薄膜層析法與管柱層析法實驗

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作者
Walter
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層  析  法 

 

一、實驗目的: 

了解薄膜層析法 TLC、管柱層析法 CC 的應用及其操作 

 

二、實驗原理: 

(1)自層析法問世八十多年來,層析法已成為分離化合物最有利的

工具。除了提供成千上萬的有機化合物的分離之外,還提供了定性鑑

定及定量分析的數據。與傳統的分離純化方法(蒸餾、再結晶、萃取、

昇華等)相比,層析法具有微量、快速、簡便、安全及高效率等優點。 

(2)層析法可分為三大類:吸附層析法、分配層析法及離子交換層

析法。依其操作不同,可分為氣相層析法(Gas  chromatography)及

液相層析法(Liquid chromatography)

。其中氣相層析法因牽涉到儀器

分析,在有機化學實驗中並不予討論,我們僅僅討論液相層析法。 

( 3 ) 液 相 層 析 法 又 可 分 為 薄 膜 層 析 法 TLC ( Thin  Layer 

Chromatography)

、管柱層析法 CC(Column Chromatography)、濾紙

層析法 PC(Paper Chromatography)及高效率液相層析法 HPLC(High 

Performance Liquid Chromatography)

。 

1、薄膜層析法 TLC: 

薄膜層析法屬於吸附層析的一種。由於混合物中的各個組成份對

固定相(Stationary phase)的吸附能力不同,當移動相(沖堤液,Mobil 

phase)流經固定相時,便會發生無數次的吸附和解吸,吸附力弱的

的組成份隨流動相迅速向前移動,吸附力強的組成份滯留在後,由於

各組成份具有不同的移動速率,最後得以在固定相上分離。這一過程

可表示為:化合物在固定相                      化合物在流動相。 

平衡常數 K 的大小取決於化合物吸附能力的強弱。一個化合物

愈強烈地被固定相吸附,K 值愈低,則這個化合物沿著流動相移動的

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距離就愈小。 

(1)R

f

值(Rate of flow): 

一個化合物在薄層板上升的高度與展開劑上昇高度的比值稱為該化

合物 R

f

值。 

Rf(A)=a/c

 

Rf(B)=a/c

 

(2)展開劑(沖提液,elution,移動相)

: 

如果展開劑的極性遠大於混合物中各組成份的極性,則最後展

開劑將代替各個組成份而被固定相吸附,各個組份將幾乎完全存在流

動相中,各個組份具有較高的 R

f

值。 

如果展開劑的極性遠低於混合物中各個組成份,則最後各組成

份將被吸附在固定相中,而無法被展開劑所遷移,即 R

f

=0。 

一般常用展開劑極性大小:  由小到大

由小到大

由小到大

由小到大 

正己烷<四氯化碳<甲苯<苯<二氯甲烷<乙醚<氯仿<乙酸乙酯

<丙酮<乙醇<甲醇。 

4化合物官能基之極性大小:由小到大

由小到大

由小到大

由小到大 

烷類<鹵化烷類<烯類<雙烯類<鹵芳香族<醚類<酯類<酮類<

醛類<胺類<醇類<酚類<羧酸類<硫酸。 

(3)固定相: 

為固定不動的吸附劑其成分可分為兩種--矽膠及氧化鋁。矽膠適用

於分離極性較大的化合物;相反的,氧化鋁適用於分離極性較小的化

合物。 

(4)顯色: 

TLC 展開後,如果樣品本身有顏色,可直接以肉眼觀察斑點的位置。

如果樣品是無色的時候,就存在一個顯色的問題。常用的顯色方法有

下列幾種: 

噴顯色劑 

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紫外燈顯色:如果樣品本身是發螢光的物質,可以將 TLC 片

放置紫外光下照射,則化合物會吸收紫外光而呈現黑點

化合物會吸收紫外光而呈現黑點

化合物會吸收紫外光而呈現黑點

化合物會吸收紫外光而呈現黑點

。 

碘薰顯色:把碘的結晶放在廣口瓶內,放入 TLC 片,蓋上瓶

蓋,直至暗棕色的斑點明顯出現後取出,用筆畫下記號。這種方法是

利用有機化合物與碘形成分子錯合物(烷及鹵化烷除外)而帶有顏色。 

(5)TLC 的特點: 

靈敏度高(10

-6

~10

-4

g)

、快速、簡易、價錢低廉、安全。 

(6)TLC 的用途: 

決定混合物中化合物的個數。 
鑑定兩種或以上的化合物是否為同一物。 
監控反應進行的程度。 
確定純化的效果 
決定管柱層析法的沖提液極性比例。 

 

 

 

 

2、管柱層析法(CC)

: 

管柱層析法一般可區分為乾填法及濕填法。 

(1)乾填管柱法: 

將一空的管柱(column)填滿吸附劑(矽膠或二氧化矽),再將

要分離的物質放在柱頂,使溶劑藉毛細作用和地心引力向下移動而將

色層展開。展開完畢,將吸附劑從柱內移出,將已分離的的各組成份

分層帶用適當溶劑分離出來,分別處理。 

(2)濕填層析法: 

將一空的管柱(column)填入吸附劑(矽膠或二氧化矽),再將

要分離的物質放在柱頂,加入沖提液沖堤向下移動而將各個組成份沖

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堤下來,分別加以收集後,除去沖提液,便達到分離的效果了! 

