TLC薄层层析色谱技术原理与应用.docx
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TLC薄层层析色谱技术原理与应用
TLC（薄层层析色谱）技术原理与应用
一、薄层层析（TLC）简介
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上，然后用适宜的溶剂展开，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。
根据分离的原理不同，薄层层析可以分为两类：
用吸附剂铺成的薄层所进行的层析为吸附薄层层析，吸附薄层中常用的吸附剂为氧化铝和硅胶；用纤维素粉、硅胶、硅藻土为支持剂铺成的薄层，属于分配薄层层析。
吸附TLC→固定相为吸附剂→氧化铝、硅胶。
（较多用）
TLC→
分配TLC→固定相为液态（通常为水）→固定相吸附在支持剂上。
（一）吸附薄层的基本原理：
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。
吸附作用主要由于物体表面作用力、氢键、络合、静电引力、范德华力等产生。
吸附强度决定于吸附剂的吸附能力，还受被吸附成分的性质影响，更与展开剂的性质有关。
1.吸附薄层层析：
在硅胶薄层板上，样品中的两成分是两种结构近似的染料，在展开剂四氯化碳的作用下。
在展开剂和薄层板之间不断地产生吸附、解吸，再吸附，再解吸，……。
由于对氨基偶氮苯的极性比偶氮苯的极性稍强一些，层析的结果，对氨基偶氮苯受到的吸附作用稍强于偶氮苯，从而将两者分离。
展开结束以后，会在薄层板上形成两个斑点，混合物中的成分得以分离。
中药中的有效成分复杂多样，结构近似者不少。
特别是对未知结构的成分分析，设计并摸索出合理的层析条件是首要任务。
只有先设计出可用的层析条件，再经摸索改进，才可能对未知或者已知成分进行成功地分离。
然后才能谈得上进一步的分析研究。
要设计出合理有效的层析条件，必须熟悉薄层层析条件的选择的基本要领。
下面对薄层层析条件的选择做一初步介绍。
薄层层析的三项基本构成物质是：
样品组分、吸附剂、展开剂。
摸索层析条件，实际上是协调上述三者的关系，寻求一种能够有效分离样品组分的配合方案及实际操作要领。
很明显，一切层析都是针对分析任务，也就是围绕待分离的样品组分来进行调整适应的。
可见，层析条件的选择是以样品中的各组分为中心，适当调适展开剂的吸附剂的极性来实现的。
（二）薄层层析条件的选择：
1.概述：
吸附剂的选择：
薄层层析用的吸附剂与其选择原则和柱层析相同。
主要区别在于薄层层析要求吸附剂（支持剂）的粒度更细，一般应小于250目，并要求粒度均匀。
用于薄层层析的吸附剂或预制薄层一般活度不宜过高，以Ⅱ～Ⅲ级为宜。
而展开距离则随薄层的粒度粗细而定，薄层粒度越细，展开距离相应缩短，一般不超过10厘米，否则可引起色谱扩散影响分离效果。
展开剂的选择：
薄层层析，当吸附剂活度为一定值时（如Ⅱ或Ⅲ级），对多组分的样品能否获得满意的分离，决定于展开剂的选择。
中草药化学成分在脂溶性成分中，大致可按其极性不同而分为无极性、弱极性、中极性与强极性。
基本思路是根据待分离样品组分的极性来确定吸附剂的极性（类型、活化度）和展开剂的极性（主要溶剂、调节溶剂、辅助溶剂等）。
要协调、处理好吸附剂、展开剂、及被分离成分三者之间的关系，才能得到理想的薄层层析结果。
2.吸附剂：
对吸附剂的基本要求是颗粒细致（薄层层析用的吸附剂与其选择原则和柱层析相同。
主要区别在于薄层层析要求吸附剂/支持剂的粒度更细，一般应小于250目，并要求粒度均匀）、大小均匀（亦即有较大的表面积和适当的吸附活性）；不能与样品组分、样品溶剂、展开剂发生化学反应；更不能与溶剂及展开剂发生溶解。
（注：
实际操作中，可通过选择不同的活化温度对吸附剂活性进行调节）。
用于薄层层析的吸附剂或预制薄层一般活度不宜过高，以Ⅱ～Ⅲ级为宜。
而展开距离则随薄层的粒度粗细而定，薄层粒度越细，展开距离相应缩短，一般不超过10厘米，否则可引起色谱扩散影响分离效果。
最常用的吸附剂是＿＿＿和＿＿＿＿。
另外，市场上还有氧化镁、硅酸镁、碳酸镁、硅藻土、活性炭等。
其中，只有活性炭是非极性吸附剂，其余均是极性吸附剂。
它们对水和极性大的化合物吸附能力强。
（1）氧化铝：
化学式为Al2O3，国产层析用氧化铝有碱性、中性、酸性三种，以中性氧化铝应用较广。
氧化铝的特点：
A:
氧化铝为吸附力较强的极性吸附剂，它适用于中性或者碱性的亲脂性化合物的分离。
通常氧化铝的吸附能力与其自身的含水量有关。
含水越多，吸附活性越小，吸附能力越小。
氧化铝根据其含水量多少将其活性划分为五级。
B:
氧化铝的吸附能力与其自身的含水量有关
（2）硅胶：
表达式为SiO2?
