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技术支持

常压柱,减压柱,加压柱有什么区别?

发布时间:2022-10-25   点击次数:217次

  过柱子,即柱层析或柱色谱的俗称,是有机化学中最/常用也是最基础的一种分离手段。有机化学实验者最常做的三件事莫过于加反应、点板(TLC)和过柱子了,过完柱子拿到了纯的产品这个实验才算是告一段落了,当然之后一般还需要做一些其他的数据表征。作为一个几乎天天跟柱子打交道的有机化学实验者,有过把产物过没了的经历,也曾一根柱子过了两三天还舍不得丢掉,更有一个反应过了两三次柱子的情况,粗略估计差不多过了有上千根柱子。今天远慕整理一下过柱子的一些心得和体会,以供大家讨论和借鉴。

  过柱前

  1. 关于要不要过柱子。

  过柱子是有机化学中一种非常常用的分离纯化方法,但并不是唯/一的方法。并不是所有的东西都可以过柱子分离。同时,除了过柱子,重结晶,蒸馏也是比较常用的分离方法。在过柱子之前,除了点板之外,还可以做其他一些准备工作的。比如打个核磁粗谱,液质或气质等,可以直观地分析反应结果。少过柱子,多打粗谱,别等到你哼哧哼哧把柱子过完了却发现没有你想要的东西。如果从TLC或谱图中看出粗产物纯度可以,不影响直接做下一步实验室时,*可以跳过这一步的纯化。同时,如果杂质和目标产物rf值相差很近不便于分离时,若下一步反应产物极性变化较大,利于分离时,也可以考虑直接进行下一步。但有时候前一步产物不够纯也可能会给下一步带来麻烦,所以这个要准确判断,而且能把产物弄纯的话尽量纯一点。另外,如果TLC板上有好几个点,而且你又很难判断哪一个是你要的东西,这时可以取少量爬个大板,分析大板刮下来的各个组分,待确定哪部分是你的目标产物时,再迅速地通过过柱拿到所有目标产物。

  2. 柱子和固定相的选择。

  柱子的规格按分离的量来选择,一般来说粗长的柱子较好,然而粗的柱子浪费溶剂,长的柱子压得紧了淋洗液冲得又慢,柱子的规格和装的长度当然是恰到好处最好,这个需要从实践中总结。市面上的柱子一般有带砂芯的和不带砂芯的,带砂芯的不需要塞棉花,流动相滴得也快一些,但有时会被污染,用完记得多用溶剂洗一洗。不带砂芯的柱子需要自己塞棉花,棉花不要塞得太紧,否则流动相滴得太慢,很费时。关于固定相的选用,一般是硅胶和氧化铝,当然对于一些大分子还有凝胶柱。氧化铝具体分下来又有碱性、中性和酸性的,这个用于特定化合物的分离。对于一般的小分子化合物基本(正向)硅胶柱就够用的了。过柱子选用的细硅胶一般是200-300及300-400,越细的硅胶分离效果越好,但太细的压实之后冲起来也有些费劲。对于很好分离的体系也可以选用粗一点的,即100-200目,过起来会快一些。

  3. 流动相的选择。

  流动相即淋洗液,它的确定靠TLC,一般是混合溶剂(当然也有用纯石油醚或二氯甲烷作为淋洗液的)。混合溶剂比较常用的有石油醚/乙酸乙酯和二氯甲烷/甲醇,前者用于小极性体系,后者用于大极性体系,很显然后者的毒性也较大。一般情况下,石油醚和正己烷是可以替换的,但是国内正己烷的价格要贵很多,有趣的是有些国外的文献比较喜欢用正己烷,据说香港也基本是用正己烷。当然关于淋洗液的选择也不要囿于上述两种混合体系,像丙酮、乙/醚、氯仿等溶剂也*可以用来过柱子,有些rf值相差极近的混合物,通过改变淋洗液的成份及配比,是有可能爬得更开一些的。淋洗液的确定很重要,淋洗液选用不当有可能导致柱子过不开而重新过,这样徒增烦恼。

  一般来说目标物的rf值控制在0.2-0.3时的淋洗液比例较好,且最好在过柱前留一点点可供点板的样品,便于过柱后期比较。这里顺便说一下,不要过份相信国产试剂的纯度,因为我就曾经被坑过。研究生时用的石油醚和乙酸乙酯全部是大桶粗溶剂,需要自己重蒸一下再用,这种是没问题的。现在用的全部是直接购买的5L铁桶或塑料桶装溶剂,一直也没什么问题,但是去年有一次一个小心翼翼过完柱子的产物,信心满满地打核磁却发现不纯。让同事帮忙分析杂质时,同事说这个杂质他也遇到过,经验丰富的老板说杂质可能是塑化剂邻苯二甲酸酯类化合物。

  至于是如何引入的就很难说了,很有可能是因为使用了含塑化剂的东西,比如塑料滴管、塑料针头等。可是这些塑料物我绝对不是第一天用了,以前从来没出现过问题,后来上网查到有人曾提出有些杂质可能是不纯的乙酸乙酯引入的。于是我取了几十毫升乙酸乙酯,旋干之后去打核磁,果然就是上述杂质。之后再也不敢用那个厂家的乙酸乙酯了,剩下的也要全部重蒸一遍才敢放心用。

