柱层析分离色素
一、【实验目的】
1．了解柱层析的分类，掌握各种柱层析的原理。
2．熟练掌握吸附层析的原理和操作技术。
二、【实验原理】
叶绿体色素是植物吸收太阳光能进行光合作用的重要物质，主要有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素组成。从植物叶片中提取和分离叶绿体色素是对其认识和了解的前提。利用叶绿体色素能溶于有机溶剂的特性，可用95%乙醇或无水乙醇提取。
分离色素的方法有多种，如纸层析、柱层析等。柱层析法是色谱法中的一种，它是根据混合物中各组分对固定相的吸附能力，以及对洗脱剂（即移动相）的溶解度不同将各组分分离。常用的柱色谱有吸附色柱谱和分配柱色谱两类。
吸附柱色谱通常是在玻璃管中填入表面积很大，经过活化的多孔性物质或粉状固体作为吸附剂（如氧化铝或硅胶），当混合物的溶液流经吸附柱时，就被吸附在柱的上端，然后从柱顶加入溶剂（洗脱剂）洗脱。由于不同化合物在吸附柱上的吸附能力不同，在同一溶剂中的溶解度也不同，因此各组分随溶剂以不同速度下移，形成色带。继续用溶剂洗脱，吸附能力最弱的组分就随溶剂首先流出，整个层析过程进行反复的吸附-解析-再吸附-再解吸。用柱层析法可以分别收集各组分，并逐个鉴定。
本实验是把三氧化二铝填入玻璃管中（压成柱状）作为吸附剂，将叶绿体色素的石油醚提取液倾于吸附柱上，色素即被吸附。由于色素的种类不同，被吸附的强弱不同，就在吸附柱上排列成为不同的色层，再利用吸附剂在不同溶剂中有不同的吸附力，用不同的溶剂进行洗脱，从而达到叶绿体主要的4种色素（叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素）的分离。
三、【实验材料】
原料：
新鲜的菠菜叶
试剂 ：
1． 无水乙醇或95%乙醇 5.三氧化二铝
2． 石英砂 6．饱和氯化钠溶液
3． 丙酮 7.水硫酸钠
4． 石油醚（60-90℃） 8洗脱液：丙酮：石油醚＝1：9
器材 ：
层析柱（1×30cm）， 研钵， 蒸馏装置，
脱脂棉， 天平， 烧杯， 过滤漏斗，
玻璃棒， 锥形瓶， 分液漏斗， 试管 ，
铁架台
四、【实验操作】
1． 色素的提取：
20克菠菜，加少许石英砂，再加20毫升无水乙醇研磨成浆，脱脂棉过滤，保存滤液，滤渣再用无水乙醇提取一次，合并滤液，滤渣再加入30毫升石油醚提取一次，过滤，合并滤液，转移至分液漏斗中,再加入40毫升饱和氯化钠溶液震荡，弃去下层溶液，再分别加入20毫升水震荡洗涤几次，直至下层无色，保留上层溶液，转移至三角瓶中，加入无水硫酸钠干燥5分钟，备用.
