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1、硅胶的原理及使用硅胶的原理及使用第1页，共30页，编辑于2022年，星期日报告内容报告内容l一.硅胶的组成及分类l二.硅胶的性质及原理l三.硅胶柱的使用过程l四.使用过程中的一些小经验第2页，共30页，编辑于2022年，星期日一一.硅胶的组成及分类硅胶的组成及分类l1.硅胶的组成硅胶的组成l硅胶(SilicaGel)的化学成分是二氧化硅。l在传统的硅胶合成方面，主要是以水玻璃作为原料经过反应胶凝老化洗涤浸泡干燥焙烧等步骤合成出成品。l用作分离介质的硅胶是人工合成的多孔二氧化硅，它的特点是其表面含有硅醇基(Silanolgroupsorsurfacehydroxylgroups)，这是硅胶可以进
2、行表面化学键合或改性的基础。第3页，共30页，编辑于2022年，星期日2.硅胶的分类硅胶的分类l2.1颗粒大小l2.2正反相硅胶l2.3重质轻质微粉硅胶l2.4五级硅胶l2.5制备方法第4页，共30页，编辑于2022年，星期日l2.1 颗粒大小颗粒大小l作为分离材料的硅胶，其颗粒的形状大小、孔的结构、孔径及其分布、总孔容、比表面及机械强度等，均是重要的参数。目前，通用的分析型硅胶基质的直径为5-10m，且其化学键合相硅胶已有商品出售，而高效制备型所用的硅胶，其直径多在20-40m之间。l按目数分第5页，共30页，编辑于2022年，星期日l2.2正反相硅胶柱正反相硅胶柱l正相柱大多以硅胶为柱填料
3、或是在硅胶表面键合-CN,-NH3等官能团的键合相硅胶柱。反相柱填料主要以硅胶为基质，在其表面键合非极性的十八烷基官能（ODS）称为C18柱。其它常用的反相柱还有C8,C4,C2和苯基柱等。l一般的C18柱pH值范围都在2-8，流动相的pH值小于2时，会导致键合相的水解；当pH值大于7时硅胶易溶解；经常使用缓冲液固定相要降解。如果流动相pH较高或经常使用缓冲液时，建议选择pH范围大的柱子。第6页，共30页，编辑于2022年，星期日l2.3重质轻质微粉硅胶重质轻质微粉硅胶l微粉硅胶是白色或乳白色的均匀粉末，比表面积大，具有极强的吸附作用l用途：主要用作润滑剂、抗粘剂、助流剂。特别适宜油类、浸膏类
4、药物的制粒，制成的颗粒具有很好的流动性和可压性。在直接压片中用作助流剂。还可作为助滤剂、澄清剂和滴泡剂，以及液体制剂的助悬剂、增稠剂。第7页，共30页，编辑于2022年，星期日l重质微粉硅胶是沉淀法的二氧化硅，通过水玻璃中和生产，平均粒径为微米级，在助流动性能方面远远落后于气相法二氧化硅。l轻质微粉硅胶其实是一种气相法二氧化硅，通过四氯化硅在氢氧焰中水解而制造出来的。第8页，共30页，编辑于2022年，星期日l2.4五级硅胶五级硅胶l硅胶分为五级是根据其吸水量而定的，对应如下：0%为一级，5%为二级，15%为三级，25%为四级，38%为五级。l五级的含水量最高，此时相当于分配层析。适用于极性比
5、较大的生物碱、酚类化合物、有机酸、糖类和氨基酸等成分。第9页，共30页，编辑于2022年，星期日l2.5硅胶的制备方法硅胶的制备方法l根据硅胶制备的不同技术原理，可将它们分为3类：l(1)堆积硅珠法；l(2)溶胶凝胶法(S0L-GEL)；l(3)喷雾干燥法。l具体的制备过程以及各自的优越性第10页，共30页，编辑于2022年，星期日二二.硅胶的性质及使用原理硅胶的性质及使用原理l1.硅胶的化学性质硅胶的化学性质l硅胶的化学性质比较稳定，可以耐受酸性介质的侵蚀。无定型硅胶常温下在纯水中的平衡溶解度约为10(-4)，但是，当pH值升至9以上时，溶解度增大，至pH10.7以上时硅胶即会溶解。为安全计
