CN106621461B - 一种基于层析原理的高效分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机化学合成分离技术领域，提供了一种基于层析原理的高效分离装置，该装置由五边形层析载体单元和馏分收集单元，有机结合了薄层柱层析和柱层析两中分离方法，既保留了薄层层析的良好分离效果，又保留柱层析的连续层析的特点，因而具有分离效率高、分离效果好等特点。此外，该装置若连接减压装置还能进一步的分离速度，不仅节省了分离时间、还节省了所用流动相的消耗量，甚至还能节省繁琐的TLC跟踪工作，从而大大的提高了分离的工作效率。此外由于制备简单，调整方便，该装置有望广泛应用有机化工领域，特别是可以用于微量、半微量和小量有机化合物的快速分离。

Description

一种基于层析原理的高效分离装置

技术领域

本发明涉及有机化学合成分离技术领域，特别涉及一种基于层析原理的高效分离装置。

背景技术

柱层析技术也称柱色谱技术。在柱层析技术中，向一根柱子里填充层析硅胶形成固定相，将混合样品加到柱子上后用特别的溶剂洗脱，溶剂组成流动相。在样品从柱子上洗脱下来的过程中，根据样品混合物中各组分在固定相和流动相中的分配系数不同，经过多次反复分配，样品的不同组分将逐一分离。

柱层析色谱柱的填装主要有湿法和干法两种。即湿法装柱和干法装柱，二者各有优劣。不论干法还是湿法，硅胶（固定相）的上表面一定要平整，并且硅胶（固定相）的高度一般为15cm左右，太短了可能分离效果不好，太长了也会由于扩散或拖尾导致分离效果不好。柱层析关键在于柱子是否装好和淋洗剂是否选择恰当。而淋洗剂的选择则是通过薄层层析（TLC）确定。TLC的作用除了跟踪反应进程，检测试剂和原料纯度外，一个重要的用途就是为柱层析选择适当的淋洗剂。 一般的规律为：1、如果比移值（Rf值，指在流动相作用下，原点组分的移动距离与流动相的移动距离之间的比值）越小，则点越晚出来，浪费的溶剂越多。2、如果Rf提高，则相应接收瓶的容量应小一些。3、理论上Rf合适的高度，应该是在TLC中两点之间距离刚好可以容纳第三点。一般为了得到更好的分离，通常把样品的Rf值调到0.2-0.3之间，不过如果接收瓶小的话，即使Rf值在0.5，0.6，也能把紧挨着的组分点分开。4、上样高度越薄，则其扩散程度越低，分离效果越好。建议高度不超过2-3mm。所以，尽量采用粗柱子。5、硅胶高度越长，则浪费的溶剂也越多，不过，接收瓶容量可以更大一些。6、硅胶高度越短，接收瓶容量应该小一些。7、硅胶的高度，比TLC的高度高一些即可8、层析柱一定要致密紧实，无气泡。柱层析时，棉花塞得太紧，影响洗脱液的流速。

然而，柱层析方法的缺点就是存在技术难度大和分离周期长等问题。对于初学者来说需要较长一段时间才能掌握，即使是操作熟练的提纯人员，也往往会由于操作不当而造成分离失败。比如装柱不均匀,上样不整齐, 出现气泡, 缝隙等会明显影响分离效率。此外遇到两种组分Rf值相差很小时，由于找不到合适的流动相而容易分不开。柱层析重装柱、上样、层析以及浓缩合并样品的周期比较长，溶剂消耗量大，因而造成分离效率低下，造成研发周期长。

另一方面，薄层色谱（TLC）也是色谱法中的一种,是快速分离和定性分析少量物质的一种重要实验技术,属固—液吸附色谱,兼备了柱色谱和纸色谱的优点,一方面适用于少量样品（几到几微克,甚至0.01微克）的分离；另一方面在制作薄层板时,把吸附层加厚加大,因此,又可用来精制样品,此法特别适用于挥发性较小或较高温度易发生变化而不能用气相色谱分析的质.是将吸附剂、载体或其他活性物质均匀涂铺在平面板（如玻璃板、塑料片、金属片等）上，形成薄层（常用厚度为0.25毫米左右）后，在此薄层上进行层析分离的分析方法。TLC具有操作方便、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。但是其缺点在于分离量有限，而且塔板数有限而不能连续层析。另外薄层板则成本比较高，不宜用于制备。

