一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/STRONG> 1、了解薄層色譜基本原理 2、掌握薄層色譜的基本方法 二、實(shí)驗(yàn)原理 薄層色譜,或稱薄層層析(thin—1ayer chromatography),是以涂布于支持板上的支持物作為固定相,以合適的溶劑為流動(dòng)相,對(duì)混合樣品進(jìn)行分離、鑒定和定量的一種層析分離技術(shù)。這是一種快速分離諸如脂肪酸、類固醇、氨基酸、核苷酸、生物堿及其他多種物質(zhì)的特別有效的層析方法,從50年代發(fā)展起來(lái)至今,仍被廣泛采用。 (一)基本原理 薄層層析是把支持物均勻涂布于支持板(常用玻璃板,也可用滌綸布等)上形成薄層,然后用相應(yīng)的溶劑進(jìn)行展開(kāi)。薄層層析可根據(jù)作為固定相的支持物不同,分為薄層吸附層析(吸附劑)、薄層分配層析(纖維素)、薄層離子交換層析(離子交換劑)、薄層凝膠層析(分子篩凝膠)等。一般實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用較多的是以吸附劑為固定相的薄層吸附層析。 吸附是表面的一個(gè)重要性質(zhì)。任何兩個(gè)相都可以形成表面,吸附就是其中一個(gè)相的物質(zhì)或溶解于其中的溶質(zhì)在此表面上的密集現(xiàn)象。在固體與氣體之間、固體與液體之間、吸附液體與氣體之間的表面上,都可能發(fā)生吸附現(xiàn)象。 物質(zhì)分子之所以能在固體表面停留,這是因?yàn)楣腆w表面的分子(離子或原子)和固體內(nèi)部分子所受的吸引力不相等。在固體內(nèi)部,分子之間相互作用的力是對(duì)稱的,其力場(chǎng)互相抵消。而處于固體表面的分子所受的力是不對(duì)稱的,向內(nèi)的一面受到固體內(nèi)部分子的作用力大,而表面層所受的作用力小,因而氣體或溶質(zhì)分子在運(yùn)動(dòng)中遇到固體表面時(shí)受到這種剩余力的影響,就會(huì)被吸引而停留下來(lái)。吸附過(guò)程是可逆的,被吸附物在一定條件下可以解吸出來(lái)。在單位時(shí)間內(nèi)被吸附于吸附劑的某一表面積上的分子和同一單位時(shí)間內(nèi)離開(kāi)此表面的分子之間可以建立動(dòng)態(tài)平衡,稱為吸附平衡。吸附層析過(guò)程就是不斷地產(chǎn)生平衡與不平衡、吸附與解吸的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。 薄層層析有許多優(yōu)點(diǎn):它保持了操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、顯色容易等特點(diǎn),同時(shí)展開(kāi)速率快,一般僅需15~20分鐘;混合物易分離,分辨力一般比以往的紙層析高10~100倍,它既適用于只有0.01μg的樣品分離,又能分離大于500mg的樣品作制備用,而且還可以使用如濃硫酸、濃鹽酸之類的腐蝕性顯色劑。薄層層析的缺點(diǎn)是對(duì)生物高分子的分離效果不甚理想。 (二) 固定相支持劑的選擇和處理 在薄層層析時(shí),對(duì)支持劑的選擇主要考慮兩方面:一是支持劑的性質(zhì)與適用范圍;二是支持劑的顆粒大小。一般來(lái)說(shuō),所選吸附劑應(yīng)具有最大的比表面積和足夠的吸附能力,它對(duì)欲分離的不同物質(zhì)應(yīng)有不同的吸附能力,即有足夠的分辨力;所選吸附劑與溶劑及樣品組分不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。