薄層色譜板的快速制備及分離效率研究

白 林，陳 潔，梁永芳

(蘭州城市學(xué)院 綠色化學(xué)實驗與教學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730070)

薄層色譜(thin layer chromatography，TLC)是一種快速、簡便、高效、經(jīng)濟、應(yīng)用廣泛的色譜分析方法。薄層色譜法的特點是設(shè)備簡單、操作方便、適用性廣，可以同時分離多個樣品，分析成本低，對樣品預(yù)處理要求低，對固定相、展開劑的選擇自由度大，適用于含有不易從分離介質(zhì)脫附或含有懸浮微?；蛐枰V后衍生化處理的樣品分析。薄層色譜法可以分離各類有機化合物，廣泛應(yīng)用于藥物、生化、食品和環(huán)境分析等方面，在定性鑒定、半定量以及定量分析等科學(xué)研究和教學(xué)實踐中發(fā)揮著重要作用[1－4]。

用硅膠做固定相制備的薄層板常用于薄層色譜分析，一般將吸附劑或載體均勻涂布在玻璃板、塑料片或鋁箔等材料上。商品化的預(yù)制薄層板已有市售，其規(guī)格齊全，使用方便，但價格較貴。因此，一般實驗室多用自制薄層板。為了提高薄層板的強度需加入一定量的粘合劑，理想的粘合劑要求親水性好，粘結(jié)力強且具有化學(xué)惰性。手工涂層時常用的粘合劑為羧甲基纖維素鈉或煅石膏[1]。使用煅石膏做粘合劑制得的薄層板強度較差，展開時薄層容易脫落。不含粘合劑的薄層板的制作通常將硅膠在攪拌下加入有機溶劑(氯仿)中，調(diào)成均勻的漿料，用浸漬(涂)法制板[5]。用有機溶劑濕法鋪板，速度較快，但薄層容易脫落，大量的有機溶劑揮發(fā)，造成人體健康危害和環(huán)境污染。

用羧甲基纖維素鈉(carboxy methylcellulose sodium，CMC－Na)做粘合劑制成的薄層板具有溶解性和分散性好、與細微顆粒物混合后凝聚性和粘附性強等特點。用它作為粘合劑制成的硅膠薄層板強度好、板面平整、結(jié)構(gòu)均勻、分離性能好、展開時不脫落、成本低廉[6]。采用CMC－Na水法鋪板的優(yōu)勢是經(jīng)濟、安全、環(huán)保，缺點是干燥時間長。文獻[6－12]中CMC－Na水溶液的濃度從0.062 5%到1.0%相差懸殊，使用的硅膠也不同，往往難以適從。

本實驗用玻璃板作為載體，選用不同種類的硅膠和氧化鋁作吸附劑、不同濃度的CMC－Na水溶液作為粘合劑，通過不同的干燥方法優(yōu)化制板條件。相對于文獻[13]方法，該方法明顯提高了制板效率，既可以規(guī)模化制板，更適合于學(xué)生實驗操作。制板方法無污染、無危險、可操作性強，符合綠色化學(xué)實驗的要求。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器:分析天平(BS124S型，賽多利斯儀器有限公司)；真空干燥箱(ZK－82A型，上海市實驗儀器總廠)；秒表；玻璃片(100 mm×40 mm×2.5 mm)；毛細管(內(nèi)徑小于1 mm)；廣口瓶。

試劑:硅膠 G(薄層層析用，CP，10～40目，青島海洋化工分廠)；硅膠(柱層析用，CP，100～200目，青島海洋化工分廠)；硅膠(柱層析用，CP，200～300目，青島海浪硅膠干燥劑廠)；氧化鋁(層析用，CP，100～200目，上海五四化學(xué)試劑廠)；中性氧化鋁(層析用，CP，200～300目，上海中秦化學(xué)試劑有限公司)；羧甲基纖維素鈉(CMC －Na， CP， 粘度:300～600 mPa·s， 上海化學(xué)試劑采購供應(yīng)站)；無水乙醇、乙酸乙酯、1，3－二溴丙烷、苯甲酰胺、環(huán)己烯、二苯甲酮、碘為國產(chǎn)分析純或化學(xué)純試劑。0.1%甲基橙和亞甲基藍混合溶液(自配)。