发明内容

鉴于以上柱层析方法存在的技术难度大、分离周期长以及溶剂消耗量大等问题，以及薄层层析方法的分离量小以及不能连续层析等缺点；本发明的目的在于提供一种基于层析原理的高效分离装置，有机结合柱层析方法和薄层层析方法的优点，扬长避短，从而有效地提高了混合物的层析分离效果。

本发明一种基于层析原理的高效分离装置，包括层析载体单元和馏分收集单元；

所述层析载体单元为五边形层析复合板，包括前板、间隔垫、后板、过滤垫层；所述前板、后板的形状均为关于竖轴对称的倒五边形，所述间隔垫设置于所述前板、后板之间，沿所述前板、后板周边布置；所述前板、后板、间隔垫共同形成仅上部开口的腔体；所述过滤垫层设置于所述腔体下部；

所述馏分收集单元包括馏分收集瓶、第一导流细管；所述第一导流细管从所述层析载体单元底部引出，与所述馏分收集瓶连通。

进一步的，所述馏分收集单元还包括胶塞、第二导流细管、橡胶管、抽真空装置；所述胶塞设置于所述馏分收集瓶上口，所述第二导流细管一端穿过所述胶塞与所述馏分收集瓶连通，另一端通过所述橡胶管与所述抽真空装置连接。

进一步的，所述后板在上部长于前板，所述后板长出所述前板的部分用以引流。

进一步的，所述前板、后板的厚度为2mm-10mm；所述前板、后板之间的间隔为1.0mm-20mm。

进一步的，所述前板、后板的材料为耐有机溶剂的材料。

进一步的，所述前板、后板的材料为透明或半透明材料；所述透明或半透明材料为玻璃、石英、高密度聚乙烯、聚丙烯或PET。

进一步的，所述分离装置所用的固定相为正相填料或反相填料，所述正相填料为硅胶、CN（腈基）键合硅胶、DIOL（二醇基）键合硅胶、NH2（氨基）键合硅胶、氨基取代填料，硅酸镁填料，氧化铝填料、大孔树脂、离子交换树脂中的任一种；所述反相填料为 C18（十八烷基）键合硅胶、C8（辛烷基）键合硅胶、C2（乙基）键合硅胶、CH（环已烷基）键合硅胶、PH（苯基）键合硅胶中的任一种。

进一步的，所述分离装置所用的流动相为有机溶剂。

进一步的，所述有机溶剂为醋酸、乙腈、水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、环己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙醚、石油醚、环氧丙烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、氯苯、苯、甲苯、二甲苯、环己烷、正己烷等脂肪烷中的任一种或者混合溶剂。

进一步的，所述馏分收集单元由夹持固定配件固定于铁架或网格架上，所述夹持固定配件为便携性铁夹或烧瓶夹。

本发明的有益效果为：

1.有机结合了柱层析和薄层层析的特点。

2.分离量大、连续层析，而且分离效果好。

3.分离速度快，明显优于制备板的分离速度。

4.提高了分离效率，节省了大量层析所用溶剂。

5.当使用透明板或半透明板时，可以直接实时观察层析馏分走动情况，减省重复用TLC跟踪工作，还可以及时针对性收集和跟换收集瓶，提高了工作效率。

6.可以连接真空减压装置，进一步的缩短样品分离时间。

附图说明

图1所示为本发明实施例中的五边形层析复合板的结构示意图。

图2所示为本发明实施例一种基于层析原理的高效分离装置结构示意图。

图中：1-前板、2-间隔垫、3-后板、4-第一导流细管、5-过滤垫层、6-胶塞、7-馏分收集瓶、8-铁架或网格架、9-夹持固定配件、10-第二导流细管、11-橡胶管、12-抽真空装置、13-固定相。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

本发明实施例一种基于层析原理的高效分离装置，包括层析载体单元和馏分收集单元；层析载体单元为层析分离混合物的场所；馏分收集单元用于接收层析过程中的馏分；两者通过第一导流细管4及胶塞连接。另外，为了提高流动相的流动速度，可以再连减压装置（抽真空装置12）；所述馏分收集单元可以由夹持固定配件9固定于铁架或网格架8上，所述夹持固定配件9为便携性铁夹或烧瓶夹，优选宽度大于2cm。

