薄层色谱板的快速制备及分离效率研究

白 林，陈 洁，梁永芳

(兰州城市学院 绿色化学实验与教学研究所，甘肃 兰州 730070)

薄层色谱(thin layer chromatography，TLC)是一种快速、简便、高效、经济、应用广泛的色谱分析方法。薄层色谱法的特点是设备简单、操作方便、适用性广，可以同时分离多个样品，分析成本低，对样品预处理要求低，对固定相、展开剂的选择自由度大，适用于含有不易从分离介质脱附或含有悬浮微粒或需要色谱后衍生化处理的样品分析。薄层色谱法可以分离各类有机化合物，广泛应用于药物、生化、食品和环境分析等方面，在定性鉴定、半定量以及定量分析等科学研究和教学实践中发挥着重要作用[1－4]。

用硅胶做固定相制备的薄层板常用于薄层色谱分析，一般将吸附剂或载体均匀涂布在玻璃板、塑料片或铝箔等材料上。商品化的预制薄层板已有市售，其规格齐全，使用方便，但价格较贵。因此，一般实验室多用自制薄层板。为了提高薄层板的强度需加入一定量的粘合剂，理想的粘合剂要求亲水性好，粘结力强且具有化学惰性。手工涂层时常用的粘合剂为羧甲基纤维素钠或煅石膏[1]。使用煅石膏做粘合剂制得的薄层板强度较差，展开时薄层容易脱落。不含粘合剂的薄层板的制作通常将硅胶在搅拌下加入有机溶剂(氯仿)中，调成均匀的浆料，用浸渍(涂)法制板[5]。用有机溶剂湿法铺板，速度较快，但薄层容易脱落，大量的有机溶剂挥发，造成人体健康危害和环境污染。

用羧甲基纤维素钠(carboxy methylcellulose sodium，CMC－Na)做粘合剂制成的薄层板具有溶解性和分散性好、与细微颗粒物混合后凝聚性和粘附性强等特点。用它作为粘合剂制成的硅胶薄层板强度好、板面平整、结构均匀、分离性能好、展开时不脱落、成本低廉[6]。采用CMC－Na水法铺板的优势是经济、安全、环保，缺点是干燥时间长。文献[6－12]中CMC－Na水溶液的浓度从0.062 5%到1.0%相差悬殊，使用的硅胶也不同，往往难以适从。

本实验用玻璃板作为载体，选用不同种类的硅胶和氧化铝作吸附剂、不同浓度的CMC－Na水溶液作为粘合剂，通过不同的干燥方法优化制板条件。相对于文献[13]方法，该方法明显提高了制板效率，既可以规模化制板，更适合于学生实验操作。制板方法无污染、无危险、可操作性强，符合绿色化学实验的要求。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器:分析天平(BS124S型，赛多利斯仪器有限公司)；真空干燥箱(ZK－82A型，上海市实验仪器总厂)；秒表；玻璃片(100 mm×40 mm×2.5 mm)；毛细管(内径小于1 mm)；广口瓶。

试剂:硅胶 G(薄层层析用，CP，10～40目，青岛海洋化工分厂)；硅胶(柱层析用，CP，100～200目，青岛海洋化工分厂)；硅胶(柱层析用，CP，200～300目，青岛海浪硅胶干燥剂厂)；氧化铝(层析用，CP，100～200目，上海五四化学试剂厂)；中性氧化铝(层析用，CP，200～300目，上海中秦化学试剂有限公司)；羧甲基纤维素钠(CMC －Na， CP， 粘度:300～600 mPa·s， 上海化学试剂采购供应站)；无水乙醇、乙酸乙酯、1，3－二溴丙烷、苯甲酰胺、环己烯、二苯甲酮、碘为国产分析纯或化学纯试剂。0.1%甲基橙和亚甲基蓝混合溶液(自配)。

1.2 羧甲基纤维素钠溶液的配制

称取干燥的CMC－Na 2.50 g于大烧杯中，加入500 ml水煮沸将其溶解，静置一昼夜。过滤后将清液定容至500 ml，此时溶液的浓度为0.5%。然后取0.5%的溶液稀释，配制成浓度梯度为0.1%～0.5%的系列溶液备用。

1.3 薄层板的制备及活化

取硅胶或氧化铝按1∶2.5(W/V)的比例加入到0.1%～0.5%CMC－Na溶液中，制成均匀的不同浓度的浆料，用倾注法将调好的浆料倾倒在清洁、干燥、水平的玻璃板上，用玻璃棒轻轻刮平，使表面均匀光滑，每种吸附剂在同一浓度的CMC－Na溶液下铺5个薄层板。薄板的厚度可根据比例调节，薄层的厚度为0.5～1.0 mm，厚度尽量均匀。把薄层板置于水平的平板上，放入干燥箱中干燥。