6、，硅胶一般只用于pH18范围内。第11页，共30页，编辑于2022年，星期日l2.物理性质物理性质l硅胶无毒、无味，对液相和气相介质有很强的吸附性能，硬度比玻璃稍软，除氢氟酸和强碱外，不溶于水及各种化学溶剂，物性非常稳定。l高机械强度是硅胶的特点之一。常用的5m粒径、6-10nm孔径的硅胶，可以耐受60-70MPa的操作压力；随孔径和孔度的增大，可耐受的压力会降低。当使用30-100nm孔径的硅胶时，仍可耐受30MPa的操作压力而不破损。但是，对于高孔度的凝胶色谱填料，操作压力只能在10MPa甚至更低。第12页，共30页，编辑于2022年，星期日l3.硅胶的作用原理硅胶的作用原理l硅胶吸附剂是
7、粉末状多孔固体，其起到吸附作用的基团是硅醇基上的羟基（吸附中心），这些羟基所处的形态不同，其吸附能力也不同。硅羟基的吸附性能排列为：活泼型（a）自由型（b）束缚型（c）游离型（d），各型结构见下图。第13页，共30页，编辑于2022年，星期日第14页，共30页，编辑于2022年，星期日l为了增强硅胶的吸附力，应该增加吸附剂的活泼型结构单元。因此，如果将硅胶煅烧使其完全脱水，则硅胶的硅羟基完全被破坏而减少甚至没有吸附能力；如果硅胶中加入大量的水分，其吸附力也将减小，这是因为硅羟基与水形成了太多的氢键从而降低了其活泼型比例。第15页，共30页，编辑于2022年，星期日l当硅胶含水量超过70%时，硅
8、胶就完全失去吸附能力，而产生了另外一种分离模式-分配色谱，其原理是组分在流动相溶剂和固定相的溶剂中溶解度不同（即分配系数的差异）得到分离的。第16页，共30页，编辑于2022年，星期日三三.硅胶柱的使用过程硅胶柱的使用过程l1.称量：称取硅胶，称30-70倍于上样量；如果极难分，也可以用100倍量的硅胶H。干硅胶的视密度在0.4左右，所以要称40g硅胶，用烧杯量100ml也可以。l第17页，共30页，编辑于2022年，星期日l2.搅成匀浆。加入干硅胶体积一倍的溶剂用玻璃棒充分搅拌。l如果洗脱剂是石油醚/乙酸乙酯/丙酮体系，就用石油醚拌；如果洗脱剂是氯仿/醇体系，就用氯仿拌。最初的洗脱剂选用样品
9、的Rf值在0.2左右。如果不能搅成匀浆，说明溶剂中含水量太大，尤其是乙酸乙酯/丙酮，如果不与水配伍走分配色谱的话，必须预先用无水硫酸钠久置干燥。氯仿用无水氯化钙干燥，以除去1%的醇。如果样品对酸敏感，不能用氯仿体系过柱。第18页，共30页，编辑于2022年，星期日l3.装柱。将柱底用棉花塞紧，不必用海沙，加入约1/3体积石油醚（氯仿），装上蓄液球，打开柱下活塞，将匀浆一次倾入蓄液球内。随着沉降，会有一些硅胶沾在蓄液球内，用石油醚（氯仿）将其冲入柱中。l干法湿法l第19页，共30页，编辑于2022年，星期日l4.压实。沉降完成后，加入更多的石油醚，用双联球或气泵加压，直至流速恒定。柱床约被压缩至
