劑重蒸。當然過原料時就可以免去這一步了,另外溶劑在過柱子後最好也回收使用,這裡要注意的是,一般在過柱同時進行的是減壓鏇蒸,石油醚和乙酸乙酯的比例由於揮發度的不同會導致極性的變化,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。在過完柱子後,溶劑最後回收要採用常壓,因為在減壓鏇蒸時會有部分低沸點的雜質一起出來,常壓時就會減少這種現象,如果雜質和你下面要過的樣品有反應那就慘了。

關於操作問題

裝柱

柱子下面的活塞一定不要塗潤滑劑,會被淋洗劑帶到產品中的,可以採用四氟節門的。乾法和濕法裝柱覺得沒什麼區別,只要能把柱子裝實就行。裝完的柱子應該要適度的緊密(太密了淋洗劑走的太慢),一定要均勻(不然樣品就會從一側斜著下來)。書中寫的都是不能見到氣泡,我覺得在大多數情況下有些小氣泡沒太大的影響,一加壓氣泡就全下來了。當然如果你裝的柱子總是有氣泡就說明需要多練習了。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!

加樣

用少量的溶劑溶樣品加樣,加完後將下面的活塞打開,待溶劑層下降至石英砂面時,再加少量的低極性溶劑,然後再打開活塞,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。

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。不要認為在板上爬高了分的比較開,過柱子就用那種極性,如果rf在0.6,即使相差0.2也不容易在柱子上分開,因為柱子是一個多次爬板的狀態,可以通過公式的比較:0.6/0.8一次的分離度,肯定不如(0.2/0.3)的三次方或四次方大。

樣品的收集

用矽膠作固定相過柱子的原理是一個吸附與解吸的平衡。所以如果樣品與矽膠的吸附比較強的話,就不容易流出。這樣就會發生,後面的點先出,而前面的點後出。這時可以採用氧化鋁作固定相。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,wuwu。如果都用小試管那工作量又太大。

最後的處理

柱分後的產品,由於使用了大量的溶劑,其中的雜質也會累積到產品中,所以如果想送分析,最好用少量的溶劑洗滌一下,因為大部分的雜質是溶在溶劑里的,一洗基本就沒了,必要時進行重結晶。

另外,再過柱的時候,有時會出現氣泡,一是和使用的溶劑有關,如果是易揮發的溶劑,如乙醚、二氯甲烷等,在室溫稍高的情況下,很容易出現這種現象,因此,在室溫高的時候,可以選擇沸點較高,揮發相對小的溶劑。還有,使用混合溶劑時,使用的兩種溶劑的沸點應該相差不大,如:乙酸乙酯和石油醚(60~90),而乙醚卻要選擇30-60的石油醚。二是:不論是用帶砂板的還是塞棉花的,在裝柱之前,都要將空氣用加壓的方法將空氣排乾,這樣就可避免柱中有空氣!過柱子需要耐心,不要著急.

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