1.2 羧甲基纖維素鈉溶液的配制

稱取干燥的CMC－Na 2.50 g于大燒杯中，加入500 ml水煮沸將其溶解，靜置一晝夜。過濾后將清液定容至500 ml，此時溶液的濃度為0.5%。然后取0.5%的溶液稀釋，配制成濃度梯度為0.1%～0.5%的系列溶液備用。

1.3 薄層板的制備及活化

取硅膠或氧化鋁按1∶2.5(W/V)的比例加入到0.1%～0.5%CMC－Na溶液中，制成均勻的不同濃度的漿料，用傾注法將調(diào)好的漿料傾倒在清潔、干燥、水平的玻璃板上，用玻璃棒輕輕刮平，使表面均勻光滑，每種吸附劑在同一濃度的CMC－Na溶液下鋪5個薄層板。薄板的厚度可根據(jù)比例調(diào)節(jié)，薄層的厚度為0.5～1.0 mm，厚度盡量均勻。把薄層板置于水平的平板上，放入干燥箱中干燥。

薄層色譜板的活化在真空干燥箱內(nèi)進行，硅膠板置于105～110℃烘30 min，氧化鋁板置于150～160℃烘4 h，即可得Ⅲ～Ⅳ活性級的薄層[12]，活化后的薄層板放在干燥器內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 薄層色譜板性能的測試

將活化好的薄層色譜板放在水平桌面上，按文獻[12]方法用毛細管吸取0.1%的甲基橙和亞甲基藍混合樣品溶液，垂直地輕輕接觸到薄層板的起點線上。溶劑揮發(fā)后，放入盛有無水乙醇展開劑的層析缸(密閉的廣口瓶)中進行展開。點樣的位置必須在展開劑液面之上，當(dāng)展開劑上升到薄層板的前沿(離頂端5～10 mm處)或各組分已明顯分開，記錄分離的時間。取出薄層板放平晾干，用鉛筆輕輕劃出前沿的位置后即可顯色。根據(jù)Rf值的不同對各組分進行分析鑒定。

為了研究工作方便，本實驗使用有顏色的甲基橙和亞甲基藍混合溶液，免于顯色這一過程，簡化了實驗步驟。如果樣品無色，可用碘蒸氣或紫外燈法顯色。展開過程如圖1所示。

圖1 甲基橙和亞甲基藍混合物的展開圖

2 結(jié)果與討論

在不同濃度的CMC－Na溶液(0.1%～0.5%)作粘合劑的情況下，用硅膠G、不同粒徑的柱層析硅膠、氧化鋁作為吸附劑制備薄層色譜板，通過薄層譜板的展開時間和分離能力，優(yōu)選出羧甲基纖維素鈉的最佳濃度和吸附劑，在此基礎(chǔ)上探索薄層色譜板干燥的方法和最佳條件。最后，根據(jù)實驗中選出的最佳制板方法測試薄層色譜板的分離效率。

2.1 羧甲基纖維素鈉溶液濃度的確定

CMC－Na溶液的濃度梯度為0.1%～0.5%，吸附劑用不同粒徑的硅膠和氧化鋁，制板及活化方法同1.3節(jié)。0.1%的甲基橙和亞甲基藍混合溶液為分離樣品，展開劑為無水乙醇，同一CMC－Na濃度的薄層板平行測定5次。實驗結(jié)果如表1所示。

