有機化學實驗過柱子的原理是什麼？

01-24

其實我一直有個私藏的大殺器來給人講解過柱子的基本原理。如果你正在吃飯或者將要吃飯，請遠離此答案。

重口味預警

好的我要開始了……

如果要給新手講懂一個新的內容，我覺得最好的方法是先用簡單易懂的方法，把基本原理的框架串清楚，讓他理解好這個框架以後，在這個框架上不斷補充細節。那麼現在要講的，是過柱子的基本原理，也就是框架部分……

都在便池裡便便過和噓噓過吧？

吶，你看，當你在便池裡便便完和噓噓完以後，便便和噓噓就像乖寶寶，在池子里一動不動。

當你拿水慢慢沖的時候，是不是便便還是一動不動，但是噓噓先跑掉了呀？吶，你看，我們用水一衝，就達到了分離便便和噓噓的效果。這就是過柱子最基本的原理了，在水的沖刷下，便便跑得慢，噓噓跑得快，由於他們在光滑的池子上摩擦，摩擦，摩擦的時候跑起來速度不同，他們就被分開了。對應到柱子來說，池子的表面就是所謂固定相，水就是所謂的流動相。

那麼固定相和流動相是怎麼對分離產生影響的呢，吶，你想，如果我把池子光滑的表面弄得坑坑窪窪，是不是便便就跑得更慢了呀？再想，如果池子的表面徹底光滑，是不是水一衝，便便和噓噓就一起往前跑了呀？由此我們知道，物質跟固定相的吸附作用，會影響物質跑的速度，就是因為物質跟固定相有吸附作用但是又吸附得沒有太強力，物質才能跑起來然後被分離。

吶，你想，如果我們把流動相換成油，會有什麼效果呢，這種粘糊糊的油，肯定沖的效果沒有用水沖好啦，所以我們知道，流動相的性質對物質分離也是有很大影響噠。

吶，我們再想，一般的池子長度是很短的，用水一衝雖然能分開，但分得也沒有那麼開，那如果我們用來分離的是個的萬人坑，而且你只能在坑的另一頭接產物呢？這就會出現兩個情況，一是便便和噓噓的分離更徹底，二是在分離開的時候花的時間更長了。吶，所以呀，長一點的柱子有利於分離，但是太長的話耗的時間會很長噠。

基本原理到此結束，剩下的再引入流動相的極性啊固定相的種類啊等等等等的內容，就不一一展開了。

今天的重口味過柱學就講到這裡，謝謝大家。祝看到這裡的每一個你，在將來的日子裡過每一根柱子的時候，都會想到今天這個便便和噓噓的故事。

就好像

你和你女友同時走進步行街

你過了20分鐘就走出來了

而你女友卻花了2個小時

來來來，簡單粗暴點。

圖侵刪～

原答案被續。

我舉這樣一個例子好了（如果這都政治敏感麻煩C2和DMM給我送一隻照月，謝謝）。

現在有一堆死宅，裡面有喜歡貧乳的和喜歡巨乳的和喜歡男孩子的三種人類。我們如何正確把他們分離開呢？

很簡單，在跑道（固定相）上放置一定量巨乳本子（洗脫劑），然後讓這群死宅賽跑，由於喜歡巨乳的死宅看到本子會來一發，因此跑的速度慢（極性大）；而貧乳控和喜歡男孩子的死宅看不到自己有興趣的本子，就會正常地跑到終點（極性都差不多小）。

那這兩個在跑道上只存在巨乳本子情況下，是不能分開貧乳控和喜歡男孩子的死宅的，但是加入一定量的貧乳本子呢（改變洗脫劑比例）？那麼顯然貧乳控也會來上一發，但是由於加入貧乳本子比例少，他們依然跑得比巨乳控快，這樣根據完成賽跑的先後順序，我們即可分開這三種不同類型的死宅。