10、9/10体积。无论走常压柱或加压柱，都应进行这一步，可使分离度提高很多，且可以避免过柱时由于柱床萎缩产生开裂。l柱子沉降时间：自然沉降一般一夜，如果时间紧张也可以沉降1-2小时即可。第20页，共30页，编辑于2022年，星期日l5.上样：干法湿法都可以。上样后，加入一些洗脱剂，再将一团脱脂棉塞至接近硅胶表面；或者在样品的上部加一些空白硅胶。然后就可以放心地加入大量洗脱剂，而不会冲坏硅胶表面。l个人经验：加空白硅胶效果不好。一：样品容易扩散到空白硅胶上面，导致分离效率降低；二：加洗脱剂的时候容易将空白硅胶冲散。第21页，共30页，编辑于2022年，星期日l6.过柱和收集:柱层析实际上是在扩散和分
11、离之间的权衡。太低的洗脱强度并不好，常用梯度洗脱。收集的例子：10mg上样量，1g硅胶H，0.5ml收一馏分；1-2g上样量，50g硅胶（200-300目），20-50ml收一馏分。第22页，共30页，编辑于2022年，星期日l7.检测:要更多地使用专用喷显剂，如果仅用紫外灯，会损失较多产品，紫外的灵敏度一般比喷显剂底1-2个数量级。l经过TLC初步检测后的样品，可以合并那些薄层点相似的流分；然后用HPLC进一步的检测。第23页，共30页，编辑于2022年，星期日l8.送谱:收集的产品旋干，在送谱前通常需要重结晶。如果样品太少或为液体，可过一小凝胶柱，作为送谱前的最后纯化手段。可除去氢谱1.5
12、ppm左右所谓的“硅胶”峰。第24页，共30页，编辑于2022年，星期日四四.使用过程中的一些小经验使用过程中的一些小经验l1.用棉花塞住口，在装柱前应用溶剂润湿，捣出棉花中的气泡，装柱最好一次完成且保持溶剂流出状态。l2.硅胶在各常用溶剂里是有固定的溶胀比的，一般来说在2.3倍以上，也就是说，如果是湿法装柱，1g硅胶要用2ml以上的溶剂来充分溶胀，搅拌均匀，赶走气泡。第25页，共30页，编辑于2022年，星期日l3.装柱的时候，是可以得到你装的这根柱子的保留体积的，这对于决定你多少体积接产品是十分有帮助的。等到硅胶完全沉降后，将溶剂液面放至靠近硅胶液面后，称量在柱底得到的溶剂量，和原先装柱用
13、的溶剂量的差值，就是你的保留体积。l和我们常用的测量得到的柱体积有多大差别？第26页，共30页，编辑于2022年，星期日l再根据上柱子之前做的TLC，测出Rf值，就可以预计各个产品的流出位置了。根据你的保留体积，你也可以决定是多少体积一分了，做的粗些，可以1个保留体积一接，细些的可以二分之一甚至五分之一，十分之一个保留体积一接。但是硅胶柱的拖尾比较严重，尤其是主成分量比较大的时候。常常会出现主成分拖2-3个保留体积后，依然可以用TLC检出。第27页，共30页，编辑于2022年，星期日l4.样品不能粘稠。我们一般都是干法上样样品应该溶在溶剂中，再拌到硅胶里。如果样品比较粘稠，不太好溶，如把粘粘糊糊的样品直接拌到了硅胶里，溶剂挥发后，一研磨，也看不出与平常有什么不同。但上样后可就惨了，流速就会变的很慢。可能只好挖出样品，重新来过。第28页，共30页，编辑于2022年，星期日l5.洗脱时柱子断裂？l一可能是洗脱剂没有脱气，换用洗脱剂时产生热量，导致气泡产生。l二可能是洗脱剂的极性变化太快。l三如果用了加压装置如液氮，可能是加液时放气太快，气体从下端口冲进，使硅胶分段。第29页，共30页，编辑于2022年，星期日l6.过完的硅胶柱还有颜色?l很正常的，如果不是小量操作，没有回收价值，那些类似于死吸附。第30页，共30页，编辑于2022年，星期日