硅膠的原理及使用.ppt

1、硅膠的原理及使用,2005.03.13 七一八行動,報(bào)告內(nèi)容,一.硅膠的組成及分類 二.硅膠的性質(zhì)及原理 三.硅膠柱的使用過程 四.使用過程中的一些小經(jīng)驗(yàn),一.硅膠的組成及分類,1.硅膠的組成 硅膠(SilicaGel)的化學(xué)成分是二氧化硅。 在傳統(tǒng)的硅膠合成方面，主要是以水玻璃作為原料經(jīng)過反應(yīng)膠凝老化洗滌浸泡干燥焙燒等步驟合成出成品。 用作分離介質(zhì)的硅膠是人工合成的多孔二氧化硅，它的特點(diǎn)是其表面含有硅醇基(Silanolgroupsor surfacehydroxylgroups)，這是硅膠可以進(jìn)行表面化學(xué)鍵合或改性的基礎(chǔ)。,2.硅膠的分類,2.1顆粒大小 2.2正反相硅膠 2.3重質(zhì)輕質(zhì)微

2、粉硅膠 2.4五級硅膠 2.5制備方法,2.1 顆粒大小 作為分離材料的硅膠，其顆粒的形狀大小、孔的結(jié)構(gòu)、孔徑及其分布、總孔容、比表面及機(jī)械強(qiáng)度等，均是重要的參數(shù)。目前，通用的分析型硅膠基質(zhì)的直徑為5-10m，且其化學(xué)鍵合相硅膠已有商品出售，而高效制備型所用的硅膠，其直徑多在20-40m之間。 按目數(shù)分,2.2正反相硅膠柱 正相柱大多以硅膠為柱填料或是在硅膠表面鍵合-CN,-NH3 等官能團(tuán)的鍵合相硅膠柱。反相柱填料主要以硅膠為基質(zhì)，在其表面鍵合非極性的十八烷基官能（ODS）稱為C18 柱。其它常用的反相柱還有C8,C4,C2 和苯基柱等。 一般的C18 柱pH 值范圍都在2-8，流動相的pH

3、 值小于2 時(shí)，會導(dǎo)致鍵合相的水解；當(dāng)pH 值大于7 時(shí)硅膠易溶解；經(jīng)常使用緩沖液固定相要降解。如果流動相pH較高或經(jīng)常使用緩沖液時(shí)，建議選擇pH 范圍大的柱子。,2.3重質(zhì)輕質(zhì)微粉硅膠 微粉硅膠是白色或乳白色的均勻粉末，比表面積大，具有極強(qiáng)的吸附作用 用途：主要用作潤滑劑、抗粘劑、助流劑。特別適宜油類、浸膏類藥物的制粒，制成的顆粒具有很好的流動性和可壓性。在直接壓片中用作助流劑。還可作為助濾劑、澄清劑和滴泡劑，以及液體制劑的助懸劑、增稠劑。,重質(zhì)微粉硅膠是沉淀法的二氧化硅，通過水玻璃中和生產(chǎn)，平均粒徑為微米級，在助流動性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于氣相法二氧化硅。 輕質(zhì)微粉硅膠其實(shí)是一種氣相法二氧化硅，

4、通過四氯化硅在氫氧焰中水解而制造出來的。,2.4五級硅膠 硅膠分為五級是根據(jù)其吸水量而定的，對應(yīng)如下：0%為一級，5%為二級，15%為三級，25%為四級，38%為五級。 五級的含水量最高，此時(shí)相當(dāng)于分配層析。適用于極性比較大的生物堿、酚類化合物、有機(jī)酸、糖類和氨基酸等成分。,2.5硅膠的制備方法 根據(jù)硅膠制備的不同技術(shù)原理，可將它們分為3類： (1)堆積硅珠法； (2)溶膠凝膠法(S0L-GEL)； (3)噴霧干燥法。 具體的制備過程以及各自的優(yōu)越性,二.硅膠的性質(zhì)及使用原理,1.硅膠的化學(xué)性質(zhì) 硅膠的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，可以耐受酸性介質(zhì)的侵蝕。無定型硅膠常溫下在純水中的平衡溶解度約為10(-4

5、)，但是，當(dāng)pH值升至9以上時(shí)，溶解度增大，至pH10.7以上時(shí)硅膠即會溶解。為安全計(jì)，硅膠一般只用于pH18范圍內(nèi)。,2.物理性質(zhì) 硅膠無毒、無味，對液相和氣相介質(zhì)有很強(qiáng)的吸附性能，硬度比玻璃稍軟，除氫氟酸和強(qiáng)堿外，不溶于水及各種化學(xué)溶劑，物性非常穩(wěn)定。 高機(jī)械強(qiáng)度是硅膠的特點(diǎn)之一。常用的5m粒徑、6-10nm孔徑的硅膠，可以耐受60-70MPa的操作壓力；隨孔徑和孔度的增大，可耐受的壓力會降低。當(dāng)使用30-100nm孔徑的硅膠時(shí)，仍可耐受30MPa的操作壓力而不破損。但是，對于高孔度的凝膠色譜填料，操作壓力只能在10MPa甚至更低。,3.硅膠的作用原理 硅膠吸附劑是粉末狀多孔固體，其起到吸