這種操作在化學上就叫做過柱。

設想一種情況，有一種人只要看到了R18本子，就會來上不止一發（極性太大洗不下來）永遠待在賽跑的起點，這怎麼辦呢？聰明的科學家想到了在這個人後面向流動相中添加一些豪邁之氣（加大極性），沉浸在靡靡之音的死宅望風而逃，這就叫做梯度洗脫。

說的簡單一點，你把一滴菜湯滴到衛生紙上，你會發現最後會變成幾個同心圓，這是因為菜湯里不同成份在衛生紙上的流動速度有快有慢。

同理，你把一堆衛生紙塞到玻璃管里，然後在上端加上菜湯，只要有足夠大的壓力和時間，菜湯里的幾種成份就會先後從玻璃管里流出來。

大概就是這樣…

過柱子總結：

吸附劑與洗脫劑

（一）吸附劑與洗脫劑

根據待分離組分的結構和性質選擇合適的吸附劑和洗脫劑是分離成敗的關鍵。

1．吸附劑的要求

①對樣品組分和洗脫劑都不會發生任何化學反應，在洗脫劑中也不會溶解。

②對待分離組分能夠進行可逆的吸附，同時具有足夠的吸附力，使組分在固定相與流動相之間能最快地達到平衡。

③顆粒形狀均勻，大小適當，以保證洗脫劑能夠以一定的流速（一般為1.5mL·min-1）通過色譜柱。

④材料易得，價格便宜而且是無色的，以便於觀察。

2、常用吸附劑的種類：氧化鋁、硅膠、聚醯胺、硅酸鎂、滑石粉、氧化鈣（鎂）、澱粉、纖維素、蔗糖和活性炭等。

3、幾種常見吸附劑的特性

（1）氧化鋁：市售的層析用氧化鋁有鹼性、中性和酸性三種類型，粒度規格大多為100～150目。

鹼性氧化鋁（pH9—10）：適用於鹼性物質（如胺、生物鹼）和對酸敏感的樣品（如縮醛、糖苷等），也適用於烴類、甾體化合物等中性物質的分離。但這種吸附劑能引起被吸附的醛、酮的縮合。酯和內酯的水解、醇羥基的脫水、乙醯糖的去乙醯化、維生素A和K等的破壞等不良副反應。所以，這些化合物不宜用鹼性氧化鋁分離。

酸性氧化鋁（pH3.5—4.5）：適用於酸性物質如有機酸、氨基酸等以及色素和醛類化合物的分離。

中性氧化鋁（pH7—7.5）：適用於醛、酮、醌、苷和硝基化合物以及在鹼性介質中不穩定的物質如酯、內酯等的分離，也可以用來分離弱的有機酸和鹼等。

（2）硅膠：硅膠是硅酸的部分脫水後的產物，其成分是SiO2·xH2O，又叫縮水硅酸。柱色譜用硅膠一般不含粘合劑。

適用範圍：非極性和極性化合物，適用於芳香油、萜類、甾體、生物鹼、強心甙、蒽醌類、酸性、酚性化合物、磷脂類、脂肪酸、氨基酸，以及一系列合成產品如有機金屬化合物等。

（3）聚醯胺：色譜用聚醯胺主要又錦綸6（聚己內醯胺）和錦綸66（聚己二醯己二胺）兩種，分子量一般在16000～20000，其親水性和親脂性均較好，因此既可分離水溶性成份，也可分離脂溶性成分。可溶於濃鹽酸、甲酸及熱的乙酸、甲醯胺和二甲基甲醯胺中；微溶於乙酸和苯酚等；不溶於醇、氯仿、丙酮、乙醚、苯等；對鹼穩定，對強酸可水解。

