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過柱子是什麼意思?柱子干了為什麼可怕?

2018年07月17日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 10 ℃ 次

【龍草的回答(452票)】:

來知乎之後,發現柱子這個東西,對於學化學的(尤其是大有機這一片的人)來說幾乎是無人不知無人不曉無人不會的基礎技能(有機兩大吃飯工具,柱子&點板),但是業外人士卻很少有知道的。

1.什麼是柱子?有什麼用?

柱子是俗稱,標準名稱叫做柱色譜,Column Chromatography,CC。

這個是有機實驗室最最最最最基礎的分離手段,說這是從事大有機方向的科研人員的一隻手都不為過。有機實驗的很多反應,並不會像高中教材上的無機實驗那樣,要麼生成一堆沉澱,要麼變成氣體飛出來,產品自然而然的就分開了,非常乾淨漂亮。有機實驗的反應,大部分情況下是均相的,也就是說產品是混成一團溶在溶劑裡面的。同時因為有機反應副產物很多,所以反應結束之後我們得到的一鍋東西是個大雜燴,什麼都有:沒反應掉的底物,反應的副產品,催化劑等等,還有我們要的產品,都是混在一起的。這就需要我們去把這些打混的東西分開,而柱子就是把這些東西分開的方法中應用最廣泛、適應性最強的一種。

至於柱子的原理,打個比方。

前面是一條小巷子,裡面全是美女,丫丫叉叉的擠在一起。巷子的一頭是一群男生,想要到巷子另一頭去。於是這群男生只能從美女堆裡面擠過去,於是就會有幾種不同的情況:

1)史詩的大師,色即是空,絲毫不受美女的影響,很快就到對面了;

2)精良的賢者,雖然沒有慌神,但是也放慢了腳步,第二批到達對面;

3)普通的師傅,明顯有點慌神了,但是也跌跌撞撞,第三批到達對面;

4)粗糙的屌絲,受迷惑最嚴重,在人群裡走得最慢,而且還趁機揩油,最後才到巷子另一頭。

這樣,這一堆男生就被自然而然的分開了。

——這就是柱子的原理,或者說所有的色譜(Chromatography)的原理:利用在流動相沖洗下,不同物質在固定相上「跑的速度的快慢」來將不同物質分離出來(實際上是利用物質在固定相/流動相的分配比的不同,或者說固定相對不同物質的「保留能力」的不同,但是這麼說可能更難理解一些)。其中美女就可以認為是柱子的固定相,而男生就是那些待分的產品。

wiki上有一幅圖很生動:

File:Column chromatography sequence.png

現在有機實驗室最常規的柱子是硅膠柱,以硅膠作為固定相的柱子。正向硅膠柱上極性越低的物質爬得越快,反向硅膠柱上極性越大的物質爬的越快,所以使用什麼樣的硅膠完全看產品混合物的情況。大部分情況下小分子化合物的分離,用正向硅膠柱就可以解決問題了。如果產品的正電荷中心特別多,可能反相柱會更輕鬆一些。

另外還有氧化鋁柱,鹼性氧化鋁柱可以用來應對需要在高PH環境下分離的產物體系。中性氧化鋁柱傾向於保留一些富電子的化合物。酸性氧化鋁柱則可以分離一些強酸性的物質。氧化鋁柱的吸附性比硅膠要弱,所以如果產品極性特別大,在硅膠上衝不下來了可以試試用氧化鋁柱子,說不定會有奇效。

至於凝膠柱,相對硅膠柱和氧化鋁柱就屬於高科技了。主要是針對高分子產物的分離手段,可以把高分子產品和小分子化合物很快的分開。凝膠柱的原理就相當於固定相是一個「反篩子」:尺寸比較大的分子因為無法進入凝膠內部,所以就從凝膠之間的空隙裡面鑽下去了,所以跑得更快;而尺寸小的分子則會進入凝膠上的微孔,不會太快被衝下來。這樣就可以按照分子的尺寸而將混合物分開。

2.為什麼柱子干了很麻煩?

