硅胶的原理及使用.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,硅胶的原理及使用,2005.03.13,七一八行动,报告内容,一,.,硅胶的组成及分类,二,.,硅胶的性质及原理,三,.,硅胶柱的使用过程,四,.,使用过程中的一些小经验,一,.,硅胶的组成及分类,1.,硅胶的组成,硅胶,(,SilicaGel),的化学成分是二氧化硅。,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。,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,(,Silanol,groupsor surfacehydroxylgroups),，,这是硅胶可以进行表面化学键合或改性的基础。,2.,硅胶的分类,2.1,颗粒大小,2.2,正反相硅胶,2.3,重质轻质微粉硅胶,2.4,五级硅胶,2.5,制备方法,2.1,颗粒大小,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,5-10,m,，,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,20-40,m,之间。,按目数分,2.2,正反相硅胶柱,正相柱大多以硅胶为柱填料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。,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。,2.3,重质轻质微粉硅胶,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,用途：主要用作润滑剂、抗粘剂、助流剂。特别适宜油类、浸膏类药物的制粒，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。,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。,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。,2.4,五级硅胶,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。,五级的含水量最高，此时相当于分配层析。适用于极性比较大的生物碱、酚类化合物、有机酸、糖类和氨基酸等成分。,2.5,硅胶的制备方法,根据硅胶制备的不同技术原理，可将它们分为,3,类：,(1),堆积硅珠法；,(2),溶胶,凝胶法,(,S0L-GEL),；,(3),喷雾干燥法。,具体的制备过程以及各自的优越性,二,.,硅胶的性质及使用原理,1.,硅胶的化学性质,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，硅胶一般只用于,pH1,8,范围内。,2.,物理性质,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。,高机械强度是硅胶的特点之一。常用的,5,m,粒径、,6-10,nm,孔径的硅胶，可以耐受,60-70,MPa,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,30-100,nm,孔径的硅胶时，仍可耐受,30,MPa,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,10,MPa,甚至更低。,3.,硅胶的作用原理,硅胶吸附剂是粉末状多孔固体，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。,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。,当硅胶含水量超过,70%,时，硅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。,三,.,硅胶柱的使用过程,1.,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,40,g,硅胶，用烧杯量,100,ml,也可以。,2.,搅成匀浆。加入干硅胶体积一倍的溶剂用玻璃棒充分搅拌。,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。,3.,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。,干法湿法,4.,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,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。,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。,5.,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。,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。,6.,过柱和收集,:,柱层析实际上是在扩散和分离之间的权衡。太低的洗脱强度并不好，常用梯度洗脱。收集的例子：,10,mg,上样量，,1,g,硅胶,H,，,0.5ml,收一馏分；,1-2,g,上样量，,50,g,硅胶（,200-300,目），,20-50,ml,收一馏分。,7.,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。,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。,8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,ppm,左右所谓的“硅胶”峰。,四,.,使用过程中的一些小经验,1.,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。,2.,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，,1,g,硅胶要用,2,ml,以上的溶剂来充分溶胀，搅拌均匀，赶走气泡。,3.,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，和原先装柱用的溶剂量的差值，就是你的保留体积。,和我们常用的测量得到的柱体积有多大差别？,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。,4.,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。,5.,洗脱时柱子断裂？,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。,二可能是洗脱剂的极性变化太快。,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。,6.,过完的硅胶柱还有颜色,?,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。,