聚醯胺色譜的原理：兼具吸附色譜和分配色譜的功能。採用強極性洗脫劑時主要為吸附色譜——正相色譜；採用弱極性洗脫劑時主要為分配色譜——反相色譜。

分離對象：能與聚醯胺形成氫鍵的化合物，如酚類、酸類、醌類、硝基化合物及含羥基、氨基、亞氨基的化合物及腈和醛等類化合物。

聚醯胺在水中吸附能力的規律：

形成氫鍵的基團(如：酚經基、按基、酪基、硝基等)越多，

則吸附力越強。如：丁二酸＞丁酸

形成氫鍵的位置與吸附力有很大關係。對位、間位酚羥基使吸附力增大，鄰位使吸附力減小。

芳香核、共軛雙鍵多者吸附力大，少者吸附人小。

若形成分了內氫鍵，則使化合物的吸附力減小。

（4）硅酸鎂：中性硅酸鎂的吸附特性介於氧化鋁和硅膠之間，主要用於分離甾體化合物和某些糖類衍生物。為了得到中性硅酸鎂，用前先用稀鹽酸，然後用醋酸洗滌，最後用甲醇和蒸餾水徹底洗滌至中性。

3．吸附劑的活度及其調節

吸附劑的活性取決於它們含水量的多少，活性最強的吸附劑含有最少的水。吸附劑的活性一般分為五級，分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ表示。數字越大，表示活性越小，一般常用Ⅱ～Ⅲ。向吸附劑中添加一定的水，可以降低其活性。反之，如果用加熱處理的方法除去吸附劑中的部分水，則可以增加其活性，後者稱為吸附劑的活化。各種不同活度吸附劑的含水量見表

表3—6 各種不同活度的吸附劑的含水量

活度氧化鋁（水%）硅膠（水%）硅酸鎂（水%）

Ⅰ 0 0 0

Ⅱ 3 5 7

Ⅲ 6 15 15

Ⅳ 10 25 25

Ⅴ 15 35 35

4、實驗操作

吸附劑用量的確定→柱子的選擇→裝柱→柱留體積的測量→加樣或拌樣→洗脫→分部收集→檢測→合併→濃縮

氧化鋁：一般選擇中性，粒度150～200目，超過220目需加壓；一般用量1g樣品/20～50g，特例1g樣品/100～200g

硅膠：吸附色譜——1g樣品/20～50g ，特例1g樣品/500～1000g，用前最好120烘24h，可不做活性測定。分配色譜——1g樣品/100～1000g，特例1g樣品/10000g。

色譜柱的選擇：

有玻璃柱和不鏽鋼柱兩種，一般不使用有機玻璃柱，實驗室常用玻璃柱；

徑長比一般為1:10～1 :20，特例1:40；

內壁光滑均勻，上下粗細一樣，管壁無裂縫，活塞密封良好；

根據吸附劑用量（體積）確定柱子的大小，一般吸附劑應填充到柱子體積的1/4～1/5左右。

裝柱：有干裝法和濕裝法兩種。

干裝法——在下端減壓抽氣的同時，將吸附劑通過長徑漏斗緩緩到入柱內。

濕裝法——①準確加入一定體積的溶劑，然後緩慢加入吸附劑，必要時可輕敲柱壁，排除多餘溶劑，計算主留體積；②準確量取一定體積的溶劑倒入稱量好的吸附劑，間歇性攪拌數次，靜置過夜，次日在攪拌下裝柱，計算主留體積。

