薄层色谱和柱层析课件.ppt
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1、*薄层色谱薄层色谱(TLC)1 概概 述述 色谱法是目前最常用的一类分离技术,它利用不同结构或色谱法是目前最常用的一类分离技术,它利用不同结构或不同性质的物质在不相混溶的两相中分布不同而进行分离。当不同性质的物质在不相混溶的两相中分布不同而进行分离。当将其中一相固定(称固定相),而使另一相流过(称流动相)将其中一相固定(称固定相),而使另一相流过(称流动相)时,则这些物质被流动相带动,以不同的速度向前移动,经过时,则这些物质被流动相带动,以不同的速度向前移动,经过一段时间后,不同的物质移动的距离有较明显的差异,从而达一段时间后,不同的物质移动的距离有较明显的差异,从而达到分离。该方法目前已有多
2、种操作,由于分离效能好,操作简到分离。该方法目前已有多种操作,由于分离效能好,操作简便,已在各个领域中得到广泛的应用。便,已在各个领域中得到广泛的应用。关于色谱法的发展可追溯到十九世纪末、二十世纪初的俄关于色谱法的发展可追溯到十九世纪末、二十世纪初的俄国,最先由植物学家研究色素时发现。但直到二十世纪三、四国,最先由植物学家研究色素时发现。但直到二十世纪三、四十年代才开始实际应用。十年代才开始实际应用。1941年,年,A.J.P.Martin和和R.L.M.Synge为解决氨基酸的分析问题,为解决氨基酸的分析问题,1*将溶剂抽提中的一个相固定在硅胶上,装在柱内,并按色将溶剂抽提中的一个相固定在硅
3、胶上,装在柱内,并按色谱法操作,使另一液相流过柱子,分离获得成功。从此出现了谱法操作,使另一液相流过柱子,分离获得成功。从此出现了基于分配原理的分配色谱法,因此获得了诺贝尔奖。以后的发基于分配原理的分配色谱法,因此获得了诺贝尔奖。以后的发展采用了纤维素、继而采用滤纸作分配色谱载体,发展了纸色展采用了纤维素、继而采用滤纸作分配色谱载体,发展了纸色谱法。薄层色谱法的研究和发展也出现在二十世纪的三、四十谱法。薄层色谱法的研究和发展也出现在二十世纪的三、四十年代,现在已和气、液色谱一起成为最常用的色谱分离、分析年代,现在已和气、液色谱一起成为最常用的色谱分离、分析方法。为与柱色谱相区别,并突出纸色谱和
4、薄层色谱的特点,方法。为与柱色谱相区别,并突出纸色谱和薄层色谱的特点,这两种方法也叫平床色谱法(这两种方法也叫平床色谱法(Flat bed chromatography)或平)或平面色谱法(面色谱法(Planar chromatography)。)。色谱法经过多年的发展已有多种操作形式,其分类方法也色谱法经过多年的发展已有多种操作形式,其分类方法也有多种。按固定相和流动相的物态可分为以气体为流动相的气有多种。按固定相和流动相的物态可分为以气体为流动相的气相色谱(包括气固色谱、气液色谱)和以液体为流动相的液相相色谱(包括气固色谱、气液色谱)和以液体为流动相的液相色谱(包括液固色谱、液色谱(包括液