XH2O。
层析用硅胶是一种多孔性物质，它的硅氧环交链结构表面上密布极性硅醇基（－Si－OH），这种极性的硅醇基能和许多化合物形成氢键而产生吸附。
特点：
A：
硅胶的吸附能力比氧化铝稍弱，其吸附活性也与含水量呈负性相关。
如对有机酸、挥发油、萜类、皂苷、黄酮、蒽醌、氨基酸等成分的分离适用，不能用于生物碱等碱性物质的分离。
B：
硅醇基显较弱的酸性，因而，硅胶只能用于中性、或酸性成分的分离，碱性成分不能用它分离。
由于结构的决定作用，氧化铝的活化温度可以很高（150℃－160℃），而硅胶的活化温度却不能太高（105℃－110℃）。
一旦超过500℃，硅醇基会相互脱水而失活。
C：
硅胶的活化温度通常为105℃－110℃，不能过高。
根据样品的酸碱性和极性大小确定了吸附剂以后，正确选择展开剂也是保证层析较好的分离的重要条件。
3.展开剂：
展开剂：
薄层层析中用来将样品展开的溶剂。
展开：
用极性适当的溶剂浸润已经点了样品的薄层板一端，凭借毛细作用带动样品在薄层板上移动，最终使样品分离的操作过程。
展开剂常是由两种或者两种以上的溶剂铵一定的比例组成的溶剂系统。
简称溶剂系统或展开所用的溶剂。
“展开剂”＝“溶剂系统”＝“溶剂”；“展开”＝“展开过程”
4.被分离成分：
被分离成分：
分析任务所要完成分离的样品中的有效成分。
被分离成分的极性决定于其母核结构类型及官能团极性。
如果吸附剂活性和展开剂活性固定不变的条件下，被分离成分的极性越大，吸附剂对其作用越强，展开距离越短；被分离成分极性越弱，吸附剂对其作用越大，展开距离越大。
一些基团的极性相对大小顺序已经在课本P31列出。
当然，具体物质的极性大小判断时，还要结合分子结构的具体情况进行判断。
总之，选择层析条件时，必须针样品中对被分离成分的极性，试行判断或确定吸附剂种类和活性，再探索配制展开剂。
在选择层析条件时，必须根据样品、展开剂、被分离物质三方面缩合考虑。
历史上吸附层析出现最早，是由俄国生物学家茨维特用碳酸钙作为固定相，石油醚作为流动相来分离植物色素的。
除了吸附层析之外，另一经典的层析法是以液体作为固定相的液相层析。
液体固定相（多为水）被吸附在固态载体物质上，这些载体物质多是一种多孔性物质。
这些液态固定相被载体固定在柱中，就成为液－液分配柱层析。
（三）分配薄层层析：
用极性溶剂吸苷在固体支持剂上所形成的混合物，铺成薄层（或装柱），然后活化、点样（或上样），再用极性较弱的展开剂（或洗脱剂）进行展开。
分配层析的一般原理：
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。
以CS表示某成分在固定相中的浓度，Cm表示某成分在固定相中的浓度。
则
分配系数：
K＝CS/Cm
载体应该具备的基本条件：
中性、多孔粉末、无吸附活性、在洗脱剂之中不溶解；所能够吸收固定相的量，最好能达载体本身重量的50%以上；能使流动相自由的通过载体所吸收的固定相，并且不改变溶剂系统的组成。
能够满足这些条件的载体是硅胶、硅藻土、纤维素粉等。
分配层析所用的固定相一般为水及各种水溶液（酸、碱、盐与缓冲液）、甲酰胺、低级醇（亲水性）等。
分配层析所用的流动相选用与水不溶（或微溶）的有机溶剂。
如石油醚、苯、卤代烷类、脂类、酮类（如丁酮）、醇类（丁醇、戊醇）等或者它们的混合物。