薄层色谱板的活化在真空干燥箱内进行，硅胶板置于105～110℃烘30 min，氧化铝板置于150～160℃烘4 h，即可得Ⅲ～Ⅳ活性级的薄层[12]，活化后的薄层板放在干燥器内保存备用。

1.4 薄层色谱板性能的测试

将活化好的薄层色谱板放在水平桌面上，按文献[12]方法用毛细管吸取0.1%的甲基橙和亚甲基蓝混合样品溶液，垂直地轻轻接触到薄层板的起点线上。溶剂挥发后，放入盛有无水乙醇展开剂的层析缸(密闭的广口瓶)中进行展开。点样的位置必须在展开剂液面之上，当展开剂上升到薄层板的前沿(离顶端5～10 mm处)或各组分已明显分开，记录分离的时间。取出薄层板放平晾干，用铅笔轻轻划出前沿的位置后即可显色。根据Rf值的不同对各组分进行分析鉴定。

为了研究工作方便，本实验使用有颜色的甲基橙和亚甲基蓝混合溶液，免于显色这一过程，简化了实验步骤。如果样品无色，可用碘蒸气或紫外灯法显色。展开过程如图1所示。

图1 甲基橙和亚甲基蓝混合物的展开图

2 结果与讨论

在不同浓度的CMC－Na溶液(0.1%～0.5%)作粘合剂的情况下，用硅胶G、不同粒径的柱层析硅胶、氧化铝作为吸附剂制备薄层色谱板，通过薄层谱板的展开时间和分离能力，优选出羧甲基纤维素钠的最佳浓度和吸附剂，在此基础上探索薄层色谱板干燥的方法和最佳条件。最后，根据实验中选出的最佳制板方法测试薄层色谱板的分离效率。

2.1 羧甲基纤维素钠溶液浓度的确定

CMC－Na溶液的浓度梯度为0.1%～0.5%，吸附剂用不同粒径的硅胶和氧化铝，制板及活化方法同1.3节。0.1%的甲基橙和亚甲基蓝混合溶液为分离样品，展开剂为无水乙醇，同一CMC－Na浓度的薄层板平行测定5次。实验结果如表1所示。

表1 吸附剂类型、CMC－Na浓度与Rf值的关系

从表1可以看出，CMC－Na溶液的浓度在0.4%时，硅胶组的Rf值较大，分离效果好。CMC－Na浓度低于0.4%时，虽然制成的薄板厚度均匀，表面平整，但薄层强度较差，展开时硅胶易从板上脱落，斑点易扩散和拖尾；当浓度较高时，薄层强度较高，但制成的薄板厚度不均匀，Rf值下降。因此，粘合剂CMC－Na的浓度宜为0.4%。氧化铝作为吸附剂分离能力差，两种氧化铝的比移值为零，且多次实验效果均不明显；可能是由于氧化铝对甲基橙和亚甲基蓝的吸附力大，或粒径大板面粗糙展开时流速快分离效果不佳。

2.2 最佳吸附剂的选择

CMC－Na溶液的浓度为0.4%，吸附剂用不同粒径的硅胶，实验方法同2.1节，薄层色谱板展开时间、Rf值如表2所示。

表2 硅胶吸附剂展开时间与Rf值的关系

从表2可以看出，硅胶G板展开时间长，需要35 min，柱层析硅胶板展开时间较短，约8～10 min。虽然硅胶G的Rf值比柱层析硅胶的略大，但时间较长。可能是硅胶G的颗粒度较小，制备的色谱板比较致密之故。因此，选用粒径为100～200目的柱层析硅胶制板。

2.3 吸附剂与CMC－Na用量比对薄层色谱板的影响

文献[6－12]方法一般按硅胶吸附剂与CMC－Na水溶液之比为1∶2～1∶3(W/V)调制成涂铺浆料。本实验采用1∶2.5(W/V)的比例将柱层析硅胶加入到0.4%的CMC－Na溶液中，涂铺效果好。不同性质的吸附剂使用溶剂量应有所不同，可根据实际情况予以增减。制成的浆料要均匀，不带团块，黏稠适当，涂铺时表面均匀光滑。若浆料稠，则涂层厚，甚至不均匀；若浆料稀，则涂层薄。若出现上述两种情况，需微调粘稠度。

2.4 薄层色谱板的干燥条件

薄层色谱板的在自然条件下晾干需要较长时间，甚至要过夜。文献[11]研究了硅胶薄层色谱板干燥速度与环境因素的关系，在室温下，高湿和无风是保证薄板无裂纹的必需条件；高温、低湿、强风都可加快薄板的干燥速度，硅胶薄板的干燥速度决定了薄板的干燥效果，薄板的龟裂是由于干燥速度过快引起的。