5、固色谱、液-液色谱);如以固定相的操作方式液色谱);如以固定相的操作方式以及形状分类则有柱色谱、以及形状分类则有柱色谱、纸色谱、薄层色谱;纸色谱、薄层色谱;2*2-薄层色谱中,组分的移动情况常用比移值薄层色谱中,组分的移动情况常用比移值Rf来表示:来表示:Rf=原点至组分点中心的距离原点至组分点中心的距离/原点至流动相前沿的距离原点至流动相前沿的距离 也有用也有用“高比移值高比移值”表示:表示:hRf=Rf 100 和和“相对比移值相对比移值”表示,即相对于某一物质表示,即相对于某一物质X的的Rf值,用值,用Rx表示:表示:Rx=Rf/Rx(原点至组分点中心距离与原点至物质(原点至组分点中心距
6、离与原点至物质X点中心的距离的比值)点中心的距离的比值)Rf总小于总小于1;Rx可小于可小于1,也可大于,也可大于1;hRf可在可在1100之间之间 3*薄层色谱中,薄层色谱中,Rf值与组分的分配系数值与组分的分配系数K值有关:值有关:K=Cs/CM =溶质在固定相中浓度溶质在固定相中浓度/溶质在流动相中浓度溶质在流动相中浓度 若该组分的移动距离为若该组分的移动距离为d1,流动相移动距离为,流动相移动距离为dm ,d2=dmd1 Rf=d1/dm=d1/(d1+d2)如果组分的分配系数大,则在水中分配量大,移动距离小,如果组分的分配系数大,则在水中分配量大,移动距离小,Rf小。因此,小。因此,
7、K与与d1、d2有如下关系:有如下关系:Kd2/d1 此外,移动距离也与二相之体积比有关,体积大者,在其此外,移动距离也与二相之体积比有关,体积大者,在其中分配的量也多。如以中分配的量也多。如以Vs 表示固定相的体积,表示固定相的体积,Vm表示流动相表示流动相的体积的体积 Vs/Vmd2/d14*合并上两式:合并上两式:d2/d1=KVs/Vm Rf=d1/(d1+d2)=d1/(d1+d1KVs/Vm)=Vm/(Vm+KVs)或或 K=Vm/Vs(1/Rf1)若实验条件固定,则两相体积比也固定不变,则决定若实验条件固定,则两相体积比也固定不变,则决定Rf的的主要因素是分配系数主要因素是分配系
8、数K。由。由K值可推倒出值可推倒出Rf值。但有时纸纤维值。但有时纸纤维对某些物质也有作用,从而使实测对某些物质也有作用,从而使实测Rf值与计算(推倒)值与计算(推倒)Rf值有值有一定差别。一定差别。在分配色谱中,但固定液的极性大于流动相的极性时,称在分配色谱中,但固定液的极性大于流动相的极性时,称为正相分配;当固定液的极性小于流动相的极性时称为反相分为正相分配;当固定液的极性小于流动相的极性时称为反相分配。通常纸色谱均为正相,即有机溶剂为流动相,吸收在滤纸配。通常纸色谱均为正相,即有机溶剂为流动相,吸收在滤纸上的水分作固定相。但有时也有将滤纸用极性较小的液体(如上的水分作固定相。但有时也有将滤
9、纸用极性较小的液体(如烃类)处理后作固定相,而以极性较大的含水溶剂作流动相,烃类)处理后作固定相,而以极性较大的含水溶剂作流动相,则为反相色谱。用则为反相色谱。用DMF处理的仍然为正相。处理的仍然为正相。5*薄层色谱与薄层色谱与HPLC的对比的对比 薄层色谱薄层色谱 HPLC 色谱系统色谱系统 开放式开放式 闭路闭路 展开方式展开方式 展开展开 洗脱洗脱 流速控制流速控制 吸附剂的毛细管作用吸附剂的毛细管作用 由泵调节由泵调节 平衡时间平衡时间 短短 不定不定 分析样品分析样品 可同时分析多个可同时分析多个 每次一个样品每次一个样品 样品量样品量 高高 低低 板高(板高(m)30 25 有效板