所述层析载体单元为五边形层析复合板，包括前板1、间隔垫2、后板3、过滤垫层5；所述前板1、后板3的形状均为关于竖轴对称的倒五边形，所述间隔垫2设置于所述前板1、后板3之间，沿所述前板1、后板3周边布置；所述前板1、后板3、间隔垫2共同形成仅上部开口的腔体；所述过滤垫层5设置于所述腔体下部；

所述馏分收集单元包括馏分收集瓶7、第一导流细管4；所述第一导流细管4从所述层析载体单元底部引出，与所述馏分收集瓶7连通。

当需要配备减压装置以提高分离效率时，所述馏分收集单元还可以包括胶塞6、第二导流细管10、橡胶管11、抽真空装置12；所述胶塞6设置于所述馏分收集瓶7上口，所述第二导流细管10一端穿过所述胶塞6与所述馏分收集瓶7连通，另一端通过所述橡胶管11与所述抽真空装置12连接。

优选的，所述后板3在上部略长于前板1，所述后板3长出所述前板1的部分用以引流。所述前板1、后板3的厚度分别为0.1mm-10mm；所述前板1、后板3之间的间隔为0.1mm-20mm。所述上板1、下板3的尺寸可根据分离量确定，一般长度L不能小于宽度D,，比如20cm*30cm；

所述前板1、后板3的材料为耐有机溶剂的材料；优选的，所述前板1、后板3的材料为透明或半透明材料；具体可以为玻璃、石英、高密度聚乙烯、聚丙烯或PET。

所述分离装置所用的固定相13为正相填料或反相填料，所述正相填料为硅胶、CN（腈基）键合硅胶、DIOL（二醇基）键合硅胶、NH2（氨基）键合硅胶、氨基取代填料，硅酸镁填料，氧化铝填料、大孔树脂、离子交换树脂中的任一种；所述反相填料为 C18（十八烷基）键合硅胶、C8（辛烷基）键合硅胶、C2（乙基）键合硅胶、CH（环已烷基）键合硅胶、PH（苯基）键合硅胶中的任一种。

所述分离装置所用的流动相可以为各种有机溶剂；优选的，所述有机溶剂为醋酸、乙腈、水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、环己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙醚、石油醚、环氧丙烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、氯苯、苯、甲苯、二甲苯、环己烷、正己烷等脂肪烷中的任一种或者混合溶剂。

在实际使用中，层析复合板下端的流动相在重力作用下自发地沿斜边流至下顶点，再经过第一导流细管4排出层析单元，这样能保证层析出的馏分能够及时顺序地流出以保证层析的分离效果。

五边形层析复合板的填装方法和普通柱层析的填装方法一样，也有湿法和干法两种。在使用时，需要在层析复合板的下顶点处填充一些棉花（过滤垫层5）用以挡住层析体内的固定相13不被流动相冲走。湿法装柱是先把固定相13用适当的溶剂拌匀后，再用楔形漏斗缓缓填入五边形层析复合板，然后再用大量的淋洗剂冲洗复合板或者连接减压装置等方式以把固定相13压实。干法装柱则是直接往层析复合板里填入固定相13，然后再轻轻敲打柱子两侧至固定相界面不再下降为止，然后再填入固定相13至合适高度，当固定相13上表面不平整时，可以通过轻敲打复合板前后两侧或者用铁丝轻轻搅动固定相13上表面，以获得较平整的上表面。最后再用抽真空装置12直接抽，这样就会使得柱子装的很结实。接着是用淋洗剂淋洗层析复合板，一般淋洗剂是采用TLC分析得到的展开剂的比例再稀释一倍后的溶剂。可以上面加压，下面再用油泵抽，这样可以加快速度。虽然干法装柱较方便，但由于溶剂和固定相之间的吸附放热，容易产生气泡，特别是在使用如乙醚，二氯甲烷等低沸点的淋洗剂时更为明显。解决的办法是首先固定相13一定要天结实；然后是一定要用较多的淋洗剂淋洗，一定要到柱子的下端不再发烫，恢复到室温后再撤去压力。