柱子是有機實驗室非常關鍵的東西,很多時候只有過完柱子、得到純淨的產品之後才能說明整個反應有意義。同時過柱子又是一個十分費時費精力的工作:一根柱子普遍需要過數個小時甚至更長時間。我們實驗室做一些量特別小的反應,也就最多幾百mg,最後的也需要至少一個上午的時間才能完整的過完一根柱子;如果是更加複雜的天然提取物的分離工作,那麼一根柱子過幾天都是經常會有的事情。

雖然耗時這麼長,也並不意味著你可以把柱子放那兒不管然後自己去幹別的——柱子必須要一直盯著才行。你需要隔一段時間點板(TLC,薄層色譜)來看現在柱子裡出來的東西到底是什麼:有的時候前面一個組分和後面一個組分之間就差那麼四五滴,你要是錯過了,那就可能全白費了——尤其是對那些試管不多,習慣用燒瓶或者錐形瓶接產品的實驗室。

而柱子干了,硅膠裡面可能就會混進去非常多的氣泡,這樣產品就很難分開。對於一些要求高產率的課題來說,幹一次柱子的結果可能是產率直接掉十個點、或者減半——這樣的打擊非常致命,很多時候搞不好是要返工從頭做的。雖然可以拿高極性的溶劑把硅膠裡面殘餘的產品泡出來,不過這樣損失不小。有的時候是做了好幾步反應到最後得到那麼一點,幾百毫克產品,然後過柱子的時候不小心柱子干了,然後泡也沒泡出來多少,那要從頭返工的話或許就又是一周甚至一個月的時間過去了。

不過如果只是得到產物就行,不用過分糾結產率的那種反應(比如做小分子功能材料,只需要得到那麼一點東西,足夠檢測其性能就可以了,產率並不是需要考慮的首要因素),干了柱子的話,好好處理一下問題也不大的。干柱子是個問題主要是針對方法學和合成實驗室來說的。

3.BTW

過柱子是非常累和枯燥的一件事,但是又是幾乎每個大有機方向的科研人員和研究生都逃不開的一件事——這也是沒辦法的事情。哪怕制備色譜,其應用局限性也很大,還有成本因素,所以也無法完全取代手工柱子。

不過,雖然裝柱子的時候都非常煩躁,但是最終出產品的時候,還是很有成就感的。我們實驗室做的很多反應的產物都有螢光,有的時候直接拿紫外燈照柱子,柱子裡面的產品也會階段性的有螢光,這也算是苦中作樂吧——而且還有一點好處,就是如果在柱子裡看不到螢光,那說明反應失敗了,柱子也不用過了,直接重開吧。

【陳伊姌的回答(4票)】:

過柱子...就是柱層析啊...

化學等學科裡常用的一種分離混合物的方法啊

柱子干了影響分離效果,搞不好還要再過一次

【劉利紹的回答(6票)】:

過柱子是快速柱層析的俗稱,當然這個"快速"大概只能形容填裝層析柱的過程,一根柱子過完需要數小時。

然而過完了會分不開東西!過完了發現產物死在柱子上!這都不能算是失誤,只能說運氣不好要充重頭來過。

操作失誤的話最直接的就是在幾個小時的漫長等待中柱子上部液面降到填充物以下而沒有及時加流動相,跑入空氣或使產物在柱子上發生反應,即使再加入流動相柱效也大打折扣,這時產物收率不滿意的話多半要重頭來過。

過掉的不是柱子是青春,浪費的時間可以理解為生命……

【紅薯稀飯的回答(5票)】:

這個梗大概只有搞什麼有機化學、天然產物化學的科研狗才能哭著笑吧~

過柱子是特別常用的分離混合物的手段(柱層析_百度百科)

干柱子就是過柱子的時候忘記添加流動相導致柱子沖干了,我們這都算得上是實驗事故了,一定會被老師狠狠地噴的。既浪費了樣品,又浪費了時間。

由於柱層析(過柱子)的收率不會達到100%,遇上死吸附嚴重的甚至收率一半都不到,所以每過一次柱子都是對樣品的損耗——天知道那些樣品是多麼不容易得來的!所以柱子過的不好,甚至失敗,甚至干柱子,是一件非常令人懊惱的事情。