2．样品的浓缩：
将提取液放入蒸馏烧瓶中，蒸除多余的石油醚，至剩余液体5-8毫升左右，以备加样使用。
3．层析拄的制备：
15克碱性三氧化二铝加入30毫升石油醚搅拌，浸泡10min.。在层析拄内加入一团棉花在底部，再加入石英砂0.5cm以上，然后用石油醚半充满柱子，再将浸泡好的三氧化二铝倒入柱内，倒时应该缓慢，重复使用下面的石油醚，直到装完。用石油醚洗柱内壁，顶部加一小团棉花，然后再填入石英砂0.5厘米高。
3．样品的分离层析：吸附层析分离色素
打开层析拄下部开关，向拄内加入2毫升浓缩液，至液体没入砂内，再加入石油醚冲洗拄壁，液体浸入砂内，加洗脱液开始层析，可以看到不同色带如图片1，直至第一条色带洗脱完毕，在拄下面用试管接收第一条色带的洗脱液，如图片2。
五、【实验结果】
实验结果如下图：
图一：层析柱中出现黄色带 图二：提取出的黄色胡萝卜素
结果分析：
洗脱过程中，首先有一条黄色的色带圈沿着层析柱下移，色带圈的各个方向的移动速度并不是完全相同，原因在于层析柱的制作过程并不完全均一，使层析柱内部不均匀，以至于色带各方向的移动速度不同。最后收集得到亮黄色的胡萝卜素。
七、【注意事项】
1、萃取时不要剧烈振荡，以防止发生乳化现象。
2、为了保持柱子的均一性，使整个吸附剂浸泡在溶剂或溶液中是必要的，否则当柱中溶剂或溶液流干时，就会使柱身干裂，影响渗透和显色的均一性。因此要保证整个装样过程中溶剂要高于三氧化二铝的表面。
3、在吸附剂上端加入脱脂棉（或滤纸）是使加样品时不致把吸附剂冲起；在吸附柱下端加脱脂棉（或沙子）可以防止吸附剂细粒流出。
4、层析柱填装紧密与否，对分离效果很有影响，若各部分松紧不匀，会影响渗透速度和显色的均匀。
6、洗脱流速不宜过快，避免因此压紧凝胶，色素分离不开；也不要过慢，使柱装得太松，导致层析过程中，凝胶床高度下降，色素洗脱很慢。因此应控制洗脱流速，以每分钟60~80滴为宜。
7、样品一定要足够浓缩，加样量不要过大，过大，分离条带过宽，如果层析拄不够长，各组分不易分开，易同时洗脱下来；加样量过少，色带不是很清楚，不易观察，效果不好。
8、层析柱粗细必须均匀，柱管大小可根据试剂需要选择。一般来说，细长的柱分离效果较好。若样品量多，最好选用内径较粗的柱，但此时分离效果稍差。柱管内径太小时，会发生“管壁效应”，即柱管中心部分的组份移动慢，而管壁周围的移动快。柱越长，分离效果越好，但柱过长，实验时间长，样品稀释度大，分离效果反而不好。
八、【实验小结】
在该柱层析分离色素实验中，我了解了柱层析技术的相应方法和原理，学会了层析柱的制作和准备，进一步了解绿叶中色素的组成及各色素的颜色和性质、洗脱液的配比、层析柱的制作及洗脱液的流速是本实验成功与否的三大关键因素。
知识拓展：
1、溶剂的选择：
（1）吸附剂要求较纯，否则会影响样品的吸附和洗脱。
（2）溶剂和吸附剂不能起化学反应。
（3）溶剂的极性应比样品小，如果大了，样品不宜被吸附剂吸附。
（4）溶剂对样品的溶解度不能太大，否则影响吸附，但也不能太小，溶液的体积增加，易使色谱分散。
（5）可使用混合溶剂，如有的组分含有较多的极性基团，在极性小的溶剂中溶解度太小。也可选用极性大的溶剂溶解，然后加入一定量的非极性溶剂。这样既降低了极性，又减少了溶液的体积。
2、洗脱剂的选择：
样品吸附在氧化铝柱上后，用合适的溶剂进行洗脱，这种溶剂称为洗脱剂。如果原来用于溶解样品的溶剂冲洗柱不能达到分离的目的，可以改用其他溶剂，一般极性较强的溶剂影响样品和氧化铝之间的吸附，容易将样品洗脱下来，达不到分离的目的。