10、数有效板数 600 5000 检测方式检测方式 静态静态 动态动态 溶剂用量溶剂用量 少少 多多 溶剂更换溶剂更换 易易 难难 固定相固定相 一次弃去一次弃去 重复使用重复使用6*4-吸附剂与载体吸附剂与载体(1)对吸附剂的要求)对吸附剂的要求()具有大的表面积与足够的吸附能力)具有大的表面积与足够的吸附能力()对不同组分有不同吸附性能,这样有好的分离效果)对不同组分有不同吸附性能,这样有好的分离效果()在所用溶剂和展开剂中不溶解)在所用溶剂和展开剂中不溶解()不与试样中各组分、溶剂和展开剂起化学反应、破坏)不与试样中各组分、溶剂和展开剂起化学反应、破坏或分解作用或分解作用7*()粒度均匀,使
11、用过程中不破坏)粒度均匀,使用过程中不破坏()具有可逆的吸附性,既能吸附样品组分,又易于解析)具有可逆的吸附性,既能吸附样品组分,又易于解析()为便于观察分离结果,吸附剂最好为白色。)为便于观察分离结果,吸附剂最好为白色。常常用用的的吸吸附附剂剂有有硅硅胶胶、氧氧化化铝铝、聚聚酰酰胺胺、硅硅酸酸镁镁、而而CaO、MgO、Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4、Ca3(PO4)2、Mg3(PO4)2、淀淀粉粉、蔗蔗糖糖等等,或或因因碱碱性性太太大大,或或吸吸附附性性太太弱弱,用用途途有有限限,活活性炭因吸附性太强和黑色,使应用受到限制。性炭因吸附性太强和黑色,使应用受到限制。(2)分配色谱对
12、载体的要求)分配色谱对载体的要求()表面积大)表面积大()在在展展开开剂剂中中不不溶溶,与与展展开开剂剂和和样样品品组组分分不不起起化化学学反反应应或或分分解作用解作用()对样品组分无吸附性或吸附性弱)对样品组分无吸附性或吸附性弱()对固定液是惰性的)对固定液是惰性的8*常用的有纤维素和硅藻土。常用的有纤维素和硅藻土。实际工作中,吸附剂、载体等的选择,首先决定于样品成实际工作中,吸附剂、载体等的选择,首先决定于样品成分的性质,即它们的溶解度、酸碱性、极性以及是否与吸附剂分的性质,即它们的溶解度、酸碱性、极性以及是否与吸附剂起化学反应等,还有价格、是否容易得到等。起化学反应等,还有价格、是否容易
13、得到等。()样品的溶解度)样品的溶解度 任何类型的化合物都可首先考虑使用硅胶和氧化铝薄层,任何类型的化合物都可首先考虑使用硅胶和氧化铝薄层,如果水溶性的化合物在吸附薄层上分离不好,可试用纤维素或如果水溶性的化合物在吸附薄层上分离不好,可试用纤维素或硅藻土分配薄层,如果正相不行可选用反相。硅藻土分配薄层,如果正相不行可选用反相。()样品的酸碱性)样品的酸碱性 硅胶略带酸性,适用于酸性和中性物质分离;碱性物质与硅胶略带酸性,适用于酸性和中性物质分离;碱性物质与硅胶有相互作用,展开时易吸附于原点不动或拖尾。硅胶有相互作用,展开时易吸附于原点不动或拖尾。氧化铝呈碱性,适用于碱性和中性物质的分离。氧化铝
14、呈碱性,适用于碱性和中性物质的分离。硅胶和氧化铝硅胶和氧化铝1:1量掺和使用,得中性吸附剂,或在制板量掺和使用,得中性吸附剂,或在制板时加入稀酸或稀碱使其变性,或用酸性或碱性展开剂展开,以时加入稀酸或稀碱使其变性,或用酸性或碱性展开剂展开,以改变硅胶或氧化铝原来的性质。改变硅胶或氧化铝原来的性质。9*()样品的极性)样品的极性 物质的极性愈大,氧化铝和硅胶吸附愈牢,物质极性大小物质的极性愈大,氧化铝和硅胶吸附愈牢,物质极性大小如下:如下:饱和烃饱和烃 不饱和烃不饱和烃 醚醚 酯酯 醛醛 酮酮 胺胺 羟基化合物羟基化合物 酸和碱酸和碱 吸附太牢也不易分离,如果硅胶、氧化铝吸附性太强,可掺吸附太牢
