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1、硅胶的原理及使用方法,2011.10.23 百顺硅胶：报告内容,一.硅胶的组成及分类 二.硅胶的性质及原理 三.硅胶柱的使用的过程 四.使用过程中的一些小经验,一.硅胶的组成及分类,1.硅胶的组成 硅胶(SilicaGel)的化学成分是二氧化硅。 在传统的硅胶合成方面，主要是以水玻璃作为原料经过反应胶凝老化洗涤浸泡干燥焙烧等步骤合成出成品。 用作分离介质的硅胶是人工合成的多孔二氧化硅，它的特点是其表面含有硅醇基(Silanolgroupsor surfacehydroxylgroups)，这是硅胶能够直接进行表面化学键合或改性的基础。,2.硅胶的分类,2.1颗粒大小 2.2正反相硅
2、胶 2.3重质轻质微粉硅胶 2.4五级硅胶 2.5制备方法,2.1 颗粒大小 作为分离材料的硅胶，其颗粒的形状大小、孔的结构、孔径及其分布、总孔容、比表面及机械强度等，均是重要的参数。目前，通用的分析型硅胶基质的直径为5-10m，且其化学键合相硅胶已有商品出售，而高效制备型所用的硅胶，其直径多在20-40m之间。 按目数分,2.2正反相硅胶柱 正相柱大多以硅胶为柱填料或是在硅胶表面键合-CN,-NH3 等官能团的键合相硅胶柱。反相柱填料主要以硅胶为基质，在其表面键合非极性的十八烷基官能（ODS）称为C18 柱。其它常用的反相柱还有C8,C4,C2 和苯基柱等。 一般的C18 柱pH 值范围都在
3、2-8，流动相的pH 值小于2 时，会导致键合相的水解；当pH 值大于7 时硅胶易溶解；常常使用缓冲液固定相要降解。如果流动相pH较高或常常使用缓冲液时，建议选择pH 范围大的柱子。,2.3重质轻质微粉硅胶 微粉硅胶是白色或乳白色的均匀粉末，比表面积大，具有极强的吸附作用 用途：主要用作润滑剂、抗粘剂、助流剂。特别适宜油类、浸膏类药物的制粒，制成的颗粒具有非常好的流动性和可压性。在直接压片中用作助流剂。还可作为助滤剂、澄清剂和滴泡剂，以及液体制剂的助悬剂、增稠剂。,重质微粉硅胶是沉淀法的二氧化硅，通过水玻璃中和生产，平均粒径为微米级，在助流动性能方面远远落后于气相法二氧化硅。 轻质微粉硅胶其实是
4、一种气相法二氧化硅，通过四氯化硅在氢氧焰中水解而制造出来的。,2.4五级硅胶 硅胶分为五级是根据其吸水量而定的，对应如下：0%为一级，5%为二级，15%为三级，25%为四级，38%为五级。 五级的含水量最高，此时相当于分配层析。适用于极性比较大的生物碱、酚类化合物、有机酸、糖类和氨基酸等成分。,2.5硅胶的制备方法 根据硅胶制备的不同技术原理，可将它们分为3类： (1)堆积硅珠法； (2)溶胶凝胶法(S0L-GEL)； (3)喷雾干燥法。 具体的制备过程以及各自的优越性,二.硅胶的性质及使用原理,1.硅胶的化学性质 硅胶的化学性质较为稳定，可以耐受酸性介质的侵蚀。无定型硅胶常温下在纯水中的平衡
5、溶解度约为10(-4)，但是，当pH值升至9以上时，溶解度增大，至pH10.7以上时硅胶即会溶解。为安全计，硅胶一般只用于pH18范围内。,2.物理性质 硅胶无毒、无味，对液相和气相介质有很强的吸附性能，硬度比玻璃稍软，除氢氟酸和强碱外，不溶于水及各种化学溶剂，物性很稳定。 高机械强度是硅胶的特点之一。常用的5m粒径、6-10nm孔径的硅胶，可以耐受60-70MPa的操作压力；随孔径和孔度的增大，可耐受的压力会降低。当使用30-100nm孔径的硅胶时，仍可耐受30MPa的操作压力而不破损。但是，对于高孔度的凝胶色谱填料，操作压力只能在10MPa甚至更低。,3.硅胶的作用原理 硅胶吸附剂是粉末
6、状多孔固体，其起到吸附作用的基团是硅醇基上的羟基（吸附中心），这些羟基所处的形态不同，其吸附能力也不同。硅羟基的吸附性能排列为：活泼型（a）自由型（b）束缚型（c）游离型（d），各型结构见下图。,为增强硅胶的吸附力，应该增加吸附剂的活泼型结构单元。因此，如果将硅胶煅烧使其完全脱水，则硅胶的硅羟基完全被破坏而减少甚至没有吸附能力；如果硅胶中加入大量的水分，其吸附力也将减小，是因为硅羟基与水形成了太多的氢键以此来降低了其活泼型比例 。,当硅胶含水量超过70%时，硅胶就完全失去吸附能力，而产生了另外一种分离模式-分配色谱，其原理是组分在流动相溶剂和固定相的溶剂中溶解度不同（即分配系数的差异）得到分
