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歐洲化學(xué)出版協(xié)會推薦丨色譜柱填充實(shí)用技巧匯總
柱層析法是世界各國實(shí)驗(yàn)室常用的純化技術(shù)。若操作得當(dāng)，我們可以快速從混合物中得到我們需要的化合物。和化學(xué)實(shí)際操作的諸多事情相似的是，如果沒有幾年甚至十幾年的經(jīng)驗(yàn)積累，色譜柱的快速及有效安裝的確會成為一道坎兒。今天我們?yōu)榇蠹铱偨Y(jié)的就是有關(guān)色譜柱填充這一環(huán)節(jié)應(yīng)該注意的那些看似平常但也有很多講究的問題。
我們以一般常用的色譜柱為例，如圖1所示，其固定相為固體吸附劑，一般使用的是硅膠（SiO2）或者氧化鋁（Al2O3）。流動(dòng)相為液體，從柱體頂端加入，沿著柱體在自身重力或者額外壓力（快速色譜法）的作用下流動(dòng)。固定相和移動(dòng)相之間的相互作用和不同的吸收程度實(shí)現(xiàn)了化合物的分離。
圖1. 常見色譜柱結(jié)構(gòu)示意圖。
影響分離效果的因素很多，不僅僅氣泡會影響分離，為了避免汽包的出現(xiàn)，必須正確的進(jìn)行柱體填充。
1.選擇固定相填充料
二氧化硅和氧化鋁都屬于極性吸附劑，所以需要分離的混合物中含有極性成分越多時(shí)，混合物就越容易貼附在固定相上，因此柱子的洗脫會需要更長時(shí)間。大多數(shù)的化合物的分離都可以使用二氧化硅，但由于二氧化硅有微酸性，因此它會優(yōu)先保留基本化合物。氧化鋁具有弱堿性，因而對酸性化合物的保持能力很強(qiáng)。對弱性或中等極性組分的分離和胺的純化有很好的效果。
吸附劑顆粒物的大小也會影響流經(jīng)柱體的流動(dòng)相。二氧化硅或者氧化鋁的顆粒物的大小有多重選擇。
下文介紹的填充技術(shù)主要以二氧化硅為例，但同樣適用于氧化鋁。
2.準(zhǔn)備色譜柱
有些柱子含有玻璃粉（如圖2的左側(cè)這一根）玻璃粉的作用就是防止固定相下降至柱子底端，但那些沒有玻璃粉的柱子，我們就需要使用棉花團(tuán)或者玻璃棉團(tuán)塞入柱子底端。使用哪種柱子可依據(jù)個(gè)人喜好來定。
一開始選擇玻璃棉團(tuán)和棉花團(tuán)的塞入位置時(shí)比較棘手，即便如此，但是玻璃粉也有自己的弊端——清潔較困難，而且也會成為雜質(zhì)的來源，比如說二氧化硅會沿著玻璃粉泄露流至收集段。為了防止泄露的發(fā)生，可以在二氧化硅和玻璃粉之間鋪一層砂礫。
玻璃粉本身也有很多孔洞，而且也不盡相同。這意味著溶劑的流速會因柱子的不同而不同。如果玻璃粉的孔洞很多，那么流經(jīng)的二氧化硅會更多，如果孔洞數(shù)量較少的話，那么流速也會相對較慢，但有時(shí)候流速過慢的話，快速色譜柱的壓力會變大。
圖2.含玻璃粉（左側(cè)）和不含玻璃粉（右側(cè)）色譜柱。
玻璃粉柱子
找一支干凈沒有異物的大小合適的柱子。
緊緊的夾住柱體并關(guān)閉旋塞閥（如圖2右側(cè)那樣）。
加入一層砂礫（高度大概為0.5cm）。
不含玻璃粉柱子
棉花團(tuán)或者玻璃棉團(tuán)的大小應(yīng)該可以足以塞入柱體底部，但是也不要太大，也不要讓棉花團(tuán)太緊實(shí)，否則的話會阻礙溶劑的流動(dòng)（圖3所示）。一般取你自己小指指尖大小的一團(tuán)就夠用。
用一根玻璃棒或者其他工具，把棉花團(tuán)或者玻璃棉團(tuán)放在柱體zui窄的部位，并保證與柱壁貼合。
緊緊的夾住柱體并關(guān)閉旋塞閥（如圖2右側(cè)那樣）。
在棉團(tuán)上鋪一層細(xì)砂礫，直至砂礫與柱體接觸（高度大概為2cm，如圖3所示）。這樣做的好處就是可以讓固定相基底更加穩(wěn)固，并防止不同段帶的快速流動(dòng)。