其次,固定相是硅膠柱子干了也就罷了,吸附的樣品暴力用強洗脫劑衝下來再過。那凝膠柱呢,重新溶脹-平衡是相當耗時間的。

不說了,過柱子去了~

【王jed的回答(7票)】:

PS:敝系向來窮逼,敝組尤甚,實驗室條件不太好,大家湊合看……

PS2:最近打算認真寫點答案了

如圖所示,這個就是我們常說的「柱子」,學名叫「層析柱」。所謂柱層析法,是根據樣品混合物中各組分在固定相和流動相中分配係數不同,從而分離的一種層析法。

產物分離這個,我們有幾年用的就是這個層析柱,旁邊有個小杯子(裡面是石油醚泡硅膠),最痛苦的,就是層析柱,把這個展開劑滴到試管裡面,結果忘了盯著一下子就流乾了……然後再用EA洗出來重新過,這就是過柱子最痛苦的——這個效率,efficiency

簡而言之,「過柱子」的意思就是把柱子裝填硅膠,把產物加到硅膠上層,然後加墊料蓋住(我組用的是無水硫酸鈉),接下來根據上柱子之前爬板(學名叫薄層色譜,縮寫為TLC)的結果,用不同的洗脫劑把你要的產物洗脫出來。一般情況下如果兩個螢光點挨得比較近的話,那麼你就需要用試管(注意後排那些試管架和桌子上放著的試管)一管一管地接,然後依次點板確認哪些是你要的產物。有的時候目標產物極性巨大的話你還需要使用反相柱——我用過一次,當時是用氧化鋁裝填的柱子,爬板時用的展開劑比例是3:1,注意這個3指的是EA(乙酸乙酯)

所謂「柱子干了」指的就是柱子裡面的展開劑流乾了,通常情況下這樣的結果就是「勝敗乃兵家常事,少俠請重新來過」(沒錯,就是字面意思上的「重新來過」……)

這個時候雖然用純EA可以把裡面的東西洗出來,但是過一次柱子耗時很長,所以仍然是很痛苦的事情——而且硅膠本身也會吸附底物,就算你用EA洗出來仍然會不可避免地造成產物損失,如果你要過的東西是某些比較珍貴的原料的話那就呵呵了……

【萬川的回答(1票)】:

我過了無數的柱子了。除了明顯看的見的開裂,柱子干了有什麼壞處我也不清楚。這個禁忌在合成界大概就像「正月理發死舅舅」,「半夜梳頭會見鬼」,「產婦月子禁洗澡」一樣廣為流傳。但是呢,最壞的結果就是衝出來重新過一遍咯!對於一天曾經過了20+的柱子的人,重新過一遍是個事嗎?所以嘛,頭髮要理,頭要梳,澡更要洗。

【orgchemsaint的回答(0票)】:

我怎麼覺得干了也沒事兒啊

【jinggerpeng的回答(0票)】:

簡單的講,過柱子就是根據混合物裡的不同物質極性不同的原理將產物和雜質分開。這種分離效果可以用賽跑來形容。比如說五個人賽跑,它們從同一起跑線出發,但它們衝刺速度不一樣,會慢慢地拉大彼此之間的距離。這樣,它們就在不同的時間抵達終點。丙(五個人最快到最難:甲乙丙丁戊)假設是產物,把甲乙接了踢出去,然後把丙接住,不管後面的,這樣,就分離出來了。不過過柱子跟它有點不一樣的是,在過柱子時,是溶劑賦予它們速度,不同極性的物質速度不一樣。其他部分就都一樣了。

關於柱子干了,其實沒什麼大事,除非你過的量非常非常大,不然影響微乎其微

【RiotYou的回答(0票)】:

帶著我的簽名淡定飄過

【Safwan的回答(2票)】:

本人藥廠純化車間苦逼一線。

公司主要做蛋白純化,一批產品市價大概十幾萬。

正常情況下比如說產品收率是20%如果柱子干了收率可能會下降很多,10%甚至5%(數據只是舉例隨便說的)。

十幾萬的產品立馬變成了幾萬~領導很生氣,後果很嚴重……

唉!吐槽一下,睜著賣白菜的錢,操著買白粉的心……

【徐渡飛的回答(1票)】:

常壓開放手工柱前面已經說得很詳細了,基本如這個鏈接裡面說的一樣圖片教程~~柱層析分離法的裝柱與上樣。

這是比較原始同時也是最常用的的柱層析分離手段,它的優點是速度快、載樣量大、上樣簡單、成本低廉;但是需要一定的時間來熟練掌握這項技術,比較適合質量較大、化合物數量不多、極性差別比較大的混合物的分離。

然而並不是所有的混合物都適合選用常壓手工柱的分離,比如:手性化合物、外消旋體、質量很少的樣品、極性很相近的混合物等。這種情況就要用到比較先進的色譜分離技術——液相色譜(LC)。

根據用途和泵配置的不同,一般可以將常見的實驗室級別LC分為以下幾種:分析型高效液相色譜(HPLC),半制備(Semi-Prep HPLC)和制備型高校液相色譜(Prep-HPLC)以及中壓液相色譜(MPLC)。這三者的原理基本一樣,不同之處主要在於泵的最大流速,一般而言,分析型HPLC的最大流速為10.00mL/min,半制備HPLC為50mL/min,制備HPLC為100mL/min,中壓液相色譜更高。而由於泵流速的升高,流通池的光程、體積,管道的內徑,六通閥、定量環等零件也會相應改變;並且,根據實驗室的需要,可以增加自動接收器等配件。

相對於常規手工柱,制備液相最大的優勢有以下幾點

1.分離效果好。一般而言,MPLC和開放ods柱填料的粒徑為50 μm,200-300目硅膠的粒徑為40-80μm;而HPLC的柱填料為5μm或者10μm,更細小的填料意味著更高的柱效,更高的柱效意味著更好的分離效果,目前快速發展的超高效液相色譜(UPLC)填料甚至可以達到1.8μm。因此,手工硅膠柱分不開的東西,在液相上往往一下就分開了,我曾經用半制備液相一次制備得到12個化合物。

2.重現性好。由於手工柱層析的效果與實驗者的實驗習慣和條件有很大的關係,因此幾乎不可能照搬文獻的實驗條件,甚至很多實驗人員自己都無法根據先前記錄的條件重現實驗。而LC作為精密儀器,配合柱溫箱可以保證柱層析的高重現性。

3.自動化程度高。你還在拿著試管慢慢接產品嗎?設置好實驗條件,去睡一覺吧,醒來之後就會高興地看見儀器已經將你需要的色譜峰收集到試管裡。

4.色譜圖直觀。很多化合物都是無色的,或者難以根據顏色判斷什麼時候接產品(因為整個柱子都染色了),在過手工柱子時需要tlc才能觀察到,在LC中,可以根據色譜峰判斷該化合物的分離效果,並且根據色譜直接收集產品,省去你點板的那一步。

5.更適合質量少混合物分離。我的產品只有不到20mg,裡面卻有2~3個化合物,點板還分不開,怎麼辦?沒關係,LC就是為了這個而生,對於總質量20mg的混合物,如果是3個化合物質量相同話,根據分離度、保留時間的不同,一般每個樣品可以獲得2~5mg,還是可以做一個HNMR的。

6.適合高極性的化合物分離。極性比較大的糖甘類在硅膠上容易死吸附、常壓ods又保留不住,一下就沖洗下來了怎麼辦?在LC的5μm ODS柱子面前,極性較大的化合物也能獲得比較好的保留,同時又能在比較短的時間裡洗脫出來。

7.適合手性化合物的分離。我獲得了一對外消旋體,卻分不開,怎麼辦?叫你老闆買一根手性柱,裝液相裡去分吧。

8.即便是小極性的化合物,液相同樣能進行分離。極性太小,極性又那麼相近,在ODS上保留時間太長,在硅膠裡用純石油醚就能沖洗出來,不好分怎麼辦?再叫你老闆去買一個硅膠製備柱,裝液相裡去分吧。

那麼制備液相的缺點是什麼?