吸附力的強(qiáng)弱規(guī)律可概括如下:吸附力與兩相間界面張力的m.f1411.cn/sanji/降低成正比,某物質(zhì)溶液中被吸附的程度與其在溶劑中的溶解度成反比。極性吸附劑易吸附極性物質(zhì),非極性吸附劑易吸附非極性物質(zhì)。同族化合物的吸附程度有一定的變化方向,例如,同系物極性遞減,而被非極性表面吸附的能力將遞增。 1、支持物的性質(zhì)與適用范圍 薄層層析的支持劑較常用的是硅膠、氧化鋁、硅藻土、纖維素、聚酰胺及DEAE—纖維素。 (1)硅膠 硅膠是應(yīng)用最廣泛的一種極性吸附劑。它的主要優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)惰性,具有較大的吸附量,易制備成不同類型、孔徑、表面積的多孔性硅膠,一般以SiO2?xH2O通式表示。硅膠的吸附活性取決于含水量,吸附層析一般采用含水量為10%~12%的硅膠,含水量小于1%的活性最高,而大于20%時(shí),吸附活性最低。用加熱脫水法可使硅膠活化,降低吸附活性的硅膠能顯著改善分離性能,增加樣品的負(fù)載量。 硅膠適用于分離酸性和中性物質(zhì),堿性物質(zhì)能與硅膠作用,因此如用中性溶劑展開(kāi),堿性物質(zhì)有時(shí)留在原點(diǎn)不動(dòng),或者斑點(diǎn)拖尾,而不能很好地分離。為了使某一類化合物得到滿意的分離,可改變硅膠酸堿性。例如,可用稀酸或稀堿液(0.1~0.5mol/L)或一定pH值的緩沖溶液代替水制備酸性、堿性或某一pH值的薄層;也可在硅膠中加入氧化鋁(堿性)制成薄層;或在展開(kāi)劑中加入少量的酸或堿進(jìn)行展層。 使用硅膠和硅藻土?xí)r,通常要先加入粘合劑再在支持板上涂布。常用的粘合劑為煅石膏和淀粉,在硅膠、氧化鋁和硅藻土中分別加入5%~20%石膏后,稱為硅膠G、氧化鋁G和硅藻土G。用煅石膏為粘合劑的薄層易從玻璃板上脫落,但具有耐腐蝕性試劑的優(yōu)點(diǎn)。加淀粉制成的薄層,機(jī)械性能較好,但不宜用腐蝕性強(qiáng)的試劑。 (2)氧化鋁 氧化鋁為微堿性吸附劑,適用于親脂性物質(zhì)的分離制備,氧化鋁具有較高的吸附容量,價(jià)格低廉,分離效果好,因此應(yīng)用也較廣泛。 在使用氧化鋁作吸附層析時(shí),要注意選擇適當(dāng)活性及適當(dāng)酸堿度的產(chǎn)品。氧化鋁通?砂粗苽浞椒ú煌譃閴A性、中性和酸性三種。堿性氧化鋁可應(yīng)用于碳?xì)浠衔锏姆蛛x;中性氧化鋁適用于醛、酮、醌、某些苷類及酸堿溶液中不穩(wěn)定的酯、內(nèi)酯等化合物的分離;酸性氧化鋁適用于天然及合成的酸性色素以及醛、酸的分離。 (3)聚酰胺 聚酰胺由己二酸與己二胺聚合而成,也可用己內(nèi)酰胺聚合而成,因它們都含有大量酰胺基團(tuán),故統(tǒng)稱聚酰胺。 聚酰胺薄膜層析是1966年后發(fā)展起來(lái)的一種薄層層析方法,用此方法分析氨基酸衍生物DNP一氨基酸、PTH一氨基酸、DNS一氨基酸及DABTH一氨基酸時(shí),具有靈敏度高、分辨力強(qiáng)、展層迅速和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。目前由國(guó)產(chǎn)原料制成的聚酰胺薄膜性能良好、效果滿意,已用于酚類、醌類、硝基化合物、氨基酸及其衍生物、核酸堿基、核苷、核苷酸、雜環(huán)化合物、合成染料;磺胺、抗菌素、環(huán)酮、殺蟲(chóng)劑及維生素B等16類化合物的分析。 (4)硅藻土和纖維素 它們是中性支持劑,需在吸附水、緩沖溶液或甲酰胺等之后,才能用于薄層層析。 