  过柱中

  硅胶吸入体内是无法代谢排出的,为了自己和他人的生命安全,需在通风橱内操作,并佩戴口罩。我有个同事曾经不小心把一盒硅胶打翻了,在他打翻硅胶的一刹那我就跑出去了,他处理完现场的一周内,我感觉地上还是有些硅胶粉。

  1. 柱子的制备。

  关于柱子的制备,因人而异,有人喜欢湿法备柱,有人喜欢干法备柱。喜欢湿法的会觉得干法的会有气泡,喜欢干法的会觉得湿法太慢且柱子高度不太好控制。其实两种方法都可以,新手最好从湿法入手。无论是哪种方法,熟练起来就好,二者的终/极目标都是要使制备好的柱子硅胶分布均匀,柱面平整,全柱无气泡。这里面需要说明一下,若用干法备柱,一般是用水泵把硅胶从柱子底部抽实,勿用油泵。因为我听说有个前同事(我入职时他已离职)喜欢用油泵抽柱子,结果抽了两次就把油泵抽坏了,据说是把硅胶粉抽进泵里了,其实我挺好奇他是怎么做到的。

  2. 上样。

  上样也分干法和湿法。湿法比较简单,若样品是液态,直接用滴管转移至柱中,并用少许淋洗液洗涤瓶子两三次,洗涤液也一并转移至柱中。转移的过程中注意沿柱内壁缓缓加入,不要破坏硅胶表面。若样品是固体,可用少量淋洗液溶解成液态上样。若样品溶解性不好,可借助二氯甲烷或乙酸乙酯等溶剂,但这种大极性溶剂不可多用,否则对于小极性产品来说会降低分离效率。

  记得我最开始学习过柱子时,师兄只会湿法上样,自然也是教我湿法上样,而且那时大家全部是用二氯甲烷溶解样品,有时用得还很多,这样有些小极性的东西就容易分不开。干法上样需要先制备样品,不论固态、液态样品,均用少量易挥发、易溶解溶剂溶解、稀释样品,建议稀释后样品浓度为30-50%(固态样品一定要*溶解,不可固液混合)。然后加入适量粗硅胶(100-200目),使样品均匀分散在粗硅胶上。粗硅胶的使用量为硅胶加入后,在未干状态下为容易散开的湿沙状态,晾干或旋干后为均匀分散、自由流动的硅胶颗粒,无结块。然后将此硅胶粉倒入柱中,粗硅胶的高度最好小于细硅胶的1/3。

  对于湿法和干法的选择,也是看具体情况和个人习惯,不过总体来看,干法上样用得较普遍一些。特别是有时量太大,湿法上样会发现样品太多而过载在硅胶表面。上完样在加淋洗液之前,需将样品表面保护起来避免被冲坏,具体来说,有用石英砂的,有用无水/硫酸钠或无水硫/酸镁的,还有用棉花的,更有甚者是用粗硅胶的,这个也看个人习惯。

  3. 接样。

  过柱分常压柱、减压柱和加压柱,现在最/常用的就是加压柱,快速柱色谱也由此而来。有时特别难分的,有人也会一咬牙过个常压柱,让其慢慢流,但是速度太慢了。对于柱子多的熟手,可"双柱齐下"或"多柱齐下",但要注意收集样品时不要弄混了。过柱子其实是件挺无聊的事,你需要看着柱子换试管或小接液瓶,这个时候也可以做些其他事情,比如背背单词听听歌,但是与此同时要注意不要压干柱子。

  最开始过柱子时,建议用小极性溶剂冲冲柱子,因为有时候在TLC板上感觉基本没有什么杂质而装了个很短的柱子时,有时点试管中的样品会发现可能还是有一些小杂质的。关于确定样品什么时候出来也是有技巧的,最直观的就是观察柱子,这个对于有颜色的东西特别好用,会观察到不同的色带。即使对于没有颜色的东西,仔细观察柱子也是有些变化的。还有的人会借助紫外小手电筒或手提式紫外灯,往柱子上一照也能提供参考。

  另外,若产物是固体,特别是溶解度差一些的,出来后会有少量析出在柱尖,包括试管中,有时放置一会儿也会在试管壁上看到。若是液态产物,仔细观察柱尖,及流动相滴下来的状态也有所不同,且试管同样放置一段时间,随着溶剂的挥发也可在试管壁看出。当然除了这些以外,那就是点板了。点板不必一管挨着一管点,可跳着点。等到确定产物出来时,*可拿接收瓶接。旋蒸是过柱子的决速步,选择合适的瓶子,快速收集好样品,就在旋蒸上刷刷地旋起来,有时候看着溶剂在旋蒸冷凝管上泪流满面时还挺爽的。

  过柱后

  过完柱子后,在没确定拿到了所有自己需要拿到的东西时,不要立刻把柱子处理掉,也不要急于把试管和接受瓶里的东西都倒掉,这样如果出了一些差错还有挽回的余地。同时,最好详细记录自己过柱子的一些条件,TLC的情况,以及产物的状态和表征谱图等等,好记性不如烂笔头,把这些记下以后再做同样或类似的反应也会有一些参考价值。

  学生时代,刚进实验室的菜鸟可能都充当过人工过柱机以及刷试管工,也都曾被柱子虐过,后来可能慢慢习惯了与柱相处甚至爱/上撸柱子,而工作了后可能会爱上过柱机。不管怎样,每个有机人可能都有一段段属于自己的"我与柱子的故事"。回头看看那些曾经过过的柱子,它们不需要围起来看看能不能绕地球一圈,它们只需要陪伴我们在化学实验中成长即可。


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