圖3. 上圖左側(cè)為恰當(dāng)大小棉團(tuán)的選擇，右側(cè)為不含玻璃粉柱體的砂礫所需量。
3.柱體填充
柱體填充的方式有很多。你可選擇自己得心應(yīng)手的方法作為慣用手法，但是你會發(fā)現(xiàn)不同尺寸的柱子會需要不同的填充方法。每種方法各有利弊，你可嘗試每一種方法，然后使用你自己的那一個(gè)。
干式填充法1
好處 | 弊端 |
不需要大量清洗 | 很那達(dá)到理想的柱體填充 |
你需要：
如上文第2部分介紹的那樣準(zhǔn)備色譜柱
找一個(gè)適用于過濾干燥固體的漏斗
一個(gè)用于吸取液體的工具
溶劑
二氧化硅或者氧化鋁
方法：
向柱體中倒入溶劑，為了去除其中的汽包，要讓溶劑流經(jīng)砂礫和棉團(tuán)（如圖4的步驟B）。
使用一個(gè)干燥潔凈的漏洞置于柱體上部，將二氧化硅或者氧化鋁（固定相）通過漏斗倒入柱體的溶劑中。這時(shí)要保證溶劑可以滴漏，以防止發(fā)生溢出（如圖4的步驟C）。
等待固定相慢慢沉降，并輕擊柱體，這樣可以保證二氧化硅或者氧化鋁在柱子里面沉降的更緊湊（如圖4步驟D）。
讓溶劑持續(xù)滴漏，待與固定相保持同一水平面時(shí)停止滴漏（如圖4步驟E）。
圖4.干式填充法1。
干式填充法2
好處 | 弊端 |
柱填充緊實(shí) | 需要大量溶劑 |
你需要
如上文第2部分介紹的那樣準(zhǔn)備色譜柱
溶劑所需漏斗
真空管
溶劑
二氧化硅或者氧化鋁
方法：
將二氧化硅干凝膠加入到柱體中，利用家用真空吸塵器通過連接到柱體底部的真空管將硅膠中的空氣吸走（如圖5步驟B），在下一步輕擊柱體時(shí)，填充效果會更加。
當(dāng)吸塵器還在運(yùn)行時(shí)，倒入溶劑（如圖5步驟D）。
讓溶劑繼續(xù)沿柱體流動(dòng)一直到達(dá)底部，這時(shí)可以關(guān)閉旋塞閥并取下真空吸塵器（如圖5步驟E）。
繼續(xù)向柱體中倒入五至六個(gè)色譜柱容量的溶劑，確保填充完成。
讓溶劑持續(xù)滴漏，待與固定相保持同一水平面時(shí)停止滴漏（如圖5步驟F）。
圖5. 干式填充法2。
漿料填充法
好處 | 弊端 |
快速簡單 | 需要大量沖洗 |
你需要：
如上文第2部分那樣準(zhǔn)備柱子
燒杯兩個(gè)或者錐形燒瓶兩個(gè)
玻璃棒或者巴斯德吸管
濕固體用漏斗
溶劑
二氧化硅或者氧化鋁
方法：
加入柱體三分之一體積的溶劑（圖6步驟B）。
用燒杯測量所需的二氧化硅或者氧化鋁用量。
使用分離燒杯或者錐形燒瓶測量溶劑，容量為二氧化硅體積的1.5倍。
向溶劑中加入二氧化硅，分若干次加入，每次少量，同時(shí)旋動(dòng)柱體。使用巴斯德吸管或玻璃棒攪動(dòng)漿料。
通過滴管或者直接將漿液倒入柱體。為了防止溢出，要保持柱體溶劑的滴漏（圖6步驟C）。
輕輕敲打柱體讓汽包漂浮到液面上并讓二氧化硅慢慢沉降（圖6步驟D）。
不斷加入漿料，直至所有漿料使用完畢。
使用滴管吸取溶劑沖洗柱體內(nèi)壁。
讓溶劑持續(xù)滴漏，待與固定相保持同一水平面時(shí)停止滴漏（如圖6步驟E）。
圖6.漿料填充法。
4.清空柱體
一旦你成功分離化合物，剩下需要做的就是清空并清理色譜柱，以備下次使用。為了加快整個(gè)清理過程，可以使用壓縮空氣洗脫所有溶劑并讓壓縮空氣持續(xù)吹過柱體兩小時(shí)。
這種清理方式可以將干燥自由流動(dòng)的二氧化硅填充物很容易倒入二氧化硅廢物容器。另外，還要將柱體頂端朝下放置于一個(gè)相對較大的燒杯上，并在通風(fēng)柜中放置一宿即可。
切記，二氧化硅灰塵的吸入會對人體造成傷害，一定要在排風(fēng)柜中清理柱體，并為自己采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)服，在清理柱體時(shí)要減少灰塵的產(chǎn)生。