2、支持劑的顆粒大小 用作薄層層析固定相的支持劑顆粒,要求大小適當(dāng)、均勻。顆粒過(guò)大,展開(kāi)時(shí)溶劑推進(jìn)速率太快,分離效果不好;顆粒太小,展開(kāi)太漫,斑點(diǎn)拖尾不集中,分離效果也差。顆粒大小固定在一定范圍內(nèi)并且薄層厚度均勻一致時(shí),每次得出的Rf值即可保持恒定。無(wú)機(jī)類支持劑的顆粒以150~200目(直徑為0.07~0.1mm)、薄層厚度為0.25~1mm較合適。有機(jī)吸附劑如纖維素等的顆粒為70~140目(直徑0.1~0.2mm)、薄層厚度為1~2mm最恰當(dāng)。 (三)薄層板制作 薄層板制作簡(jiǎn)稱制板,是指作為固定相的支持劑被均勻地涂布在玻板上,形成一薄層。所用的玻板要求表面平滑、清潔。玻板的大小按需要選定,常用的規(guī)格為6cm×20cm、20cm×20cm及2.5cm×7.5cm。 1、軟板制作 軟板也稱干板,是不加粘合劑,將支持劑干粉直接均勻地鋪在玻板上制成的。這種薄層板制作簡(jiǎn)單,展開(kāi)快,但極易吹散。其具體制作方法如下: (1)選用直徑約為0.5cm的玻璃管一根,根據(jù)薄層的厚度(一般為0.4~1mm)在其兩端繞膠布數(shù)圈。 (2)將支持物干粉倒在玻板上,固定玻板一端以防玻璃推進(jìn)時(shí)移動(dòng)。 (3)將玻璃管壓在玻板上,將支持劑干粉由一端推向另一端即成薄層。 2、硬板制作 &nb執(zhí)業(yè)護(hù)士網(wǎng)sp;硬板或稱濕板,是將支持劑加粘合劑和水或其他液體后,均勻地鋪在玻璃板上,再經(jīng)烘干而成的薄層板。制作方法可用專門(mén)的薄層制板器,也可用手工,均能得到滿意的效果。下面介紹三種手工涂布制板的方法: (1)玻棒涂布 將支持劑用水或適當(dāng)溶劑調(diào)成膠漿,倒在玻板上,然后依軟板制作相同方法,用玻棒在玻板上將支持劑由一端向另一端推動(dòng),即成薄層。 (2)玻片涂布 在玻板兩旁放置兩塊稍厚的玻板,把支持劑膠漿倒在中間的玻板上,然后用另一塊玻片的邊緣將膠漿刮向另一端,即成一定厚度的薄層。干燥后用刀刮去薄板兩側(cè)的支持劑。更換玻板兩旁不同厚度的玻片,即可調(diào)節(jié)薄層的厚度。 (3)傾斜涂布 將支持劑膠漿倒在玻片上,然后將玻板傾斜,使膠漿均勻涂布于玻板上。上述任何一種方法將支持劑均勻涂布于玻板上后,靜置片刻,待薄層表面無(wú)水漬后,置烘箱中,讓溫度升到100℃,持續(xù)1小時(shí)。關(guān)閉電源,待溫度降至接近室溫時(shí),取出薄層板,放入干燥器備用。此一步驟稱為活化。 (四)點(diǎn)樣 點(diǎn)樣是將經(jīng)處理后的樣品點(diǎn)加在薄層的特定部位,這是一項(xiàng)需要十分仔細(xì)的操作步驟,點(diǎn)樣的好壞會(huì)直接影響分離效果。點(diǎn)樣可用玻璃毛細(xì)管,如作定量測(cè)定,應(yīng)使用微量移液管或微量注射器,市售血球計(jì)數(shù)管經(jīng)加工磨尖頭部并標(biāo)定體積后使用也甚理想。點(diǎn)樣的位置,上行展開(kāi)法一般點(diǎn)樣在離薄層下端4~5cm處,下行展開(kāi)法在離上端6~8cm處。如作雙相紙層析分離,點(diǎn)樣處應(yīng)位于距薄層右側(cè)邊5cm與距底邊5cm直線的交點(diǎn)。 薄層層析點(diǎn)樣方法應(yīng)注意以下幾點(diǎn): (1) 樣品最好用具揮發(fā)性的有機(jī)溶劑(如乙醇、氯仿等)溶解,不應(yīng)用水溶液,因水分子與吸附劑的相互作用力較弱,當(dāng)它占據(jù)了吸附劑表面上的活性位置時(shí),就使吸附劑的活性降低,而使斑點(diǎn)擴(kuò)散。 (2) 點(diǎn)樣量不宜太多,否則會(huì)降低Rf值,一般為幾到幾十μg,體積為1~20μg。 (3) 原點(diǎn)直徑要控制在2mm以內(nèi)。欲達(dá)此目的,就須分次點(diǎn)樣,邊點(diǎn)樣,邊用冷、熱風(fēng)交替吹干。 (4) 薄層板在空氣中不能放置太久,否則會(huì)因吸潮降低活性。 (五)展開(kāi) 1、展開(kāi)劑的選擇 選擇展開(kāi)劑須視被分離物的極性及支持劑的性質(zhì)而定。對(duì)初選展開(kāi)劑合適與否的評(píng)價(jià),要根據(jù)其分離有效成分的效果來(lái)確定。如果不合適,還需進(jìn)行極性調(diào)整,直到達(dá)到對(duì)有效成分的完全分離為止。 如果薄層層析所用的支持劑是吸附劑,在同一吸附劑上,不同化合物的吸附性質(zhì)有如下規(guī)律:①飽和碳?xì)浠衔锊灰妆晃;②不飽和碳(xì)浠衔镆妆晃剑肿又须p鍵愈多,則吸附得愈緊密;③當(dāng)碳?xì)浠衔锉灰粋(gè)功能基取代后,吸附性增大。吸附性較大的化合物,一般需用極性較大的溶劑才能推動(dòng)它。 選擇展開(kāi)劑的另一個(gè)依據(jù)是溶劑的極性大小。一般而論,在同一種支持劑上,凡溶劑的極性愈大,則對(duì)同一性質(zhì)的化合物的洗脫能力也愈大,即在薄層上能把此化合物推進(jìn)得愈遠(yuǎn),Rf值也愈大。如果用一種溶劑去展開(kāi)某一成分,當(dāng)發(fā)現(xiàn)它的Rf值太小時(shí),可考慮換用一種極性較大的溶劑,或在原來(lái)的溶劑中加入一定量極性較大的溶劑進(jìn)行層層。溶劑極性大小的次序是: 石油醚<二硫化碳<四氯化碳<三氯乙烯<苯<二氯甲烷<氯仿<乙醚<乙酸乙酯<乙酸甲酯<丙酮<正丙醇<甲醇<水。 關(guān)于溶劑混溶性,一般根據(jù)相似相溶原則,需要注意,極性相差大的不混溶,比如正己烷與甲醇。多元展開(kāi)劑,主體的兩種溶劑不能混溶,就需要通過(guò)第三種溶劑來(lái)調(diào)和。比如:石油醚、正庚烷、正已烷、戊烷、環(huán)已烷和甲醇、水之類的。 2、展層 展層裝置種類較多,根據(jù)展層方式基本上可分上行、下行、連續(xù)及水平式四種。不加粘合劑的薄層只能作近水平式(板與水平成10度~20度角)的上行或下行展開(kāi)。不論何種展層方式,展層容器必須關(guān)閉,并事先要使展開(kāi)劑蒸氣達(dá)到飽和。容器的體積大小要視薄層板的面積而定,因?yàn)榇笕萜饕_(dá)到溶劑蒸氣飽和所需的時(shí)間比小的長(zhǎng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明,在不飽和的展層裝置中,由于混合展開(kāi)劑內(nèi)含有幾種揮發(fā)性試劑,致使薄層板邊緣與中間的試劑比例不同,因此樣品在邊緣和中間展層的距離也不同,這種現(xiàn)象稱為邊緣效應(yīng),嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響分離效果。 薄層層析時(shí)為了獲得更好的分離效果,可采用雙向展層和分次展層。分次展層是先用一種溶劑展開(kāi)至一定距離后,將薄層板取出,待溶劑揮發(fā)后再按同一方向用第二種溶劑展開(kāi)。 (六)顯色和定量 薄層板展開(kāi)完成后,從展開(kāi)裝置中取出,于室溫或烘箱中干燥,然后根據(jù)被分離物質(zhì)的種類和性質(zhì),選用相應(yīng)的顯色劑噴霧顯色,或用紫外燈檢測(cè)被分離的物質(zhì)斑點(diǎn),測(cè)量和計(jì)算各斑點(diǎn)的Rf值。