表1 吸附劑類型、CMC－Na濃度與Rf值的關(guān)系

從表1可以看出，CMC－Na溶液的濃度在0.4%時，硅膠組的Rf值較大，分離效果好。CMC－Na濃度低于0.4%時，雖然制成的薄板厚度均勻，表面平整，但薄層強度較差，展開時硅膠易從板上脫落，斑點易擴散和拖尾；當(dāng)濃度較高時，薄層強度較高，但制成的薄板厚度不均勻，Rf值下降。因此，粘合劑CMC－Na的濃度宜為0.4%。氧化鋁作為吸附劑分離能力差，兩種氧化鋁的比移值為零，且多次實驗效果均不明顯；可能是由于氧化鋁對甲基橙和亞甲基藍的吸附力大，或粒徑大板面粗糙展開時流速快分離效果不佳。

2.2 最佳吸附劑的選擇

CMC－Na溶液的濃度為0.4%，吸附劑用不同粒徑的硅膠，實驗方法同2.1節(jié)，薄層色譜板展開時間、Rf值如表2所示。

表2 硅膠吸附劑展開時間與Rf值的關(guān)系

從表2可以看出，硅膠G板展開時間長，需要35 min，柱層析硅膠板展開時間較短，約8～10 min。雖然硅膠G的Rf值比柱層析硅膠的略大，但時間較長?？赡苁枪枘zG的顆粒度較小，制備的色譜板比較致密之故。因此，選用粒徑為100～200目的柱層析硅膠制板。

2.3 吸附劑與CMC－Na用量比對薄層色譜板的影響

文獻[6－12]方法一般按硅膠吸附劑與CMC－Na水溶液之比為1∶2～1∶3(W/V)調(diào)制成涂鋪漿料。本實驗采用1∶2.5(W/V)的比例將柱層析硅膠加入到0.4%的CMC－Na溶液中，涂鋪效果好。不同性質(zhì)的吸附劑使用溶劑量應(yīng)有所不同，可根據(jù)實際情況予以增減。制成的漿料要均勻，不帶團塊，黏稠適當(dāng)，涂鋪時表面均勻光滑。若漿料稠，則涂層厚，甚至不均勻；若漿料稀，則涂層薄。若出現(xiàn)上述兩種情況，需微調(diào)粘稠度。

2.4 薄層色譜板的干燥條件

薄層色譜板的在自然條件下晾干需要較長時間，甚至要過夜。文獻[11]研究了硅膠薄層色譜板干燥速度與環(huán)境因素的關(guān)系，在室溫下，高濕和無風(fēng)是保證薄板無裂紋的必需條件；高溫、低濕、強風(fēng)都可加快薄板的干燥速度，硅膠薄板的干燥速度決定了薄板的干燥效果，薄板的龜裂是由于干燥速度過快引起的。

按1.3節(jié)方法制板，CMC－Na溶液的濃度為0.4%，吸附劑用不同粒徑的硅膠和氧化鋁，每種吸附劑平行鋪5塊玻璃板。把薄層板置于水平的平板上，放入恒溫干燥箱內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度(不鼓風(fēng))，通過玻璃視窗觀察薄層色譜板的變化。當(dāng)觀察到薄層色譜板出現(xiàn)裂紋或翹起時，表明干燥溫度太高，此時的溫度即為干燥時的溫度上限。每種吸附劑都按此種方法觀測，通過干燥后的薄板分離甲基橙和亞甲基藍混合樣品反復(fù)對比實驗，確定最佳干燥溫度和時間。實驗結(jié)果如表3所示。

表3 干燥時間、干燥溫度與薄層色譜板質(zhì)量的關(guān)系

從表3可以看出，不同吸附劑最佳干燥條件不同。因為各吸附劑的顆粒度不一樣，薄板薄厚也不一樣。薄板龜裂的原因是溫度高、干燥速度過快，因此要預(yù)防龜裂就必須降低干燥溫度、延長時間。綜合考慮，硅膠G的最佳干燥條件是50～60℃，18～20 min； 柱層析硅膠 65～70℃， 16～18 min；氧化鋁70～80℃，14～16 min。干燥后的薄板如不立即使用應(yīng)保存在干燥器中，以防龜裂。