分配层析对混合物中各成分的分离，主要决定于各成分分配系数的差异，一般说来，对于种类成分均能适用，特别能适用于水溶性、亲水性物质而又稍能溶于有机溶剂中者。
这样就恰好弥补了一般吸附层析（如氧化铝吸附层析适用于亲脂性物质）的不足。
但是，由于分配柱层析样品处理量较少，因此，如能用吸附柱层析解决问题时，常优先使用氧化铝或硅胶吸附柱层析。
一般分配层析的条件可以由PC来摸索，再应用于分配柱层析。
（四）薄层的制备：
1．基板的规格和构成：
5×15㎝、5×20㎝、10×10㎝、20×20㎝大小的玻璃板或者不锈钢板、塑料板。
2．薄层板的分类：
软板（制板时不加粘合剂）、硬板（制板时加入粘合剂）。
3．软板的制备：
详见P32。
4．硬板的制备：
详细演示、介绍手工铺板，了解薄层涂铺器的使用方法。
（五）薄层层析的操作步骤：
1．点样：
A:
样品的溶解：
将样品溶于展开剂极性相近、挥发性高的有机溶剂。
B:
薄层点样：
用毛细管（0.5mm以下）或用专业点样器进行点样。
点样的要求：
样点位置应在距离底边1-1.5cm处；点样量适当；样点直径小于2-3mm；间隔反复点样；多个样点时，间隔为2cm且处于同一条直线上。
经验做法：
可先在PC或TLC点上不同量的样品，并展开、显色后观察分离情况，以此确定最佳样品用量。
2．展开：
当样点上的溶剂充分挥干后，将薄层放置在密闭容器中，使适当的展开剂从薄层的一端向另一端进行浸润展开的过程。
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。
详见P33。
注意事项：
先悬空饱和、再入液展开；样点不能泡在展开剂中；薄层浸入时不能歪斜进入。
3．显色：
用适当的方法或者适当的显色剂处理薄层，使其上可能已经分离的各成分斑点显示出来，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。
显色的基本步骤是：
一看、二照、三碘、四显，荧光背景也常见。
详见P34。
4．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：
Rf＝（斑点中心与原始样点之间的距离）/（溶剂前沿与原始样点之间的距离）
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。
二、展开剂的选择与常见溶剂的极性
（一）展开剂的选择：
在吸附薄层中，化合物在吸附薄层上移动的速度与展开剂的极性有关。
展开剂的极性越大，化合物移动的速度越快，展开剂的极性越小，化合物的移动速度慢。
薄层层析要得到较好的展开效果，必须依据所要分离的样品来正确选择层析条件，对样品的极性进行认真研究，以确定及实验摸索适宜的吸附剂、展开剂。
当吸附剂活度为一定值时（如Ⅱ或Ⅲ级），对多组分的样品能否获得满意的分离，决定于展开剂的选择。
中草药化学成分在脂溶性成分中，大致可按其极性不同而分为无极性、弱极性、中极性与强极性。
但在实际工作中，经常需要利用溶剂的极性大小，对展开剂的极性予以调整。
通常先用单一溶剂展开，根据被分离物质在薄层上的分离效果，进一步考虑改变展开剂的极性。
Rf值最佳范围在0.3～0.5范围；可用范围在0.2～0.9。
如果Rf较大可适量加入极性较小的溶剂，以降低展开剂极性。
反之，加入极性大的溶剂。
（二）展开剂的极性
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