柱层析

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介绍

色谱法是一种基于化学物质与其惰性基质相互作用的差异，将化学混合物分离成其组分的技术。然而，它远不止是一个简单的程序；它是研究的一个重要方面，涵盖了生物化学、物理化学、化学工程或其他领域。IUPAC 对色谱法的定义是“样品组分在两相之间分散后进行分离”。这是一种重要的生物物理技术，用于分离、鉴定，然后纯化混合物的组分以进行鉴定，同时也进行定量分析。色谱法有多种类型，它们使用的流动相和固定相有所不同。

什么是柱层析？

这种色谱法是一种常用的提取或过滤方法。它有助于纯化和分离固液材料。它根据物质对吸附剂的不同吸附程度对样品进行分类，因为物质在柱中以不同的速度移动，从而能够分离组分。在从溶液中分离液体和固体时，使用 5 种柱层析法。

柱层析原理

柱层析的基础是吸附。将物质混合物溶解并以流动相的形式放入柱中，组分根据其相对亲和力移动。与固定相亲和力最低且与流动相亲和力最高的组分移动速度快于与固定相亲和力最高且与流动相亲和力最低的组分。快速移动的组分首先洗脱，而缓慢移动的组分随后洗脱。组分移动的速度为：

Rf = 溶质移动距离 / 溶剂移动距离

其中 Rf 称为滞留因子。

柱层析步骤

柱制备

• 该柱主要由玻璃容器组成。

• 用玻璃/棉花填满柱的底部后，填充固定相。

• 然后，在顶部放置一个纸片，以防止在样品引入过程中固定相受到干扰。

• 固定相的干扰会导致分离带不均匀。

填充过程如下：

• 干法 - 用玻璃/棉花填满柱的底部后，填充固定相。然后，在顶部放置一个纸片，以防止在样品引入过程中固定相受到干扰。

• 湿法 - 用流动相制备吸附剂浆液，然后将其放入柱中。这被认为是最佳的填充方法。

  使用柱子之前，应将其彻底清洗并干燥。

样品引入

• 样品用最小量的流动相混合。

• 将混合物一次性泵入柱中，并吸附在柱的顶部。

• 可以使用洗脱程序从该区域提取特定样品。

洗脱技术

使用此程序将各组分从柱中分离出来。可以使用两种策略来执行洗脱程序：

• 等度洗脱 - 在整个过程中使用极性或浓度相同的溶剂。例如，仅使用氯仿。

• 梯度洗脱 - 在提取过程中，使用极性或洗脱强度逐渐增加的溶剂。例如，苯、氯仿、乙酸乙酯、氯仿。

组分检测

• 如果在柱层析法中分离的混合物有色，则评估分离过程很简单。

• 如果被分离的物质无色，则将洗脱液的小部分依次收集在带标签的试管中。

柱层析实验

• 考虑一个色谱管，底部装有滤纸片和玻璃棉。

• 应将氧化镁添加到色谱管中。

• 将色谱管固定在过滤瓶的入口处，并将吸滤泵固定在瓶的侧管上。

• 用叶绿素的石油醚溶液覆盖氧化镁管的顶部。

• 等待一段时间，观察每个色素如何形成独立的色带。

• 将整个色素溶液通过氧化镁后，通过添加约 50 毫升等量的石油醚和苯的混合物来显影色谱图。

柱层析应用

• 柱层析用于提取活性化合物。

• 它对于分离化学混合物非常有用。

• 它用于从药物制剂中估算药物浓度。

• 柱层析中的流动相更加多样化。

• 自动化是可能的。

• 在植物化学中，柱层析是植物中活性成分分离的最常用和唯一的分离技术。

• 使用这种方法从生物体液中分离代谢物。

• 它用于清洁污染物。

• 由于流动相的流动受重力影响，因此不需要特殊的机械设备来执行该过程。

柱层析的类型

• 柱层析

• 吸附柱层析

• 凝胶柱层析

• 分配柱层析

• 气相色谱和高效液相色谱

结论

这是一种使用色谱法将化学混合物分离成其组成分子的过程。色谱法包括两个相：一个流动相和一个连续的固定相。为了制备色谱柱，将二氧化硅与合适的溶剂混合，然后将其放入玻璃柱中。化学成分根据其极性通过溶剂系统通过色谱柱。这种色谱法用于在蛋白质合成过程中分离蛋白质。它还可以用于研究酶反应的动力学，以及分析或表征各种材料和/或过程。

常见问题

1. 在柱层析中，固定相和流动相的一些例子是什么？

有机溶剂是流动相的例子，而硅胶和氧化铝是固定相的例子。

2. 在柱层析过程中，哪些化合物首先洗脱？

答案是非极性化合物。与非极性化合物相比，极性化合物会与硅胶发生更强的相互作用。

3. 在这种色谱过程中，哪些化合物首先洗脱？

答案是非极性分子。与非极性化合物相比，极性物质与二氧化硅 (SiO₂) 发生更强的相互作用。

4. 色谱柱的厚度是多少？

色谱柱是垂直放置的玻璃或塑料管。色谱柱的尺寸可以从几厘米（如巴斯德吸管）到几米（如工业色谱柱）。色谱柱的宽度取决于待分离物质的量，而长度取决于分离的难易程度。

5. 分配柱层析与凝胶柱层析的区别是什么？

前者是混合物中不同组分的分配系数的差异，其中两相都是液体。而后者是一种使用填充有具有多孔固定相的凝胶的色谱柱进行的分离。

6. 溶剂的洗脱能力由什么决定？

溶剂的总极性决定了它的洗脱能力。固定相的极性和样品组分的性质。

• 柱层析用于提取下列哪一项？

• 糖副产品

• 蛋白质分子水解产生氨基酸。

• 具有无机配合物的阳离子。

• 类胡萝卜素和叶绿素

答案：糖副产品

解释：柱层析的主要用途是鉴定植物色素，例如叶绿素和类胡萝卜素。