因此常用一系列极性渐次增强的溶剂，既先使用极性最弱的溶剂，然后加入不同比例的极性溶剂配成洗脱溶剂。常用的洗脱溶剂的极性按如下次序递增。
己烷和石油醚＜环己烷＜四氯化碳＜三氯乙烯＜二硫化碳＜甲苯＜二氯甲烷＜氯仿＜乙醚＜乙酸乙酯＜丙酮＜丙醇＜乙醇＜甲醇＜水＜吡啶＜乙酸。
第二篇：薄层层析法分离色素
实验八 色素的分离(层析法)
一、目的要求
1．掌握薄层板的制备及薄层层析的操作方法。
2．掌握吸附剂活度测定的原理及方法。
3. 掌握偶氮苯和苏丹红（III）的分离方法
二、实验原理
薄层层析是将吸附剂或者支持剂（有时加入固化剂）均匀地铺在一块玻璃上，形成薄层。把欲分离的样品点在薄层板的一端，然后将点样端浸入适宜的展开剂中, 在密闭的层析缸中展开，使混合物得以分离的方法。由于层析在薄层上进行故而得名。
薄层层析是一种微量、快速的层析方法。它不仅可以用于纯物质的鉴定，也可用于混合物的分离、提纯及含量的测定，还可以通过薄层层析来摸索和确定柱层析时的洗脱条件。
薄层层析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、硅胶、硅藻土)、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。薄层层析中以吸附薄层为多用，吸附薄层中常用的吸附剂为氧化铝和硅胶（氧化铝的活化温度为150℃－160℃，硅胶的活化温度为105℃－110℃）。吸附薄层主要是利用吸附剂对样品中各成分吸附能力不同，及展开剂对它们的解吸附能力的不同，使各成分达到分离。分配薄层层析在展开过程中，各成分在固定相和流动相之间作连续不断的分配，由于各成分在两相间的分配系数不同，因而可以达到相互分离的目的。
薄层层析选择展开剂视被分离物的极性及支持剂的性质而定。如果薄层层析所用的支持剂是吸附剂，在同一吸附剂上，不同化合物的吸附性质有如下规律：1.饱和碳氢化合物不易被吸附；2.不饱和碳氢化合物易被吸附，分子中双键愈多，则吸附得愈紧密；3.当碳氢化合物被一个功能基取代后，吸附性增大。吸附性较大的化合物，一般需用极性较大的溶剂才能推动它。选择展开剂的另一个依据是溶剂的极性大小。极性大的化合物需用极性大的展开剂，极性小的化合物需用极性小的展开剂。一般情况下，先选用单一展开剂如苯、氯仿、乙醇等，如发现样品个组分的Rf值较大，可改用或加入适量极性小的展开剂如石油醚等。反之，若样品的个Rf值较小，则可加入适量极性较大的展开剂展开，或在原来的溶剂中加入一定量极性较大的溶剂进行展层。在实际工作中，常用二种或三种溶剂的混合物作展开剂，这样更有利于调配展开剂的极性，改善分离效果。通常希望Rf值在0.2-0.8范围内，最理想的Rf值是0.4-0.5之间。
溶剂极性大小的次序是：石油醚 < 二硫化碳 < 四氯化碳 < 三氯乙烯 < 苯 < 二氯甲烷 < 氯仿 < 乙醚 < 乙酸乙酯 < 乙酸甲酯 < 丙酮 < 正丙醇 < 甲醇 < 水。
三、时间安排
四、实验材料、试剂与仪器
1. 仪器与设备
载玻片、玻璃片、毛细管、层析缸、滴瓶、喷雾瓶、电吹风、喷雾器、烘箱、干燥器、直尺。
2. 药品
硅胶G、羧甲基纤维素钠、展开剂、显色剂等。
五、实验方法与步骤
1.薄层板的制备
（1）硅胶（G）薄层板的制备
【调浆】 取硅胶G或硅胶GF（吸附剂）1份约3g，置烧杯中，慢慢加入含0.5%的羧甲基纤维素钠水溶液8ml，调成均匀的膏状.
