柱層析

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介紹

色譜法是一種基於化學物質與其惰性基質相互作用的差異，將化學混合物分離成其組分的技術。然而，它遠不止是一個簡單的程式；它是研究的一個重要方面，涵蓋了生物化學、物理化學、化學工程或其他領域。IUPAC 對色譜法的定義是“樣品組分在兩相之間分散後進行分離”。這是一種重要的生物物理技術，用於分離、鑑定，然後純化混合物的組分以進行鑑定，同時也進行定量分析。色譜法有多種型別，它們使用的流動相和固定相有所不同。

什麼是柱層析？

這種色譜法是一種常用的提取或過濾方法。它有助於純化和分離固液材料。它根據物質對吸附劑的不同吸附程度對樣品進行分類，因為物質在柱中以不同的速度移動，從而能夠分離組分。在從溶液中分離液體和固體時，使用 5 種柱層析法。

柱層析原理

柱層析的基礎是吸附。將物質混合物溶解並以流動相的形式放入柱中，組分根據其相對親和力移動。與固定相親和力最低且與流動相親和力最高的組分移動速度快於與固定相親和力最高且與流動相親和力最低的組分。快速移動的組分首先洗脫，而緩慢移動的組分隨後洗脫。組分移動的速度為：

Rf = 溶質移動距離 / 溶劑移動距離

其中 Rf 稱為滯留因子。

柱層析步驟

柱製備

• 該柱主要由玻璃容器組成。

• 用玻璃/棉花填滿柱的底部後，填充固定相。

• 然後，在頂部放置一個紙片，以防止在樣品引入過程中固定相受到干擾。

• 固定相的干擾會導致分離帶不均勻。

填充過程如下：

• 幹法 - 用玻璃/棉花填滿柱的底部後，填充固定相。然後，在頂部放置一個紙片，以防止在樣品引入過程中固定相受到干擾。

• 溼法 - 用流動相製備吸附劑漿液，然後將其放入柱中。這被認為是最佳的填充方法。

  使用柱子之前，應將其徹底清洗並乾燥。

樣品引入

• 樣品用最小量的流動相混合。

• 將混合物一次性泵入柱中，並吸附在柱的頂部。

• 可以使用洗脫程式從該區域提取特定樣品。

洗脫技術

使用此程式將各組分從柱中分離出來。可以使用兩種策略來執行洗脫程式：

• 等度洗脫 - 在整個過程中使用極性或濃度相同的溶劑。例如，僅使用氯仿。

• 梯度洗脫 - 在提取過程中，使用極性或洗脫強度逐漸增加的溶劑。例如，苯、氯仿、乙酸乙酯、氯仿。

組分檢測

• 如果在柱層析法中分離的混合物有色，則評估分離過程很簡單。

• 如果被分離的物質無色，則將洗脫液的小部分依次收集在帶標籤的試管中。

柱層析實驗

• 考慮一個色譜管，底部裝有濾紙片和玻璃棉。

• 應將氧化鎂新增到色譜管中。

• 將色譜管固定在過濾瓶的入口處，並將吸濾泵固定在瓶的側管上。

• 用葉綠素的石油醚溶液覆蓋氧化鎂管的頂部。

• 等待一段時間，觀察每個色素如何形成獨立的色帶。

• 將整個色素溶液透過氧化鎂後，透過新增約 50 毫升等量的石油醚和苯的混合物來顯影色譜圖。

柱層析應用

• 柱層析用於提取活性化合物。

• 它對於分離化學混合物非常有用。

• 它用於從藥物製劑中估算藥物濃度。

• 柱層析中的流動相更加多樣化。

• 自動化是可能的。

• 在植物化學中，柱層析是植物中活性成分分離的最常用和唯一的分離技術。

• 使用這種方法從生物體液中分離代謝物。

• 它用於清潔汙染物。

• 由於流動相的流動受重力影響，因此不需要特殊的機械裝置來執行該過程。

柱層析的型別

• 柱層析

• 吸附柱層析

• 凝膠柱層析

• 分配柱層析

• 氣相色譜和高效液相色譜

結論

這是一種使用色譜法將化學混合物分離成其組成分子的過程。色譜法包括兩個相：一個流動相和一個連續的固定相。為了製備色譜柱，將二氧化矽與合適的溶劑混合，然後將其放入玻璃柱中。化學成分根據其極性透過溶劑系統透過色譜柱。這種色譜法用於在蛋白質合成過程中分離蛋白質。它還可以用於研究酶反應的動力學，以及分析或表徵各種材料和/或過程。

常見問題

1. 在柱層析中，固定相和流動相的一些例子是什麼？

有機溶劑是流動相的例子，而矽膠和氧化鋁是固定相的例子。

2. 在柱層析過程中，哪些化合物首先洗脫？

答案是非極性化合物。與非極性化合物相比，極性化合物會與矽膠發生更強的相互作用。

3. 在這種色譜過程中，哪些化合物首先洗脫？

答案是非極性分子。與非極性化合物相比，極性物質與二氧化矽 (SiO₂) 發生更強的相互作用。

4. 色譜柱的厚度是多少？

色譜柱是垂直放置的玻璃或塑膠管。色譜柱的尺寸可以從幾釐米（如巴斯德吸管）到幾米（如工業色譜柱）。色譜柱的寬度取決於待分離物質的量，而長度取決於分離的難易程度。

5. 分配柱層析與凝膠柱層析的區別是什麼？

前者是混合物中不同組分的分配係數的差異，其中兩相都是液體。而後者是一種使用填充有具有多孔固定相的凝膠的色譜柱進行的分離。

6. 溶劑的洗脫能力由什麼決定？

溶劑的總極性決定了它的洗脫能力。固定相的極性和樣品組分的性質。

• 柱層析用於提取下列哪一項？

• 糖副產品

• 蛋白質分子水解產生氨基酸。

• 具有無機配合物的陽離子。

• 類胡蘿蔔素和葉綠素

答案：糖副產品

解釋：柱層析的主要用途是鑑定植物色素，例如葉綠素和類胡蘿蔔素。