五边形层析复合板的上样方法也可以采用干法或湿法：干法上样就是把待分离的样品用少量溶剂溶解后，再加入1. 2-1.5倍固定相，拌匀后旋去溶剂，将得到的粉末加到柱子顶层。注意旋干后，不能看到明显的样品固体颗粒，如果有明显的样品颗粒，说明加入的固定相13不够而需要补加固定相13。干法上样操作麻烦，但可以保证样品层平整度。湿法上样则是将液体或溶液样品直接加在填料的表面。且对于液体样品或粘稠状半固体样品只能采用湿法上样。用少量溶剂（最好就是展开剂，如果展开剂的溶解度不好，则可以用一极性较大的溶剂，但必须少量）将样品溶解后，再用胶头滴管转移得到的溶液，沿着层析柱内壁均匀加入。然后用少量溶剂洗涤后再加入。湿法较方便，熟手一般采用此法。总之，不管是干法或湿法装柱都要求尽可能薄的平铺在固定相上，太厚会造成分离效果差或分不开样品。

柱色谱上样与柱填料量的最佳比值也可通过薄层色潜实验确定。首先确定最佳上样液浓度。在薄层色谱中以能够不使样品点因过载而严重拖尾导致分离失败，这样的最高浓度为最佳上样液浓度。薄层色谱扳上的有效固定相体积的计算方式为：V=长×宽×厚，其中长为基线到溶剂前沿的长度，宽为样品点的最大宽度，厚为薄层色谱板的固定相厚度。通常固定相13填料的平均密度为0.5g/cm3。最后由最佳点样质量和有效固定相体积，计算出样品质量与固定相13质量的最佳比值。最后转化为五边形复合层析的色谱条件，也就是样品质量与固定相质量的比值保持不变。

当样品在填满层析固定相13的层析复合板上样以后，淋洗剂在重力作用下开始洗脱固定相上的组分。和普通层析一样，由于混合物中不同成分的极性存在差异，则与固定相13的作用力不一样，与固定相13作用力强的组分在层析过程中被洗脱的速度较慢，而作用力弱的组分则容易被洗脱而走在前面。如果以硅胶为例，则极性小的组分由于速度较快而率先馏出，而极性大物质由于速度较慢而后馏出来，从而实现对样品混合物进行分离。

本发明实施例分离装置由于复合板上方没有密封，所以不能在加压条件下收集馏分，但是可以在常压和减压下收集馏分。本发明中层析复合板如果使用透明或半透明的有机或无机材料，当分离有色样品时，层析过程中可以直接在复合板上观察层析馏分实时走动情况。当分离无色样品时，可以在固定相13中加入荧光粉，在紫外灯的帮助下一样可以直接在复合板上观察层析馏分实时走动情况。由于省去了大量的TLC跟踪点板工作，提高了工作效率。

由于本发明中复合板上面可以不断加入流动相，而下方可以连续不断地导流出馏分，因而可以实现连续层析。固定相层较薄，增加了层析的塔板数，分离效果好，相当于薄层层析。相对柱层析来说，复合板的宽度较宽，相当于并联了若干个细长的层析柱，在分离效果、分离量以及分离时间上明显优于薄层层析和柱层析。

实施例

在本实施例中，提供一种采用前述的分离装置在减压条件下分离的方法。

首先安装和固定分离装置：将20cm*25cm的五边形层析复合板垂直固定在铁架或网格架8上，其下顶点通过金属导流细管针(9mm)（第一导流细管4）和反口橡胶塞(24#)（胶塞6）与100mL磨口三角瓶(24#)（馏分收集瓶7）相连,同时在橡胶塞中插入金属细管针(9mm)（第二导流细管10）连接真空泵（抽真空装置12），借助细铁丝将脱脂棉（过滤垫层5）摄入五边形层析复合板的下顶点处以堵住金属导流细管口。

湿法装柱：把200-300目硅胶（13）用石油醚拌匀成稀浆糊状，经楔形漏斗缓缓填入五边形层析复合板，待高度达到约15cm左右时停止加入硅胶。然后用石油醚冲洗复合板或者连接减压装置不加载样品淋洗3-5次，以便把硅胶层压实。在此过程如果发现硅胶上表面不平整，可以轻敲复合板或者用细铁丝拨弄硅胶表面以令平整。

