薄层色谱法

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薄层色谱法(TLC),系将适宜的固定相涂布于玻璃板、塑料或铝基片上,成一均匀薄层。待点样、展开后,根据比移值(Rf)与适宜的对照物按同法所得的色谱图的比移值(Rf)作对比,用以进行药品的鉴别、杂质检查或含量测定的方法。薄层色谱法是快速分离和定性分析少量物质的一种很重要的实验技术,也用于跟踪反应进程。

目录

简介

薄层色谱,或称薄层层析(thin—layer chromatography),是以涂布于支持板上的支持物作为固定相,以合适的溶剂为流动相,对混合样品进行分离、鉴定和定量的一种层析分离技术。这是一种快速分离诸如脂肪酸、类固醇氨基酸核苷酸生物碱及其他多种物质的特别有效的层析方法,从50年代发展起来至今,仍被广泛采用。  

基本原理

薄层色谱法是一种吸附薄层色谱分离法,它利用各成分对同一吸附剂吸附能力不同,使在移动相(溶剂)流过固定相(吸附剂)的过程中,连续的产生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附,从而达到各成分的互相分离的目的。

薄层层析可根据作为固定相的支持物不同,分为薄层吸附层析(吸附剂)、薄层分配层析(纤维素)、薄层离子交换层析(离子交换剂)、薄层凝胶层析(分子筛凝胶)等。一般实验中应用较多的是以吸附剂为固定相的薄层吸附层析。

吸附是表面的一个重要性质。任何两个相都可以形成表面,吸附就是其中一个相的物质或溶解于其中的溶质在此表面上的密集现象。在固体与气体之间、固体与液体之间、吸附液体与气体之间的表面上,都可能发生吸附现象。

物质分子之所以能在固体表面停留,这是因为固体表面的分子(离子或原子)和固体内部分子所受的吸引力不相等。在固体内部,分子之间相互作用的力是对称的,其力场互相抵消。而处于固体表面的分子所受的力是不对称的,向内的一面受到固体内部分子的作用力大,而表面层所受的作用力小,因而气体或溶质分子在运动中遇到固体表面时受到这种剩余力的影响,就会被吸引而停留下来。吸附过程是可逆的,被吸附物在一定条件下可以解吸出来。在单位时间内被吸附于吸附剂的某一表面积上的分子和同一单位时间内离开此表面的分子之间可以建立动态平衡,称为吸附平衡。吸附层析过程就是不断地产生平衡与不平衡、吸附与解吸的动态平衡过程。

例如用硅胶和氧化铝作支持剂,其主要原理是吸附力与分配系数的不同,使混合物得以分离。当溶剂沿着吸附剂移动时,带着样品中的各组分起移动,同时发生连续吸附与解吸作用以及反复分配作用。由于各组分在溶剂中的溶解度不同,以及吸附剂对它们的吸附能力的差异,最终将混合物分离成一系列斑点。如作为标准的化合物在层析薄板上一起展开,则可以根据这些已知化合物的Rf值(后面介绍Rf值)对各斑点的组分进行鉴定,同时也可以进一步采用某些方法加以定量。  

比移值

薄层层析硅胶

Rf=溶质移动的距离/溶液移动的距离。表示物质移动的相对距离。

各种物质的Rf 随要分离化合物的结构,滤纸或薄层板的种类、溶剂、温度等不同而不同,但在条件固定的情况下,Rf对每一种化合物来说是一个特定数值。  

仪器与材料

(1) 载板

变色硅胶

用以涂布薄层用的载板有玻璃板、铝箔及塑料板,对薄层板的要求是:需要有一定的机械强度及化学惰性,且厚度均匀、表面平整,因此玻璃板是最常用的。载板可以有不同规格,但最大不得超过20×20,玻璃板在使用前必须洗净、干燥备用。玻板除另有规定外,用5cm×20cm,10cm×20cm或20cm×20cm的规格,要求光滑、平整,洗净后不附水珠,晾干。