2.5 薄層色譜板的分離效率

通過對薄層色譜板性能的實驗研究，影響薄層板分離效率的因素主要有:粘合劑的濃度，吸附劑的顆粒度、種類以及活度，鋪板技術(shù)的熟練度、干燥條件及薄板的保存，點樣量及展開劑的飽和時間，展開劑(極性、溶解度、使用次數(shù)等)和樣品選擇等。因此，為了提高薄層色譜板的分離效率，可采取以下措施:1)選擇吸附劑時應(yīng)選粒徑比較小的，粒徑越小，分離效果越好；2)熟練掌握鋪板技術(shù)，涂層盡量均勻、平整、光滑；3)如果混合樣品各組分的Rf值較大，應(yīng)換極性較小的溶劑，或在原來的溶劑中加入適量極性較小的溶劑再展開；相反，則可加入適量極性較大的溶劑，以達到分離的目的；4)樣品濃度、點樣量要適中，薄層板盡可能在低溫下展開，飽和時間應(yīng)視不同情況而定。

2.5.1 顯色樣品的分離

將最佳條件下制備的柱層析硅膠板活化后，點樣，選擇合適的展開劑在層析缸中展開，通過顏色判斷色斑的位置，計算其Rf值。方法同甲基橙和亞甲基藍混合溶液的分離。

2.5.2 不顯色樣品的分離

將最佳條件下制備的柱層析硅膠板干燥活化后，分別用1，3－二溴丙烷、苯甲酰胺、環(huán)己烯、二苯甲酮作為樣品溶液進行點樣，用乙酸乙酯作為展開劑在層析缸中展開。當(dāng)展開劑到達溶劑前沿，將薄層色譜板取出除去溶劑后，放在含有少量碘的密閉容器中顯色，分離效果如圖2所示。

圖2 不同樣品的薄層色譜圖

選取不同類型的有機化合物作為樣品進行實驗，根據(jù)分離效果圖可知這幾種化合物的Rf值都較大。環(huán)己烯和二苯甲酮的極性比較小，1，3－二溴丙烷和苯甲酰胺的極性較大，用乙酸乙酯作為展開劑時，鹵代烴、烯烴、酰胺類和酮類的分離效果都較好。

3 結(jié)束語

1)吸附劑的類型和CMC－Na粘合劑的濃度對自涂薄層板的性能有顯著影響。采用粒徑為100～200目的柱層析硅膠，濃度為0.4%CMC－Na水溶液，按1∶2.5(W/V)調(diào)制漿料，制得的薄層板用于不同類型有機化合物樣品的分離，均達到良好效果。

2)薄層色譜板的干燥速度是提高制板效率的制約因素，而干燥方式?jīng)Q定薄層色譜板的質(zhì)量和分離效果。采用恒溫干燥箱，不鼓風(fēng)、保持一定的濕度，柱層析硅膠板的最佳干燥條件是65～70℃， 16～18 min； 活化條件是105～110℃， 30 min。與自然晾干和文獻[11]方法相比，大大節(jié)約了時間，干燥、活化在1 h內(nèi)完成，提高了制板效率。

3)薄層色譜實驗是有機化學(xué)實驗教學(xué)中必不可少的一個實驗項目，通過薄板的制備、點樣、展開、顯色、Rf值測定等步驟，既要加深學(xué)生對色譜分離原理的理解，也要學(xué)生熟練掌握這一重要的分離技術(shù)[12－14]。將改進的制板實驗方法應(yīng)用到實際教學(xué)中，縮短了實驗時間，薄層色譜實驗可在3學(xué)時內(nèi)完成。通過兩屆的學(xué)生實驗證明，教學(xué)效果顯著。

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