6、附作用的基團(tuán)是硅醇基上的羥基（吸附中心），這些羥基所處的形態(tài)不同，其吸附能力也不同。硅羥基的吸附性能排列為：活潑型（a）自由型（b）束縛型（c）游離型（d），各型結(jié)構(gòu)見下圖。,為了增強(qiáng)硅膠的吸附力，應(yīng)該增加吸附劑的活潑型結(jié)構(gòu)單元。因此，如果將硅膠煅燒使其完全脫水，則硅膠的硅羥基完全被破壞而減少甚至沒有吸附能力；如果硅膠中加入大量的水分，其吸附力也將減小，這是因?yàn)楣枇u基與水形成了太多的氫鍵從而降低了其活潑型比例 。,當(dāng)硅膠含水量超過70%時(shí)，硅膠就完全失去吸附能力，而產(chǎn)生了另外一種分離模式-分配色譜，其原理是組分在流動相溶劑和固定相的溶劑中溶解度不同（即分配系數(shù)的差異）得到分離的。,三.硅膠柱的

7、使用過程,1. 稱量：稱取硅膠，稱30-70倍于上樣量；如果極難分，也可以用100倍量的硅膠H。干硅膠的視密度在0.4左右，所以要稱40g硅膠，用燒杯量100ml也可以。,2.攪成勻漿。加入干硅膠體積一倍的溶劑用玻璃棒充分?jǐn)嚢琛?如果洗脫劑是石油醚/乙酸乙酯/丙酮體系，就用石油醚拌；如果洗脫劑是氯仿/醇體系，就用氯仿拌。最初的洗脫劑選用樣品的Rf值在0.2左右。如果不能攪成勻漿，說明溶劑中含水量太大，尤其是乙酸乙酯/丙酮，如果不與水配伍走分配色譜的話，必須預(yù)先用無水硫酸鈉久置干燥。氯仿用無水氯化鈣干燥，以除去1%的醇。如果樣品對酸敏感，不能用氯仿體系過柱。,3.裝柱。將柱底用棉花塞緊，不必用海

8、沙，加入約1/3體積石油醚（氯仿），裝上蓄液球，打開柱下活塞，將勻漿一次傾入蓄液球內(nèi)。隨著沉降，會有一些硅膠沾在蓄液球內(nèi)，用石油醚（氯仿）將其沖入柱中。 干法濕法,4.壓實(shí)。沉降完成后，加入更多的石油醚，用雙聯(lián)球或氣泵加壓，直至流速恒定。柱床約被壓縮至9/10體積。無論走常壓柱或加壓柱，都應(yīng)進(jìn)行這一步，可使分離度提高很多，且可以避免過柱時(shí)由于柱床萎縮產(chǎn)生開裂。 柱子沉降時(shí)間：自然沉降一般一夜，如果時(shí)間緊張也可以沉降1-2小時(shí)即可 。,5.上樣：干法濕法都可以。上樣后，加入一些洗脫劑，再將一團(tuán)脫脂棉塞至接近硅膠表面；或者在樣品的上部加一些空白硅膠。然后就可以放心地加入大量洗脫劑，而不會沖壞硅膠表

9、面。 個(gè)人經(jīng)驗(yàn)：加空白硅膠效果不好。一：樣品容易擴(kuò)散到空白硅膠上面，導(dǎo)致分離效率降低；二：加洗脫劑的時(shí)候容易將空白硅膠沖散。,6.過柱和收集:柱層析實(shí)際上是在擴(kuò)散和分離之間的權(quán)衡。太低的洗脫強(qiáng)度并不好，常用梯度洗脫。收集的例子：10mg上樣量，1g硅膠H，0.5ml收一餾分；1-2g上樣量，50g硅膠（200-300目），20-50ml收一餾分。,7.檢測:要更多地使用專用噴顯劑，如果僅用紫外燈，會損失較多產(chǎn)品，紫外的靈敏度一般比噴顯劑底1-2個(gè)數(shù)量級。 經(jīng)過TLC初步檢測后的樣品，可以合并那些薄層點(diǎn)相似的流分；然后用HPLC進(jìn)一步的檢測。,8.送譜:收集的產(chǎn)品旋干，在送譜前通常需要重結(jié)晶。如

10、果樣品太少或?yàn)橐后w，可過一小凝膠柱，作為送譜前的最后純化手段?？沙渥V1.5ppm左右所謂的“硅膠”峰。,四.使用過程中的一些小經(jīng)驗(yàn),1.用棉花塞住口，在裝柱前應(yīng)用溶劑潤濕，搗出棉花中的氣泡，裝柱最好一次完成且保持溶劑流出狀態(tài) 。 2.硅膠在各常用溶劑里是有固定的溶脹比的，一般來說在2.3倍以上，也就是說，如果是濕法裝柱，1g硅膠要用2ml以上的溶劑來充分溶脹，攪拌均勻，趕走氣泡。,3.裝柱的時(shí)候，是可以得到你裝的這根柱子的保留體積的，這對于決定你多少體積接產(chǎn)品是十分有幫助的 。等到硅膠完全沉降后，將溶劑液面放至靠近硅膠液面后，稱量在柱底得到的溶劑量，和原先裝柱用的溶劑量的差值，就是你的保留體積。 和我們常用的測量得到的柱體積有多大差別？,再根據(jù)上柱子之前做的TLC，測出Rf值，就可以預(yù)計(jì)各個(gè)產(chǎn)品的流出位置了。根據(jù)你的保留體積，你也可以決定是多少體積一分了，做的粗些，可以1個(gè)保留體積一接，細(xì)些的可以二分之一甚至五分之一，十分之一個(gè)保留體積一接。但是硅膠柱的拖尾比較嚴(yán)重，尤其是主成分量比較大的時(shí)候。常常會出現(xiàn)主成分拖2-3個(gè)保留體積后，依然可以用TLC檢出。,4.樣品不能粘稠。我們一般都是干法上樣樣品應(yīng)該溶在溶劑中，再拌到硅膠里。如果樣品比較粘稠，不太好溶，如把粘粘糊糊的樣品直接拌到了硅膠里，溶劑揮發(fā)后，一研磨，也看不出與平常有什么不同。但上樣后可