【涂布】 用滴管吸取此糊状，涂布洁净、干燥的玻璃板上（轻轻振动玻璃板，使薄层面平整均匀，表面光洁）
【干燥】 室温下在水平位置放置0.5h，待薄层发白近干。
【活化】 将凉干的薄层板置于烘箱中105℃活化0.5-1 h，冷后贮于干燥器内备用。活化温度和时间可依需要调整，一般检识水溶性成分或一些极性大的成分时，所用薄层板只在空气中自然干燥，不经活化即可贮存备用。
青岛海洋化工厂出售的薄层层析用硅胶在吸附剂名称之后加几个字标明的意思是：硅胶G（G是Gypsum石膏的缩写，表示加了石膏）、硅胶H（H表示不加石膏）、硅胶GF254（F254表示加石膏和波长254显绿色荧光的硅酸锌锰）、硅胶GF365（表示加石膏和波长365nm显黄色荧光的硫化锌镉）
铺板的加水量及活化时间
2. 吸附剂硅胶的活度测定
一般选用三种染料的薄层层析法进行测定。欧洲药典1969年记载用0.01 %二甲基黄（Dimethy-yellow. p-Dimethylaminoazobenzene）、苏丹红（Sudan Ⅲ）、靛酚蓝（Indophenol blue 4-Tapnthoquinone-4-dimethyl aminoaniline）的苯溶液各10 μl点滴于硅胶G或硅胶H薄层上，以苯为展开剂，展开10 cm（约20 min），三种染料应明显分离，靛酚蓝斑点接近于起始线，二甲基黄斑点在薄层的当中，苏丹红斑点在靛酚蓝与二甲基黄斑点之间，则认为薄层板活性符合要求。
1.点样
取上述方法制备好的薄层板，在距一端1cm处，用铅笔轻轻划一条线作为起始线，将样品溶液用管口平整的毛细管点于起始线上。点样的要求：点样量适当，样点直径小于2-3 mm；干后间隔反复点样；多个样点时，间隔为2 cm且处于同一条直线上。分别点上苏丹红，偶氮苯以及混合物
【展开】 在层析缸中加入扩展剂1cm厚，加盖平衡0.5 h。当样点上的溶剂充分挥干后，将薄层板点样端浸入扩展剂，扩展剂液面应低于点样线。盖好层析缸盖，上行展层。当展层剂前沿离薄板顶端2cm时，停止展层，取出薄板，用铅笔描出溶剂前沿界线，用热风吹干。
要求：密闭容器可选用层析缸、标本缸、标本筒等；展开方式有上行法、下行法之分，展开方向有单向、双向、多次展开等。
【显色】 如果化合物本身有颜色，就可直接观察它的斑点。如果本身无色，可先在紫外灯光下观察有无荧光斑点（有苯环的物质都有），用铅笔在薄层板上划出斑点的位置；对于在紫外灯光下不显色的，可放在含少量碘蒸气的容器中显色或者用适当的显色剂处理来检查色点（因为许多化合物都能和碘成黄棕色斑点），显色后，立即用铅笔标出斑点的位置，以方便计算各个斑点的比移值，从而提供定性与定量的依据。
【比移值的计算与定性、定量】 展开结束后，经过各种显色操作后，样品中各个成分的斑点可能出现了不同程度的分离，为了表达各成分的相对位置（极性）通常以比移值作为称量斑点位置的指标。
比移值的符号为Rf：
注意事项：薄层层析的Rf值受多种因素影响，即使严格按照实验要求做了，结果的重现性仍较差。因此，薄层定性时常与标准品一起点样进行对比分析。
六、思考题
3. 薄层板的涂布要求是什么？为什么要这样做？
4. 点样的要求是什么？为什么要这样做？
5. 展开前层析缸内空间为什么要用溶剂蒸汽预先进行饱和？
6. 在一定的操作条件下为什么可利用Rf值来鉴定化合物？
7. 在混合物薄层色谱中，如何判定各组分在薄层上的位置？
8. 展开剂的高度若超过了点样线，对薄层色谱有何影响？