對HPLC而言,最大的缺點除了成本高之外,就是上樣量小,對樣品的溶解度要求高了。一般而言,HPLC配套的ods制備柱尺寸最大的為50 × 250mm,一般來說,這樣的柱子一次最多能分10~20g的樣品,然而這只是最理想的情況,在實際使用過程中。樣品可能只能溶於氯仿或者石油醚;產物的極性又很相近,不能一次上樣太多;保留時間太長,一次制備要花2~3小時。雖然MPLC能採用干法裝樣上柱,但是又失去了HPLC的高柱效。因此,做制備的時候,一般都是反覆進少量樣品累積獲得目標產品。總之,在實際工作中,總有這樣那樣的因素影響制備液相的使用,但並不影響它的快速發展。

制備液相在什麼領域裡最常用?

目前,實驗室級別的制備液相主要用於以下領域

1.天然藥物化學、中藥化學。這是國內目前最廣泛的使用方法,為了弄清楚植物中的微量有效成分,開放手工色譜柱早已不夠用了,幾乎每個搞天然藥化的實驗室都至少有一台液相,土豪實驗室人手一台液相。

2.蛋白純化。相對於前者,蛋白純化的起步要稍微晚一點,但是發展很迅速。同時,由於外國儀器廠家在這個領域的優勢不算太大,目前國內也在這個領域加快發展,搶佔地盤。

3.藥物雜質純化。由於合成工藝並不能做到100%的產率,往往伴有副產品,如何獲得微量的雜質並確定結構和含量,這就得靠液相色譜。

4.手性化合物的制備。這個主要是有機合成和方法學的在用。

總之,目前有機化學領域裡,開放手工柱層析依然是最常用的分離手段,也是每個有機狗必會的技能之一,其在未來很長一段時間裡將仍然扮演重要的角色。制備液相已經在天然藥化領域大面積使用,在將來,隨著科研的需要和價格的下降,將會逐漸進入千家萬戶,最終跟旋蒸一樣普及。

最後回答題主的後面一個問題

為什麼柱子干了之後很可怕?其實也沒那麼誇張,柱子干了之後就可能會開裂、斷層、進氣泡,影響柱效。然後就分不開了。分不開就重新分一次咯

我自己做實驗的時候有時一下沒注意柱子就干了,就往裡面補充一下流動相,然後用洗耳球輕輕敲打柱子,讓氣泡上去。當然,如果你的柱子從上到下全部乾透然後開裂,就很難補救了,尤其是凝膠柱,極大影響分離效果。

【marku的回答(10票)】:

我還以為是一群人抬著一個男生,兩腿分開,朝柱子衝去。點進來才發現我理解岔了。

晚上去看了大聖歸來,心情好好,解匿。

混沌我要給你生餛飩!!!反派控不解釋!好帥!

【夏天無的回答(1票)】:

可怕之處:辛辛苦苦半個月,一干(一聲)回到解放前

沒錯我就是實驗室傳說中的過柱子上古神器:本科生

意思高票回答解釋得很清楚了,不說了,工頭叫我擼柱子了(┬_┬)

【夏超的回答(0票)】:

我想到了跟同學一直開的一個玩笑:心情不好,去擼一根柱子調節一下心情。

【楚度的回答(0票)】:

我是一個不過柱子的學化學的。括弧,大笑三聲揚長去,我輩豈是過柱人。

【不喜的回答(0票)】:

居然看到個我看別人做過自己也做過的東西

【趙奕靖的回答(0票)】:

謝邀。

過柱子指的是根據化合物極性不同而進行分離的分離常用手段。柱層析分離法的俗稱。

為什麼干了會很可怕…會降低分離效能甚至導致分離不成功

【知乎用戶的回答(0票)】:

上圖.. 有顏色或者能吸收UV的還算好收集.. 之前分離phosphine的點板基本看不見,還臭,想哭..

【知乎用戶的回答(0票)】:

這輩子都不想再碰層析,實驗室買的GE的機器多少年沒用,最後讓我用上了,結果差點延期。

【張婷玉的回答(0票)】:

不僅柱子干了可怕,濕著留一夜也很可怕,分子擴撒

標籤:-化學


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