按1.3节方法制板，CMC－Na溶液的浓度为0.4%，吸附剂用不同粒径的硅胶和氧化铝，每种吸附剂平行铺5块玻璃板。把薄层板置于水平的平板上，放入恒温干燥箱内，调节温度(不鼓风)，通过玻璃视窗观察薄层色谱板的变化。当观察到薄层色谱板出现裂纹或翘起时，表明干燥温度太高，此时的温度即为干燥时的温度上限。每种吸附剂都按此种方法观测，通过干燥后的薄板分离甲基橙和亚甲基蓝混合样品反复对比实验，确定最佳干燥温度和时间。实验结果如表3所示。

表3 干燥时间、干燥温度与薄层色谱板质量的关系

从表3可以看出，不同吸附剂最佳干燥条件不同。因为各吸附剂的颗粒度不一样，薄板薄厚也不一样。薄板龟裂的原因是温度高、干燥速度过快，因此要预防龟裂就必须降低干燥温度、延长时间。综合考虑，硅胶G的最佳干燥条件是50～60℃，18～20 min； 柱层析硅胶 65～70℃， 16～18 min；氧化铝70～80℃，14～16 min。干燥后的薄板如不立即使用应保存在干燥器中，以防龟裂。

2.5 薄层色谱板的分离效率

通过对薄层色谱板性能的实验研究，影响薄层板分离效率的因素主要有:粘合剂的浓度，吸附剂的颗粒度、种类以及活度，铺板技术的熟练度、干燥条件及薄板的保存，点样量及展开剂的饱和时间，展开剂(极性、溶解度、使用次数等)和样品选择等。因此，为了提高薄层色谱板的分离效率，可采取以下措施:1)选择吸附剂时应选粒径比较小的，粒径越小，分离效果越好；2)熟练掌握铺板技术，涂层尽量均匀、平整、光滑；3)如果混合样品各组分的Rf值较大，应换极性较小的溶剂，或在原来的溶剂中加入适量极性较小的溶剂再展开；相反，则可加入适量极性较大的溶剂，以达到分离的目的；4)样品浓度、点样量要适中，薄层板尽可能在低温下展开，饱和时间应视不同情况而定。

2.5.1 显色样品的分离

将最佳条件下制备的柱层析硅胶板活化后，点样，选择合适的展开剂在层析缸中展开，通过颜色判断色斑的位置，计算其Rf值。方法同甲基橙和亚甲基蓝混合溶液的分离。

2.5.2 不显色样品的分离

将最佳条件下制备的柱层析硅胶板干燥活化后，分别用1，3－二溴丙烷、苯甲酰胺、环己烯、二苯甲酮作为样品溶液进行点样，用乙酸乙酯作为展开剂在层析缸中展开。当展开剂到达溶剂前沿，将薄层色谱板取出除去溶剂后，放在含有少量碘的密闭容器中显色，分离效果如图2所示。

图2 不同样品的薄层色谱图

选取不同类型的有机化合物作为样品进行实验，根据分离效果图可知这几种化合物的Rf值都较大。环己烯和二苯甲酮的极性比较小，1，3－二溴丙烷和苯甲酰胺的极性较大，用乙酸乙酯作为展开剂时，卤代烃、烯烃、酰胺类和酮类的分离效果都较好。

3 结束语

1)吸附剂的类型和CMC－Na粘合剂的浓度对自涂薄层板的性能有显著影响。采用粒径为100～200目的柱层析硅胶，浓度为0.4%CMC－Na水溶液，按1∶2.5(W/V)调制浆料，制得的薄层板用于不同类型有机化合物样品的分离，均达到良好效果。

2)薄层色谱板的干燥速度是提高制板效率的制约因素，而干燥方式决定薄层色谱板的质量和分离效果。采用恒温干燥箱，不鼓风、保持一定的湿度，柱层析硅胶板的最佳干燥条件是65～70℃， 16～18 min； 活化条件是105～110℃， 30 min。与自然晾干和文献[11]方法相比，大大节约了时间，干燥、活化在1 h内完成，提高了制板效率。

3)薄层色谱实验是有机化学实验教学中必不可少的一个实验项目，通过薄板的制备、点样、展开、显色、Rf值测定等步骤，既要加深学生对色谱分离原理的理解，也要学生熟练掌握这一重要的分离技术[12－14]。将改进的制板实验方法应用到实际教学中，缩短了实验时间，薄层色谱实验可在3学时內完成。通过两届的学生实验证明，教学效果显著。

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