柱子,即柱色谱(Column Chromatography,CC),学化学的几乎是人人皆知,而且孽缘深重。在有机实验室中,这是基础的分离手段:有机反应经常是将各种东西一锅炖了,然后从均匀的浆糊里面找出需要的东西。这可不是过滤就可以简单解决的事情,需要柱色谱这种稍微高端一点的手段才能解决。
在分析实验室中,柱色谱也是常被用来检测杂质含量,不过人家不叫“过柱子”,都是“咱们跑个液相(色谱)/气相(色谱)?”但归根结底都是一家子原理。就算是那些养细胞的、泡药酒(天然药物化学、植物化学等)的实验室,恐怕也要时不时借助色谱的力量进行研究。
柱色谱的分离原理可根据不同的作用力分为很多种,但都离不开“差速迁移”这四个字。什么是差速迁移呢?我们打个比方,过柱子就像是帅哥导游(流动相)带着一众女游客(分析样品)路过购物街(固定相),更喜欢帅哥的先走出购物街,更喜欢购物的逗留得更久。这就是柱色谱的原理:根据物质在固定相和流动相的保留差异,对物质进行分离。说白了就是物质对哪个相的亲和力高,它就在哪个相里保留得久一些。
明白了这个原理,下面的图就比较容易理解了。首先有一根空的玻璃色谱柱→接着往里面装入“灰色的”固定相→装入“水色的”流动相,让固定相更加实在→在固定相上铺上分析样品→加入流动相,使样品随流动相流经过固定相→由于物质在两相之间的保留差异,逐渐被分成两类红蓝两色→随着时间过去,从出口流出了不同的物质。以上就是柱层析法的流程。
除此之外,还有一种利用硅胶板分离的叫做薄层色谱法,其原理和柱层析法相同,但分离效果不如柱层析。但是!薄层色谱在实验室同样hin火爆!
对于常年过柱子的化院学生来讲,自然是希望产物都喜欢流动相,杂质喜欢固定相。这样一来,产物就可以很快地随着流动相冲出柱子,而杂质被产物的一骑绝尘远远抛在后方……然而事实让人非常心塞。
产物常常和杂质紧密相连,而且要等待好久才会随着流动相一起出现……等待产物的过程总让人从认真走向懈怠。那么,怎么判断物质在固定相和流动相之间的保留程度呢?准确的判断对于产物的收集非常重要。为此,过柱子前需要进行名为“点板”的操(前)作(戏)。这就是之前提到的薄层色谱。薄层色谱是将硅胶铺在玻璃板上,而柱色谱则是将固定相(常用微粉硅胶)装在玻璃色谱柱内。
在分析实验室中,分析样品的取样一般在微克(μg)量级,加上有各种高大上的检测器、工作站的辅助,使用过程相对方便。而有机实验室对产物的纯度没有分析实验室那么高,因此用到的柱层析相对简单,看上去甚至有些糙汉,但是使用过程一言难尽……相同的物质“跑”得一样快,反过来一般也成立。因此,对原料、反应液和产物标准品点板,进行保留程度的比较,就可以大致确定出反应液中哪一段是需要收集的产物。
过柱子的时间实在是枯燥,我缺乏情调的大脑实在没有什么段子可以分享,姑且用体育老师教的绘画力来再现一下我过柱子的情况——在你过柱子的岁月里有过哪些有趣/奇葩/悲伤的经历踩过哪些坑掌握了哪些独门绝技欢迎留言或者投稿和我们分享你和柱子的那些故事。