15、也不易分离,如果硅胶、氧化铝吸附性太强,可掺入不同比例的硅藻土,或其它低吸附性物质。入不同比例的硅藻土,或其它低吸附性物质。(3)常用吸附剂)常用吸附剂 硅胶:硅胶:105110 活化,但不能高于活化,但不能高于170。氧化铝:氧化铝:180200 活化活化 聚酰胺聚酰胺 纤维素硅藻土纤维素硅藻土 硅酸镁硅酸镁 离子交换剂离子交换剂 多孔玻璃珠多孔玻璃珠 反相键合硅胶(硅烷化处理)反相键合硅胶(硅烷化处理)10*5-薄层板的制备薄层板的制备 将吸附剂均匀地涂铺在规定尺寸的玻璃板或其它平面板上,将吸附剂均匀地涂铺在规定尺寸的玻璃板或其它平面板上,这一过程称铺板或铺层,即制成薄层板。这一过程称铺板
16、或铺层,即制成薄层板。板的好坏是分离成功与否的关键,好的板要求吸附剂涂铺板的好坏是分离成功与否的关键,好的板要求吸附剂涂铺均匀,表面光滑,厚度一致。现有预制板出售。均匀,表面光滑,厚度一致。现有预制板出售。制板方法主要有干法和湿法两种:制板方法主要有干法和湿法两种:(1)干法制板)干法制板 氧化铝和硅胶可用干法铺板,干法铺层比较简便,制得的氧化铝和硅胶可用干法铺板,干法铺层比较简便,制得的板展开速度快,但展开后不能保存,薄层不牢固,喷显色剂时板展开速度快,但展开后不能保存,薄层不牢固,喷显色剂时易吹散。易吹散。方法:将吸附剂均匀地撒在薄层板上,两手用两端圈套的方法:将吸附剂均匀地撒在薄层板上,
17、两手用两端圈套的玻璃棒滚动,厚度玻璃棒滚动,厚度0.253mm,滚动不宜太快,不能停。,滚动不宜太快,不能停。0.25mm左右主要是分析和分离用,左右主要是分析和分离用,3mm的厚板主要是制备色的厚板主要是制备色谱用。谱用。11*(2)湿法铺板)湿法铺板 在吸附剂中加入少量粘合剂,加水调成糊状制板。湿法制在吸附剂中加入少量粘合剂,加水调成糊状制板。湿法制得的半薄层牢固,不易脱落,易保存。氧化铝和硅胶均可用该得的半薄层牢固,不易脱落,易保存。氧化铝和硅胶均可用该法铺板,铺成的湿板经风干、活化等处理后即可使用。湿法铺法铺板,铺成的湿板经风干、活化等处理后即可使用。湿法铺板有三种方法:倾注法、平铺法
18、和涂铺法。板有三种方法:倾注法、平铺法和涂铺法。倾注法:通过振动铺平,在倾注法:通过振动铺平,在105120 活化活化0.52h。粘。粘合剂用锻石膏,干燥速度快,用羧甲基纤维素慢。合剂用锻石膏,干燥速度快,用羧甲基纤维素慢。平铺法:二边有框平铺法:二边有框 涂铺法:用涂铺器,厚度可调。涂铺法:用涂铺器,厚度可调。所用粘合剂有:锻石膏、羧甲基纤维素及某些聚合物如:所用粘合剂有:锻石膏、羧甲基纤维素及某些聚合物如:聚丙烯酸等。聚丙烯酸等。锻石膏的用量一般为吸附剂的锻石膏的用量一般为吸附剂的1015%羧甲基纤维素一般用羧甲基纤维素一般用0.21.0%的水溶液的水溶液 淀粉用淀粉用5%的水溶液。的水溶