通過(guò)薄層層析被分離的各種溶質(zhì)組分在濾紙上移動(dòng)的速率通常用Rf表示: Rf=組分移動(dòng)的距離/溶劑前沿移動(dòng)的距離 =原點(diǎn)至組分斑點(diǎn)中心的距離/原點(diǎn)至溶劑前沿的距離。 在薄層、溶劑、溫度等各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件恒定的情況下,各物質(zhì)的Rf值是不變的,它不隨溶劑移動(dòng)距離的改變而變化。Rf與分配系數(shù)K的關(guān)系: Rf=1/(1+αK), α是由薄層性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)。由此可見(jiàn),K值愈大,溶質(zhì)分配于固定相的趨勢(shì)愈大,而Rf值愈。环粗琄值愈小,則分配于流動(dòng)相的趨勢(shì)愈大,Rf值定性分析的重要指標(biāo)。 在樣品所含溶質(zhì)較多或某些組分在單相薄層層析中的Rf比較接近,不易明顯分離時(shí),可采用雙相薄層層析法。該法是將濾紙?jiān)谀骋惶厥獾娜軇┫到y(tǒng)中按一個(gè)方向展層以后,即予以干燥,再轉(zhuǎn)向90度,在另一溶劑系統(tǒng)中進(jìn)行展層,待溶劑到達(dá)所要求的距離后,取出薄層,干燥顯色,從而獲得雙相層析譜。應(yīng)用這種方法,如果溶質(zhì)在第一種溶劑中不能完全分開(kāi),而經(jīng)過(guò)第二種溶劑的層析能得以完全分開(kāi),大大地提高了分離效果。 由于薄層層析在分析定量時(shí)需注意以下幾點(diǎn): (1)在噴霧顯色時(shí),不加粘合劑的薄層要小心操作,以免吹散吸附劑。 (2)薄層層析還可以用強(qiáng)腐蝕性顯色劑,如硫酸、硝酸、鉻酸或其他混合溶液。這些顯色劑幾乎可以使所有的有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樘,如果支持劑是無(wú)機(jī)吸附劑,薄層板經(jīng)此類顯色劑噴霧后,被分離的有機(jī)物斑點(diǎn)即顯示黑色。此類顯色劑不適用于定量測(cè)定或制備用的薄層上。 (3)如果樣品斑點(diǎn)本身在紫外光下不顯熒光,可采用熒光薄層檢測(cè)法,即在吸附劑中加入熒光物質(zhì),或在制備好的薄層上噴霧熒光物質(zhì),制成熒光薄層。這樣在紫外光下薄層本身顯示熒光,而樣品斑點(diǎn)不顯熒光。吸附劑中加入的熒光物質(zhì)常用的有1.5%硅酸鋅鎘粉,或在薄層上噴霧0.04%熒光素鈉、0.5%硫酸奎寧醇溶液或1%磺基水楊酸的丙酮溶液。 (4)由于薄層邊緣含水量不一致,薄層的厚度、溶劑展開(kāi)距離的增大,均會(huì)影響Rf值,因此在鑒定樣品的某一成分時(shí),應(yīng)用已知標(biāo)準(zhǔn)樣作對(duì)照。 (5)定量時(shí),可對(duì)斑點(diǎn)作光密度測(cè)定,也可將一個(gè)斑點(diǎn)顯色,而將與其相同Rf值的另一未顯色斑點(diǎn)從薄層板上連同吸附劑一起刮下,然后用適當(dāng)?shù)娜軇⿲⒈环蛛x的物質(zhì)從吸附劑上洗脫下來(lái),進(jìn)行定量測(cè)定。 (七)薄層層析法的近代發(fā)展 薄層層析法由于其本身所具有的許多優(yōu)點(diǎn),幾十年來(lái),在混合物的分離、定性及定量分析中的應(yīng)用相當(dāng)普遍,并逐漸取代了紙層析分離技術(shù)。