干法上样：将待分离的有色样品（便于观察层析效果）用少量二氯甲烷溶解后，再加入1. 2-1.5倍样品的硅胶，拌匀后旋去溶剂以得到粉末。然后用药勺经楔形漏斗缓缓加入到硅胶上表面，然后用石油醚将残余在样品瓶壁、层析复合板壁以及药勺上的硅胶等也小心冲导硅胶上表面。在此过程中也同样需要保证上样后的硅胶上表面具有一定的平整度。

层析和收集：在硅胶层上方缓缓加入淋洗剂（石油醚:二氯甲烷=1:1），层析板下方的三角瓶每30mL-50mL更换一次三角收集瓶，以便及时分开层析下来的馏分。此过程中可以间断的开启抽真空装置12以提高层析速度。在开启过程中，注意在关闭抽真空装置12后，层析系统里面还有一定的负压。所以为了稳定更换三角收集瓶，需要注意在更换操作前一段时间关闭减压装置。

本发明实施例分离装置在分离0.5克有色样品时具有良好的分离效果，仅需要1个小时就能完成层析分离操作，而且样品层析明显，共消耗1000ml淋洗剂（V石油醚：V二氯甲烷=1:1）。而相同的柱层析虽然也能较好的分离样品，但是耗时2个小时左右，需要用至少1400ml的淋洗剂（V石油醚：V二氯甲烷=1:1）。

本发明的有益效果为：

1.有机结合了柱层析和薄层层析的特点。

2.分离量大、连续层析，而且分离效果好。

3.分离速度快，明显优于制备板的分离速度。

4.提高了分离效率，节省了大量层析所用溶剂。

5.当使用透明板或半透明板时，可以直接实时观察层析馏分走动情况，减省重复用TLC跟踪工作，还可以及时针对性收集和跟换收集瓶，提高了工作效率。

6.可以连接真空减压装置，进一步的缩短样品分离时间。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种基于层析原理的高效分离装置，其特征在于，所述分离装置包括层析载体单元和馏分收集单元；

所述层析载体单元为五边形层析复合板，包括前板、间隔垫、后板、过滤垫层；所述前板、后板的形状均为关于竖轴对称的倒五边形，所述间隔垫设置于所述前板、后板之间，沿所述前板、后板周边布置；所述前板、后板、间隔垫共同形成仅上部开口的腔体；所述过滤垫层设置于所述腔体下部；

所述馏分收集单元包括馏分收集瓶、第一导流细管；所述第一导流细管从所述层析载体单元底部引出，与所述馏分收集瓶连通。

2.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述馏分收集单元还包括胶塞、第二导流细管、橡胶管、抽真空装置；所述胶塞设置于所述馏分收集瓶上口，所述第二导流细管一端穿过所述胶塞与所述馏分收集瓶连通，另一端通过所述橡胶管与所述抽真空装置连接。

3.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述后板在上部长于前板，所述后板长出所述前板的部分用以引流。

4.如权利要求1-3任一项所述的分离装置，其特征在于，所述前板、后板的厚度分别为0.1mm-10mm；所述前板、后板之间的间隔为0.1mm-20mm。

5.如权利要求1-3任一项所述的分离装置，其特征在于，所述前板、后板的材料为耐有机溶剂的材料。

6.如权利要求5所述的分离装置，其特征在于，所述前板、后板的材料为透明或半透明材料；所述透明或半透明材料为玻璃、石英、高密度聚乙烯、聚丙烯或PET。

7.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述分离装置所用的固定相为正相填料或反相填料，所述正相填料为硅胶、腈基键合硅胶、二醇基键合硅胶、氨基键合硅胶、氨基取代填料、硅酸镁填料、氧化铝填料、大孔树脂、离子交换树脂中的任一种；所述反相填料为十八烷基键合硅胶、辛烷基键合硅胶、乙基键合硅胶、环已烷基键合硅胶、苯基键合硅胶中的任一种。

8.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述分离装置所用的流动相为有机溶剂。

9.如权利要求8所述的分离装置，其特征在于，所述有机溶剂为醋酸、乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、环己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙醚、石油醚、环氧丙烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、氯苯、苯、甲苯、二甲苯、环己烷、正己烷中的任一种或者混合溶剂。

10.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述馏分收集单元由夹持固定配件固定于铁架或网格架上，所述夹持固定配件为便携性铁夹或烧瓶夹。