(2) 固定相(吸附剂)或载体

薄层层析硅胶薄层层析硅胶最常用的有硅胶G、硅胶GF〈[254]〉、硅胶H、硅胶HF〈[254]〉,其次有硅藻土、硅藻土G、氧化铝、氧化铝G、微晶纤维素、微晶纤维素F〈[254]〉等。其颗粒大小,一般要求直径为10~40μm。薄层涂布,一般可分无粘合剂和含粘合剂两种;前者系将固定相直接涂布于玻璃板上,后者系在固定相中加入一定量的粘合剂,一般常用10~15%煅石膏(CaSO4.2H2O在140℃烘4小时),混匀后加水适量使用,或用羧甲基纤维素钠水溶液(0.5~0.7%)适量调成糊状,均匀涂布于玻璃板上。也有含一定固定相或缓冲液的薄层。

(3) 涂布器

薄层层析硅胶

应能使固定相或载体在玻璃板上涂成一层符合厚度要求的均匀薄层。

(4) 点样器

定性:内径为0.5mm管口平整的普通毛细管

定量:微量注射剂。

点样直径不超过5mm,点样距离一般为1~1.5cm即可。

(5) 展开室

应使用适合载板大小的玻璃制薄层色谱展开缸,并有严密的盖子,除另有规定外,底部应平整光滑,应便于观察。  

操作

薄层板制备

薄层板

除另有规定外,将1份固定相和3份水在研钵中向一方向研磨混合,去除表面的气泡后,倒入涂布器中,在玻板上平稳地移动涂布器进行涂布(厚度为0.2~0.3mm),取下涂好薄层的玻板,置水平台上于室温下晾干,后在110℃烘30分钟,即置有干燥剂的干燥箱中备用。使用前检查其均匀度(可通过透射光和反射光检视)。

手工制板一般分不含粘合剂的软板和含粘合剂的硬板俩种。

常用吸附剂的基本情况:颗粒的大小,太大洗脱剂流速快分离效果不好,太细溶液流速太慢。一般说来吸附性强的颗粒稍大,吸附性弱的颗粒稍小。氧化铝一般在100-150目。氧化铝分为碱性氧化铝,适用于碳氢化合物、生物碱及碱性化合物的分离,一般适用于PH为9-10的环境。中性氧化铝适用于醛、酮、醌、酯等PH约为7.5的中性物质的分离。酸性氧化铝适用于PH4~4.5的酸性有机酸类的分离。氧化铝、硅胶根据活性分为五个级,一级活性最高,五级最低。

黏合剂及添加剂:为了使固定相(吸附剂)牢固地附着在载板上以增加薄层的机械强度,有利于操作,需要时在吸附剂中加入合适的黏合剂:有时为了特殊的分离或检出需要,要在固定相中加入某些添加剂。

薄层板的活化:硅胶板于105-11℃烘30分钟,氧化铝板于150-160℃烘4小时,可得活性的薄层板。  

点样

点样

除另有规定外,用点样器点样于薄层板上,一般为圆点,点样基线距底边2.0cm,样点直径及点间距离同纸色谱法,点间距离可视斑点扩散情况以不影响检出为宜。点样时必须注意勿损伤薄层表面。

点样直径不超过5mm,点样距离一般为1~1.5cm即可。

样品在溶剂中的溶解度很大,原点将呈空心环——环形色谱效应。因此配制样品溶液时应选择对组分溶解度相对较小的溶剂。

点样方式有点状点样和带状点样。  

展开

薄层展开

展开剂也称溶剂系统,流动性或洗脱剂,是在平面色谱中用作流动相的液体。展开剂的主要任务是溶解被分离的物质,在吸附剂薄层上转移被分离物质,使个组分的Rf值在0.2~0.8之间并对被分离物质要有适当的选择性。作为展开剂的溶剂应满足以下要求:适当的纯度、适当的稳定性、低黏度 、线性分配等温线、很低或很高的蒸气压一级尽可能低的毒性