加樣：

①將樣品溶於合適的溶劑，在不擾動吸附劑層面的情況下，加到柱體上面。最後在用少量清潔溶劑對主壁洗滌2～3次；

②將樣品溶於合適的溶劑後，在攪拌下加入樣品量3～5倍的吸附劑，晾乾至粉末狀，然後在不擾動吸附劑層面的情況下，加到柱體上面。

洗脫

必須注意在洗脫的過程中，尤其是開始階段，不能擾動層面。洗脫速度一般為每分鐘流出1/200柱留體積左右。對於梯度洗脫需注意標記不同溶劑的分界管號。

分部收集：一般每管收集1/20～ 1/10柱留體積

檢測：確定目標物的位置及純化情況

①薄層色譜或紙色譜檢測；

②氣相色譜或液相色譜檢測；

合併：成分相同或相似的收集液合併，交叉部分單獨收集。

濃縮：旋轉薄膜蒸發；確保燒瓶乾燥乾淨。

展開劑的極性規律

單一溶劑的極性大小順序為：

石油醚（小）→環己烷→四氯化碳→三氯乙烯→苯→甲苯→二氯甲烷→氯仿→乙醚→乙酸乙酯→乙酸甲酯→丙酮→正丙醇→甲醇→吡啶→乙酸（大）

混合溶劑的極性順序：

苯∶氯仿（1+1）→ 環己烷∶乙酸乙酯（8+2）→氯仿∶丙酮（95+5）→苯∶丙酮（9+1）→苯∶乙酸乙酯（8+2）→氯仿∶乙醚（9+1）→苯∶甲醇（95+5） →苯∶乙醚（6+4）→環己烷∶乙酸乙酯（1+1）→氯仿∶乙醚（8+2）→氯仿∶甲醇（99+1）→苯∶甲醇（9+1）→氯仿∶丙酮（85+15）→苯∶乙醚（4+6）→苯∶乙酸乙酯（1+1）→氯仿∶甲醇（95+5）→氯仿∶丙酮（7+3）→苯∶乙酸乙酯（3+7）→苯∶乙醚（1+9）→乙醚∶甲醇（99+1）→乙酸乙酯∶甲醇（99+1）→苯∶丙酮（1+1）→氯仿∶甲醇（9+1）

選擇展開劑，要依據溶劑極性和他們的混溶性，溶劑對被分析物的溶解性，以及被分析物的結構。這裡只討論藥典里通常使用的以硅膠為固定相主體的正相薄層，也不考慮板的活性。

列出溶劑極性參數表，方便以下比較展開劑。環已烷 :-0.2、石油醚（Ⅰ類，30~60℃）、石油醚（Ⅱ類，60~90℃）、正已烷:0.0、甲苯:2.4、二甲苯:2.5、苯:2.7、二氯甲烷:3.1、異丙醇:3.9、正丁醇:3.9 、四氫呋喃:4.0、氯仿:4.1、乙醇:4.3、乙酸乙酯:4.4、甲醇:5.1、丙酮:5.1、乙腈:5.8、乙酸:6.0、水:10.2 。

關於溶劑混溶性，一般根據相似相溶原則，需要注意，極性相差大的不混溶，比如正己烷與甲醇。多元展開劑，主體的兩種溶劑不能混溶，就需要通過第三種溶劑來調和。比如：石油醚、正庚烷、正已烷、戊烷、環已烷和甲醇、水之類的。

一般正相色譜，固定相為極性，被分析物質的極性越大，需要極性更大的展開劑。

了解被分析物的極性可以通過分析其結構獲得，很難獲得它的極性指數。物質分子化學結構中，通常由較極性部分和非極性部分兩部分。例如下面以苯丙烷為極性小部分，隨著極性基團部分的增加，總體的極性就增加，展開劑極性也增加了。

，依次為肉桂酸、阿魏酸、咖啡酸、菊苣酸、綠原酸。

相應展開劑分別為：正己烷—乙醚—冰醋酸 (5:5:0.1)、苯－冰醋酸－甲醇(30:1:3)、氯仿－甲醇－甲酸（9:1: 0.5）、石油醚－乙酸乙酯－甲酸（3:6: 1）、醋酸丁酯－甲酸－水(7:2.5:2.5)。（由於薄層板、比移值不同的原因，展開劑極性比較是相對的，並非絕對的後者大於前者）。