目前較常使用為濕填層析法。濕填層析法屬於吸附層析法,原理

類似於薄層層析法,欲分離的混合物中的各組成

份分配在固定相和移動相之間,化合物被固定相

吸附愈強,該化合物存在於流動相中就愈少,沿

沖提液移動的距離就愈小。 

藉著沖堤作用及吸附劑同時對溶劑及溶質

吸附力大小而使之成為差別移動,進而將混合物

中各組成分離。管柱層析法作用類似多次萃取,

其萃取次數與管柱高度成正比,利用混合物中各

組成份在固定相及移動相不同的吸附力(萃取中

的分配係數)而分離。 

一般極性大的的物質被吸附較多

一般極性大的的物質被吸附較多

一般極性大的的物質被吸附較多

一般極性大的的物質被吸附較多,

,

,

,而極性較小的物質因不易被吸

而極性較小的物質因不易被吸

而極性較小的物質因不易被吸

而極性較小的物質因不易被吸

附

附

附

附,

,

,

,因此較易向

因此較易向

因此較易向

因此較易向下流動

下流動

下流動

下流動。

。

。

。 

管柱層析除了在使用器材與薄層層析法不同之外,其最大的差異

乃在於管柱層析法所處理的量遠大於薄層層析法,約以克來計算。因

為層析管柱填充的吸附劑的量遠大於 TLC 片,且管柱的大小、長短

可以依欲分離的物質量的多少而選擇,因而管柱層析法可用於分離比

較大量的物質,而 TLC 分離的量比較小,約為毫克以下。 

3、濾紙層析法: 

濾紙層析法主要用於多官能基團或高極性化合物如醣、氨基酸等

的分離,作為支持物的濾紙是由高純度的的纖維素製造,纖維素是高

分子量的多烴基化合物。濾紙層析法的原理較為複雜,主要是分配過

程,固定相是存在濾紙中的水,流動相是事前被飽和的溶劑。與薄層

層析法一樣,用毛細管點樣,由於濾紙的毛細作用,溶劑在濾紙上緩

緩上升,樣點中的各個成份由於移動速率不同,在隨溶劑上升的過程

中得到分離。如果各組成份具有顏色,可以直接觀察。若不具顏色,

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則可利用 TLC 顯色的方法使之顯色。 

 

三、實驗步驟: 

1、薄層層析( TLC ): 

取 0.02 公克混合物(內含二茂鐵 0.01 公克與二苯酮 0.01 公克)放入圓

底瓶中,加入 4 毫升二氯甲烷去溶解。 

↓ 

用鉛筆在 TLC 片上下 0.5 公分處,輕輕地各畫一條線,並在起始線上

畫一標記。 

↓ 

點本生燈,拉毛細管。 

↓ 

用拉好的毛細管吸取混合液,並點在 TLC 片標記處,點三次以上。 

↓ 

沖堤展開  (沖堤液:2mL 正己烷+ 0.5mL 二氯甲烷) 

↓ 

照紫外燈(短波長 254nm)並描下所有的點 

↓ 

計算 Rf 值 

 

2、管柱層析法(CC)

: 

(1)充填-packing(濕填)

: 

1取一乾淨管柱先測試是否會漏(測試完畢之後,務必烘乾後再

使用),加入少許棉花以防止矽膠外漏。 

2取 100 毫升燒杯倒入適量矽膠加入正己烷(比例約 1:10)均勻

混合,不斷攪拌並緩慢倒入管柱中。 

3倒入的過程中,不斷敲打管壁,使矽膠堆積密實,同時打開下

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端旋轉閥,使正己烷持續滴下。 

4當上方正己烷接近矽膠約 1 公分時,關閉旋轉閥。 

  (2)附著-coating: 

1欲分離的混合物若是固體以最少量的溶劑加以溶解;若是液體

則加以濃縮來提高濃度。 

2打開旋轉閥讓正己烷繼續滴下,直至正己烷達矽膠上端(愈接

近愈好但不可讓矽膠乾掉),關閉旋轉閥。 

3沿著管壁將混合物加入(不可直接倒入,以免矽膠出現凹洞),

打開旋轉閥讓混合物進入矽膠層,直至混合物達矽膠上端(愈接近愈

好但不可讓矽膠乾掉),關閉旋轉閥。 

 