展开方式总的来讲平面色谱的展开有线性、环形及向心3种几何形式。

A 单次展开 用同一种展开剂一个向展开一次,这种方式在平面色谱中应用最为广泛。(垂直上行展开,垂直下行展开,一向水平展开,对向水平展开)

B 多次展开 单向对此展开,用相同的展开剂沿同一方向进行相同距离的重复展开,直至分离满意,广泛应用于薄层色谱法

C 双向展开 用于成分较多、性质比较接近的难分离组分的分离。

薄层展开展开室如需预先用展开剂饱和,可在室中加入足够量的展开剂,并在壁上贴二条与室一样高、宽的滤纸条,一端浸入展开剂中,密封室顶的盖,使系统平衡或按正文规定操作。 将点好样品的薄层板放入展开室的展开剂中,浸入展开剂的深度为距薄层板底边0.5~1.0cm(切勿将样点浸入展开剂中),密封室盖,待展开至规定距离(一般为10~15cm),取出薄层板,晾干,按各品种项下的规定检测。

影响展开的因素

制备离心色谱仪

A 相对湿度的影响

B 溶剂蒸汽的影响(a 展开室的饱和 b预吸附)

C 温度的影响

D 展距的影响 与分离度仅正比与展距的平方根。  

显色

A 光学检出法

a 自然光(400~800nm)

b 紫外光(254nm或365nm)

c 荧光 一些化合物吸收了较短波长的光,在瞬间发射出比照射光波长更长的光,而在纸或薄层上显出不同颜色的荧光斑点(灵敏度高、专属性高)

B 蒸汽显色法

显色

多数有机化合物吸附碘蒸气后显示不同程度的黄褐色斑点,这种反应有可逆及不可逆两种情况,前者在离开碘蒸气后,黄褐色斑点逐渐消退,并且不会改变化合物的性质,且灵敏度也很高,故是定位时常用的方法;后者是由于化合物被碘蒸气氧化、脱氢增强了共轭体系,因此在紫外光下可以发出强烈而稳定的荧光,对定性及定量都非常有利,但是制备薄层时要注意被分离的化合物是否改变了原来的性质。

C 物理显色法

用紫外照射分离后的纸或薄层后,使化合物产生光加成,光分解、光氧化还原及光异构等光化学反应,导致物质结构发生某些变化,如形成荧光发射功能团。发生荧光增强或淬灭及荧光物质的激发或发射波长发生移动等现象,从而提高了分析的灵敏度和选择性。

D 试剂显色法

广泛应用的定位方法。用于纸色谱的显色剂一般都适用于薄层色谱,还有防腐剂的显色剂不适合用于纸色谱及含有有机黏合剂薄层的显色,又时喷显色剂后续加热,这也不是用于纸色谱。

显色方法a喷雾显色:显色剂溶液以气溶胶的形式均匀的喷洒在纸和薄层。 b 浸渍显色:挥去展开剂的薄层板,垂直的插入盛有展开剂的浸渍槽中,设定浸板及抽出速度和规定在显色剂中浸渍的时间。

显色试剂

a 通用显色剂 硫酸溶液(硫酸:水 1:1,硫酸:乙醇1:1)、0.5%碘的氯仿溶液、中性0.05%高锰酸钾溶液、碱性高锰酸钾溶液(还原性化合物在淡红色背景上显黄色斑点)

b 专属显色剂

(5)测定比移值

在一定的色谱条件下,特定化合物的Rf值是一个常数,因此有可能根据化合物的Rf值鉴定化合物。

(6) 薄层扫描

薄层扫描法指用一定波长的光照射在经薄层层析后的层析板上,对具有吸收或能产生荧光的层析斑点进行扫描,用反射法或透射法测定吸收的强度,以检测层析谱。对于中成药复方制剂,亦可用相应的原药材按需要组合作阴、阳对照,然后比较其薄层扫描图谱加以鉴别。使用仪器为薄层扫描仪。