現在最重要的問題是，不同化合物，怎麼定它的極性，又用什么標準來定它對應的展開劑呢？以下分開討論不同化合物極性情況及其對應的展開劑。

首先是極性較小的揮發性物質。比如：冰片：石油醚 (30～60 ℃)—醋酸乙酯(17:3)、厚朴酚：苯－醋酸乙酯(9:1.5)、α-香附酮：苯－醋酯乙酯－冰醋酸(92:5:5)、丹皮酚：環己烷－醋酸乙酯(3:1)，這類化合物，以石油醚、正構烷和苯為體積百分數比較大的溶劑，通常起溶解和分離化合物的作用，而用醋酸乙酯為調節Rf（比移值）的溶劑。為了減少拖尾之類其他相似相溶原則以外的影響，適當加入添加劑，如有機酸或者有機鹼。

極性較小的不揮發性物質。比如：β -谷甾醇：環己烷－醋酸乙酯－甲醇(6:2.5:1)或者環己烷－丙酮(5:2) 、熊果酸：甲苯－醋酸乙酯－冰醋酸(12:4:0.5)、齊墩果酸：氯仿－甲醇(40:1)、豬去氧膽酸：氯仿－乙醚－冰醋酸(2:2:1)、大黃素：苯—醋酸乙酯—甲醇(15:2:0.2)或者苯—乙醇 (8:1) 、丹參酮ⅡA：苯-醋酸乙酯-甲酸(40:25:4) 、穿心蓮內酯：氯仿-無水乙醇(9:1)、靛玉紅、靛藍氯仿－乙醇(9:1)或者苯－氯仿－丙酮(5:4:1)。這類物質展開劑極性比極性較小的揮發性物質洗脫力強一些，因為這類物質極性小的母核大，而極性大的基團通常可以形成氫鍵，比如羧酸、羥基。以上物質，母核分子量減小、母核結構中不飽和健的增加（尤其是出現苯環），極性基團的增加，都使極性增加，展開劑極性也增大。這個範圍內的物質很多，一般展開劑大百分數的溶劑可以從環己烷—〉甲苯—〉二甲苯—〉苯—〉氯仿的順序，按照極性要求選擇。這裡注意，異丙醇、正丁醇極性指數也比較小，在這範圍的化合物很少用，因為粘性大、展開慢，造成斑點擴散；另外，羥基的氫鍵作用力也有不利。調節Rf值的溶劑，從醋酸乙酯—〉甲醇—〉丙酮—〉乙醇。揮發性物質也有很多帶羰基、羥基的，但從它的揮發性就可以明白，分子間作用力不強，另外，母核與石油醚、正構烷和苯的結構差異小，估計更容易脫離硅膠吸附，更快進入溶劑中，而不需要通過提高展開劑的極性。

皂苷類。人蔘皂苷：氯仿－甲醇－水 (65:35:10)10℃以下放置的下層溶液或正丁醇－醋酸乙酯－水(4:1:5)的上層溶液或氯仿－醋酸乙酯－甲醇－水(15:40:22:10)10℃以下放置的下層溶液、芍藥苷：氯仿－醋酸乙酯－甲醇－甲酸(40:5:10:0.2)、黃芩苷：醋酸乙酯－丁酮－醋酸－水(10:7:5:3)、橙皮苷：苯—醋酸乙酯—甲酸—水(1:12:2.5:3)的上層溶液、葛根素：氯仿－甲醇－水(14:5:0.5)、蘆丁：醋酸乙酯－甲酸－水(8:1:1)。這類物質，由於存在糖的多羥基結構，苷元的結構影響變小。展開劑中使用極性大的有機溶劑（氯仿、醋酸乙酯、甲醇、正丁醇）和水。乙酸和甲酸的使用，一方面增大展開劑極性，另外也可以抑制硅膠羥基的作用，減少拖尾。由於混溶性和硅膠耐酸能力的限制，水和酸的使用是有限度的。