為了克服薄層層析法存在的某些不足,獲得更有效的分離效果,在薄層制備、展開(kāi)方式、分析鑒定手段以及相配套的儀器設(shè)備等方面近年來(lái)進(jìn)行了許多革新,其中最根本的是支持劑的改進(jìn)。以一種直徑更小的支持劑顆粒替代常規(guī)的支持劑劑型所制備的薄層,比常規(guī)的薄層具有所需樣品少、展開(kāi)速率快、距離短、分辨力高等優(yōu)點(diǎn);而且此種新型的薄層具有較好的光學(xué)特性,更有利于對(duì)分離斑點(diǎn)進(jìn)行光密度掃描。為了區(qū)別于常規(guī)的薄層層析分析法,通常將此種新方法稱為高效薄層層析法(high performance thin—layer chromatography,HPTLC),也稱現(xiàn)代薄層層析法(modern TLC)。 在進(jìn)行HPTLC時(shí),為了保證恒定的吸附劑活性和薄層板的相對(duì)濕度,預(yù)制板可用固定相浸漬劑加以處理。經(jīng)處理后的薄層板一般不再受外界濕度的影響。固定相浸漬劑分兩類:①親水性固定相,多數(shù)用甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙二醇和不同相對(duì)分子質(zhì)量的聚乙二醇或不同種類的鹽溶液浸漬;②親脂性固定相,一般作反向?qū)游鲇,多?shù)用液體石蠟、十一烷、十四烷、礦物油、硅酮油或乙基油酸鹽等浸漬。也有利用與浸漬劑形成絡(luò)合物或加成物得以分離的,如經(jīng)三硝基苯或苦味酸浸漬的,可利用絡(luò)合反應(yīng)分離多環(huán)化合物。用NaHSO3浸漬,可與含有羰基化合物生成加成物而得以分離。 三、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑 玻板(12×5cm) 干燥器 培養(yǎng)皿(10~12cm) 燒杯(100ml) 量筒(25ml) 小木架 涂鋪薄層板玻棒 毛細(xì)管 米尺 濾紙 細(xì)線 薄層色譜用堿性氧化鋁 展開(kāi)劑 飽和KCl水溶液 碘片 咖啡堿溶液(2%) 茶堿溶液(2%) 混合生物堿溶液 四、實(shí)驗(yàn)步驟 ⑴制板 用玻棒在玻板上均勻地鋪上一層活性三氧化二鋁。 ⑵點(diǎn)樣 先用細(xì)線在薄層板上距下端1~1.5cm處壓一條線,注意不要把三氧化二鋁壓斷,用毛細(xì)管蘸取少量樣品點(diǎn)于線上,樣點(diǎn)之間及樣點(diǎn)與薄層板邊緣之間距離都不宜太近,且樣點(diǎn)的形狀越規(guī)則越好,大小不宜超過(guò)3mm。 ⑶展開(kāi) 晾干樣點(diǎn),斜著放入置于干燥器中盛有展開(kāi)劑的培養(yǎng)皿中。展開(kāi)劑要接觸到吸附劑下沿,但切勿接觸到樣點(diǎn)。蓋上干燥器蓋子,展開(kāi)。待展開(kāi)劑上行到一定高度(由試驗(yàn)確定適當(dāng)?shù)恼归_(kāi)高度),取出薄層板,再畫(huà)出展開(kāi)劑的前沿線。 ⑷顯色,計(jì)算Rf值 將展開(kāi)的薄層板揮發(fā)干展開(kāi)劑后,放在盛有碘晶體的封閉容器中,升華產(chǎn)生的碘蒸氣能與有機(jī)物分子形成有色的締合物,完成顯色。計(jì)算Rf值。 五、思考題 1、展開(kāi)時(shí),展開(kāi)劑的高度超過(guò)了點(diǎn)樣原點(diǎn),這對(duì)薄層色譜產(chǎn)生什么影響? 2、運(yùn)用薄層色譜定性鑒定時(shí),只用一種展開(kāi)劑展開(kāi),然后根據(jù)Rf值作判定是否可靠? 3、為什么在薄層色譜時(shí),不能讓展開(kāi)劑從薄板上蒸發(fā)掉? |