※  乾填法:(所有瓶內不得有水) 

1在塞了棉花的滴管內,加入 0.8 公克乾的矽膠。 
2在原先裝二氯甲烷與混合物的溶液內再加 0.1 公克矽膠後,旋

轉濃縮到乾。 

3將表面附著混合物的矽膠,倒入管柱最上端。 

 

(3)沖堤-elution:   

將沖堤液-5mL 正己烷加入管柱內,打開旋轉閥讓沖堤液滴下,開始

收集。  (收集瓶 A) 

(4)收集-collection: 

先收集黃色液體-二茂鐵,待以正己烷沖堤下的

黃色液體完全收集完畢,則更改沖堤液-二氯甲

烷,繼續沖提收集 5 毫升。(收集瓶 B) 

(5)偵測-detection: 

分別將收集的正己烷沖堤液(A)及二氯甲烷的 

沖堤液(B),使用 TLC 片進行檢驗純度。 

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四、實驗儀器: 

管柱、TLC 片、棉花、跑片槽及紫外光燈等 

 

 

 

五、實驗藥品:

 

Ferrocene   

二茂鐵 

(C

5

H

5

)

2

Fe 

 

亦稱為二環戊二烯鐵,一種夾心金屬化合物,分子

量 186.04,橙黃色固體,能昇華,化學性質安定,

具有芳香族化合物的特性,容易進行 Friedel-Crafts

反應及磺化等親核性取代反應,而不易發生加成及

氧化反應,在煮沸的 NaOH 水溶液中或鹽酸中也不

分解,加熱至 400℃以上仍穩定。 

Benzophenone 

二苯酮 

C

13

H

11

O 

 

 

分子量 169.23,無色或淡灰色結晶,有花香味,但

有毒,比重 1.16,遇光變色,極易溶於乙醇、苯、

乙醚、冰醋酸、二硫化碳、異丙醇,不溶於水,呈

弱鹼性,可與強酸成鹽。 

Dichloromethane 

二氯甲烷 

CH

2

Cl

2

 

 

無色透明易揮發液體,有刺激性芳香氣味,有毒,

對肝與神經系統有一定毒性,高濃度時,對人有麻

醉

作用,蒸氣不燃燒,與空氣的混合物無爆炸性,

比重 1.33,沸點 39.75℃,略溶於水,與乙醇、乙醚、

苯、油類等。主要用於代替易燃易爆的石油醚與乙

醚,可作為脂肪和油的萃取劑,醋酸纖維塗料,有

機合成反應溶劑,密閉儲存。 

n-Hexane 

正己烷 

CH

3

(CH

2

)

4

CH

3

 

無色,揮發性液體,有一點石油味,比重 0.66,沸

點 68.74℃,溶於酒精、丙酮及乙醚,不溶於水,具

毒性,長期處理易引發神經性肌肉萎縮,由石油經

O

Fe

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分餾而得,可燃,起火危險。用途:溶劑、低溫溫

度計標定、聚合反應介質、油漆稀釋液、酒精變性

劑。 

 

 

六、注意事項: 

1、CC 

1管柱內不可有水,以防止出現斷層 
2充填矽膠的量約為管柱高度的一半 

2、TLC 

1滴點不可浸入液面 
2每次沖堤液皆須重新配 
3TLC 沖堤液與管柱層析比例不同 
4TLC 板平行放入液面 

3、勿直視紫外光燈。 

4、廢液處理: 

1含正己烷之沖提液可倒入”不含鹵素有機廢液桶”。 
2含二氯甲烷之沖提液必須

必須

必須

必須

倒入”含鹵素有機廢液桶”。 

 

 

七、實驗問題: 

1、若毛細管點在 TLC 上點半徑過大會有何種現象發生? 

2、為何需在 TLC 上下各劃一條線? 

3、跑片槽內放置一張濾紙的意義何在? 

4、為何 TLC 滴點不可浸入液面? 

5、為何每次沖堤液皆須重新配? 

6、進行 CC 充填時為何不可讓管柱乾掉? 

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管柱層析法

 

實  驗  報  告 

 

學系:              姓名:              學號:                組別:              日期: 

 

數據及結果: 

1、TLC: 

沖堤液名稱 

結構式 

用量 

極性比較 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2、C.C: 

化合物名稱 

結構式 

顏色 

使用之沖堤液 

R

f

值計算 

A: 

 

 

 

 

B: 

 

 

 

 

 

 

A

B

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