極性大的小分子有機酸。沒食子酸：氯仿－醋酸乙酯－甲酸 (5:4:1)、阿魏酸、咖啡酸、菊苣酸、綠原酸、異綠原酸。這類物質多數是苯乙烯母核的，這個結構的極性本身比較大，另外有酚羥基和羧酸基團，個別有多羥基配基。皂苷的展開劑差不多，極性大。注意甲酸通常指的是濃度85%左右的，含有水。

含氮有機物。鹽酸小檗鹼：苯－醋酸乙酯－甲醇－異丙醇－濃氨試液(12：6：3：3：0.6)(氨蒸氣飽和) 或正丁醇－冰醋酸-水(7:1:2)、麻黃鹼：氯仿－甲醇－濃氨試液(20:5:0.5) 或正丁醇－冰醋酸－水(8:2:1)、甘草酸銨：醋酸乙酯－甲酸－冰醋酸－水(15:1:1:2)。由於NH2硅醇基的作用很強，在強極性展開劑加有機酸、有機鹼掃尾。對於極性化合物，使用正丁醇對斑點擴散影響較小，因為化合物和硅膠的作用強。

進行薄層分析基本可以根據母核、基團，選擇相似的化合物對號入座。當然，具體的條件優化則需要根據實際情況了。遇到較困難的分離，需要使用到設計優化方法的，已經不屬於本文討論範圍了。

[1]章育中、郭希聖，薄層層析法和薄層掃描法，中國醫藥科技出版社，1990

來源:分析測試圈（ID:ifenxiceshi）微信公眾號，更多相關知識。

http://weixin.qq.com/r/_DihucPEeZ4GrYfa923q (二維碼自動識別)

所謂過柱子，無非就是純化的基本手段之一。而所謂純化，就是把你要的產物和不要的雜質分離，畢竟有機反應存在各種副反應，反應不完全等情況。你提到的過柱子，學名叫柱層析，先是利用一種東西（學名叫固定相，實驗室常用的就是硅膠）把你的產物和雜質都吸附上去，然後利用不同的液體（學名叫流動相）去淋洗，因為每種物質在固定相的結合力不同，有的吸得牢固一點就洗下來慢一點，有點吸得很不牢固，就很快洗下來了，這樣就起到區分的目的了。好吧，我儘可能通俗化。。。。

當然，這裡面涉及到用什麼東西去吸附，還有用什麼液體去洗脫，還分什麼正相柱子，反向柱子，就是另外一個層次的問題了，就不詳細展開了

一個更加簡單的解釋是高鐵從廣州南到北京西，G66隻需要8小時，其他高鐵普遍10小時，它們的最高速度都是300（流動相）然而運行時間差異顯著，如果你留心時刻表會發現G66隻停靠省會而其他的車停靠很多地市，這裡車站相當於固定相，服務沿線地方的車，停靠站更多，跟固定相作用更加緊密，所以走的相對比較慢，G66是服務於省城商務旅客的，跟沿線小城市沒有什麼交集，相當於跟固定相結合弱，所以跑得快。注意到由於高鐵最快只能跑300，所以這一段路程最快也需要差不多8小時，這就像你裝一個大柱子，上樣後開始洗脫，可能需要8分鐘溶劑前沿下來，你的東西10分鐘才能夠下來(非常順利的情況，實際上很可能就沒有那麼順利了，經常是40分鐘下來，甚至中途拋錨，一直下不來了，如果將來準備搞這個，請有足夠的心理準備）

砂裡淘金

拿水沖石頭和沙子的混合物。大石頭重，沖不了多遠，小石頭輕，遠一點，沙子最輕，最遠。於是，混合物分開了。

水就是流動相。

明白了？

龜兔賽跑。

原理？不就是組分和柱材料的親和度不同，所以用洗脫液在洗脫的時候，每個組分在柱子里停留的時間不一樣，然後就會分離出來了啊…

嘛其實沒過過柱子 lucky 關於色譜的知識也差不多忘光啦

各種物質吸附能力不同