7、离的。,三.硅胶柱的使用的过程,1. 称量：称取硅胶，称30-70倍于上样量；如果极难分，也可以用100倍量的硅胶H。干硅胶的视密度在0.4左右，所以要称40g硅胶，用烧杯量100ml也可以。,2.搅成匀浆。加入干硅胶体积一倍的溶剂用玻璃棒充分搅拌。 如果洗脱剂是石油醚/乙酸乙酯/丙酮体系，就用石油醚拌；如果洗脱剂是氯仿/醇体系，就用氯仿拌。最初的洗脱剂选用样品的Rf值在0.2左右。若无法搅成匀浆，说明溶剂中含水量太大，尤其是乙酸乙酯/丙酮，如果不与水配伍走分配色谱的话，必须预先用无水硫酸钠久置干燥。氯仿用无水氯化钙干燥，以除去1%的醇。如果样品对酸敏感，不能用氯仿体系过柱。,3.装柱。将柱底
8、用棉花塞紧，不必用海沙，加入约1/3体积石油醚（氯仿），装上蓄液球，打开柱下活塞，将匀浆一次倾入蓄液球内。随着沉降，会有一些硅胶沾在蓄液球内，用石油醚（氯仿）将其冲入柱中。 干法湿法,4.压实。沉降完成后，加入更多的石油醚，用双联球或气泵加压，直至流速恒定。柱床约被压缩至9/10体积。无论走常压柱或加压柱，都应进行这一步，可使分离度提高很多，且能够尽可能的防止过柱时由于柱床萎缩产生开裂。 柱子沉降时间：自然沉降一般一夜，如果时间紧张也可以沉降1-2小时即可 。,5.上样：干法湿法都可以。上样后，加入一些洗脱剂，再将一团脱脂棉塞至接近硅胶表面；或者在样品的上部加一些空白硅胶。然后就可以完全放心地加入大量洗脱
9、剂，而不会冲坏硅胶表面。 个人经验：加空白硅胶效果不好。一：样品容易扩散到空白硅胶上面，导致分离效率降低；二：加洗脱剂的时候容易将空白硅胶冲散。,6.过柱和收集:柱层析其实就是在扩散和分离之间的权衡。太低的洗脱强度并不好，常用梯度洗脱。收集的例子：10mg上样量，1g硅胶H，0.5ml收一馏分；1-2g上样量，50g硅胶（200-300目），20-50ml收一馏分。,7.检测:要更多地使用专用喷显剂，如果仅用紫外灯，会损失较多产品，紫外的灵敏度一般比喷显剂底1-2个数量级。 经过TLC初步检测后的样品，可以合并那些薄层点相似的流分；然后用HPLC进一步的检测。,8.送谱:收集的产品旋干，在送谱
10、前常常要重结晶。如果样品太少或为液体，可过一小凝胶柱，作为送谱前的最后纯化手段。可除去氢谱1.5ppm左右所谓的“硅胶”峰。,四.使用的过程中的一些小经验,1.用棉花塞住口，在装柱前应用溶剂润湿，捣出棉花中的气泡，装柱最好一次完成且保持溶剂流出状态 。 2.硅胶在各常用溶剂里是有固定的溶胀比的，一般来说在2.3倍以上，也就是说，如果是湿法装柱，1g硅胶要用2ml以上的溶剂来充分溶胀，均匀搅拌，赶走气泡。,3.装柱的时候，是能够获得你装的这根柱子的保留体积的，这对于决定你多少体积接产品是十分有帮助的 。等到硅胶完全沉降后，将溶剂液面放至靠近硅胶液面后，称量在柱底得到的溶剂量，和原先装柱用的溶剂量
11、的差值，就是你的保留体积。 和我们常用的测量得到的柱体积有多大差别？,再根据上柱子之前做的TLC，测出Rf值，就可以预计各个产品的流出位置了。根据你的保留体积，你也可以决定是多少体积一分了，做的粗些，可以1个保留体积一接，细些的可以二分之一甚至五分之一，十分之一个保留体积一接。但是硅胶柱的拖尾非常严重，尤其是主成分量比较大的时候。常常会出现主成分拖2-3个保留体积后，依然可以用TLC检出。,4.样品不能粘稠。我们一般都是干法上样样品应该溶在溶剂中，再拌到硅胶里。如果样品比较粘稠，不太好溶，如把粘粘糊糊的样品直接拌到了硅胶里，溶剂挥发后，一研磨，也看不出与平常有什么不同。但上样后可就惨了，流速就会变的很慢。可能只好挖出样品，重新来过。,5.洗脱时柱子断裂？ 一可能是洗脱剂没有脱气，换用洗脱剂时产生热量，导致气泡产生。 二可能是洗脱剂的极性变化太快。 三如果用了加压装置如液氮，可能是加液时放气太快，气体从下端口冲进，使硅胶分段。,6.过完的硅胶柱还有颜色? 很正常的，若不是小量操作，没有回收价值， 那些类似于死吸附。,
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