如需用薄层扫描仪对色谱斑点作扫描检出,或直接在薄层上对色谱斑点作扫描定量,则可用薄层扫描法。 薄层扫描的方法,除另有规定外,可根据各种薄层扫描仪的结构特点及使用说明,结合具体情况,选择吸收法或荧光法,用双波长或单波长扫描。由于影响薄层扫描结果的因素很多,故应在保证供试品的斑点在一定浓度范围内呈线性的情况下,将供试品与对照品在同一块薄层上展开后扫描,进行比较并计算定量,以减少误差。各种供试品,只有得到分离度和重现性好的薄层色谱,才能获得满意的结果。  

应用

食品和营养

食品中的营养成分是蛋白质、氨基酸、糖类、油和脂肪、维生素、食用色素等。与食品和营养有害的物质则有残留农药、致癌的曲黄霉素等。这些成分都可用薄层色谱法定性和定量。蛋白质和多肽水解为氨基酸,对不同来源的动物性和植物性蛋白水解后产生不同的氨基酸进行定性和定量,有助于解决蛋白质的结构和食品营养问题。二十多种氨基酸用硅胶G薄层板双向展开,一次即能分开,然后定性和定量,方法快速而简便。多糖寡糖可水解为单糖,可用薄层色谱法进行单糖和双糖的定性和定量。文献上有每一个糖的Rf值和相应的展开剂。油和脂肪解为脂肪酸,脂肪酸的种类和结构中的不饱和键数,与营养和卫生有关,关于油和脂肪的薄层(硅胶、硅藻土、纤维素)分析,文献和综述很多。脂溶性和水溶性维生素在薄层上可方便地定性和定量,例如脂溶性维生素A,D,E,K及B2,B6,B12,酶酸,泛酸叶酸,C,促生素在硅胶G薄层上可用苯:甲醇丙酮冰醋酸(7:2:0.5:0.5)分开。用硅胶G薄层和丙酮:氯仿(1:1)以及激发波长365nm和波长450nm,可用荧光法测定ng量的曲黄素B1,B2,G1,G2,法灵敏快速。  

药物和药物代谢

薄层色谱法在合成药物和天然药物中的应用很广。有些文献和内容偏重于合成药物、化合物及其代谢产物,有文献为在中草药分析中的应用。每一类药物,例如磺胺巴比妥、苯骈噻嗪、甾体激素抗菌素、生物碱、强心甙、黄酮、挥发油和萜等,都包括几种或十几种化学结构和性质非常相似的化合物,可以在上述文献中找出一、二种全盘的展开剂,一次即能把每一类的多种化合物很好地分开。药物代谢产物的样品一般先经预处理后用薄层分析,应用也很广,但有时因含量甚微,不用采用气相和高效液相色谱法灵敏。  

化学和化工

化工和化学方面的有机原料和产品都可用薄层色谱法分析。例如含各种功能基的有机物,石油产品,塑料单体,橡胶裂解产物,油漆原料,合成洗涤剂等,内容非常广泛。  

医学和临床

薄层色谱法的应用还渗透到医学和临床中去,例如它是一种快速的诊断方法可用于妊娠的早期诊断。方法是基于在孕妇的尿中能检出比未媳妇妇女的尿中含更多的孕二醇,把两者的尿提取后点在薄层上比较,即可作出判断。这一方法可不用动物而在2~3小时内化验出结果。  

毒物分析和法医化学

如前所述,经典的毒物分析有许多缺点,目前毒物分析和法医化学采用薄层色谱法等新的手段,对麻醉药、巴比妥、印度大麻鸦片生物碱等均可分析。  

农药

十多种有机磷农药和六种有机氯农药都可在硅胶G薄层上分开并测定含量,可用于农药分析及其残留量分析。  

优点

薄层层析有许多优点:它保持了操作方便、设备简单、显色容易等特点,同时展开速率快,一般仅需15~20分钟;混合物易分离,分辨力一般比以往的纸层析高10~100倍,它既适用于只有0.01μg的样品分离,又能分离大于500mg的样品作制备用,而且还可以使用如浓硫酸、浓盐酸之类的腐蚀性显色剂。薄层层析的缺点是对生物高分子的分离效果不甚理想。

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