19、液。12*(3)薄层板类型)薄层板类型 除上述正常的硅胶、氧化铝板外,还有一些板适用于化合除上述正常的硅胶、氧化铝板外,还有一些板适用于化合物的分离和检出:物的分离和检出:(a)荧光薄层板:吸附剂中加入荧光物质即得荧光板,可检)荧光薄层板:吸附剂中加入荧光物质即得荧光板,可检出一些本身无色、在紫外光下也不显荧光的化合物,荧光板在出一些本身无色、在紫外光下也不显荧光的化合物,荧光板在紫外光照射下显荧光,而化合物斑点呈现暗点。紫外光照射下显荧光,而化合物斑点呈现暗点。无机荧光物质有:在无机荧光物质有:在254nm紫外光下激发荧光,如锰激活紫外光下激发荧光,如锰激活的硅酸锌(的硅酸锌(Zn2SiO4
20、:Mn),在),在365nm紫外光激发荧光,如银紫外光激发荧光,如银激活的硫化锌激活的硫化锌.硫化镉(硫化镉(ZnS2.CdS:Ag)有机物有荧光素钠、桑色素有机物有荧光素钠、桑色素 加入量为加入量为0.51.5%(吸附剂中)(吸附剂中)13*(b)络合薄层板)络合薄层板 含有含有AgNO3、H3BO3或或Na4B4O10等化合物的板与某些化合等化合物的板与某些化合物在展开过程中形成络合物。如物在展开过程中形成络合物。如AgNO3络合薄层可用来分离碳络合薄层可用来分离碳原子数相同、而原子数相同、而C=C双键数目不等的一系列化合物,如不饱和双键数目不等的一系列化合物,如不饱和醇、酸等,原因是醇、
21、酸等,原因是Ag+可与可与 C=C形成络合物,饱和的吸附弱,形成络合物,饱和的吸附弱,Rf高,双键数目不同,高,双键数目不同,Rf亦不同。含多羟基的长链脂肪酸和它亦不同。含多羟基的长链脂肪酸和它们的甲酯及酚等均可与硼酸、硼砂络合。们的甲酯及酚等均可与硼酸、硼砂络合。(c)酸碱薄层板和)酸碱薄层板和pH缓冲薄层板:有些化合物在普通板上分缓冲薄层板:有些化合物在普通板上分离不好时,可通过改变原来吸附剂的酸碱性,改善分离效果。离不好时,可通过改变原来吸附剂的酸碱性,改善分离效果。如在铺层时用稀酸(一般用如在铺层时用稀酸(一般用14%的盐酸或的盐酸或0.10.25mol/L草草酸溶液)代替水制成酸性板
22、,使生物碱形成离子对而分离。酸溶液)代替水制成酸性板,使生物碱形成离子对而分离。(d)混合薄层板:两种不同吸附剂按一定比例混合,制板,)混合薄层板:两种不同吸附剂按一定比例混合,制板,也可分段铺板,前段预处理,以吸附杂质,后段分离。也可分段铺板,前段预处理,以吸附杂质,后段分离。14*(e)径向薄层板:径向板铺法与一般板不同,点样前按下法)径向薄层板:径向板铺法与一般板不同,点样前按下法处理:处理:刮去刮去 刮去刮去 用此板展开,可使用此板展开,可使Rf值相近的化合物得到较好的分离,且值相近的化合物得到较好的分离,且灵敏度高。灵敏度高。(f)梯度薄层板:梯度是指由一种性质到另一种性质的变化。)
23、梯度薄层板:梯度是指由一种性质到另一种性质的变化。梯度薄层与常规薄层不同,它显示出具有渐变的分离性能,如梯度薄层与常规薄层不同,它显示出具有渐变的分离性能,如有两种不同吸附剂的比例渐变(吸附性梯度);用不同有两种不同吸附剂的比例渐变(吸附性梯度);用不同pH值溶值溶液(液(pH梯度)或梯度)或AgNO3浓度(浓度(0.510%浓度梯度)铺层;用浓度梯度)铺层;用不同粒度吸附剂铺层(粒度梯度)。不同粒度吸附剂铺层(粒度梯度)。15*(g)烧结板:由玻璃粉(作粘合剂)与硅胶或氧化铝等吸附)烧结板:由玻璃粉(作粘合剂)与硅胶或氧化铝等吸附剂按一定比例混匀后,经高温烧结而成,该板可一此制备多次剂按一定
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