硅胶的原理及使用方法
2011.10.23
百顺硅胶：
报告内容
z一.硅胶的组成及分类
z二.硅胶的性质及原理
z三.硅胶柱的使用过程
z四.使用过程中的一些小经验
一.硅胶的组成及分类
z1.硅胶的组成
z硅胶(Silica Gel)的化学成分是二氧化硅。

z在传统的硅胶合成方面，主要是以水玻璃作为原料经过反应→胶凝→老化→洗涤→浸泡→干燥→焙烧等步骤合成出成品。

z用作分离介质的硅胶是人工合成的多孔二氧化硅，它的特点是其表面含有硅醇基(Silanol groups or
surface hydroxyl groups)，这是硅胶可以进行表面化学键合或改性的基础。

2.硅胶的分类
z2.1颗粒大小
z2.2正反相硅胶
z2.3重质轻质微粉硅胶z2.4五级硅胶
z2.5制备方法
z2.1 颗粒大小
z作为分离材料的硅胶，其颗粒的形状大小、孔的结构、孔径及其分布、总孔容、比表面及机械强度等，均是重要的参数。

目前，通用的分析型硅胶基质的直径为5-10μm，且其化学键合相硅胶已有商品出售，而高效制备型所用的硅胶，其直径多在20-40μm之间。

z按目数分
z2.2正反相硅胶柱
z正相柱大多以硅胶为柱填料或是在硅胶表面键合-CN,-NH3 等官能团的键合相硅胶柱。

反相柱填料主要以硅胶为基质，在其表面键合非极性的十八烷基官能
（ODS）称为C18 柱。

其它常用的反相柱还有
C8,C4,C2 和苯基柱等。

z一般的C18 柱pH 值范围都在2-8，流动相的pH 值小于2 时，会导致键合相的水解；当pH 值大于7 时硅胶易溶解；经常使用缓冲液固定相要降解。

如果流动相pH较高或经常使用缓冲液时，建议选择pH 范围大的柱子。

z2.3重质轻质微粉硅胶
z微粉硅胶是白色或乳白色的均匀粉末，比表面积大，具有极强的吸附作用
z用途：主要用作润滑剂、抗粘剂、助流剂。

特别适宜油类、浸膏类药物的制粒，制成的颗粒具有很好的流动性和可压性。

在直接压片中用作助流剂。

还可作为助滤剂、澄清剂和滴泡剂，以及液体制剂的助悬剂、增稠剂。

z重质微粉硅胶是沉淀法的二氧化硅，通过水玻璃中和生产，平均粒径为微米级，在助流动性能方面远远落后于气相法二氧化硅。

z轻质微粉硅胶其实是一种气相法二氧化硅，通过四氯化硅在氢氧焰中水解而制造出来的。

z2.4五级硅胶
z硅胶分为五级是根据其吸水量而定的，对应如下：0%为一级，5%为二级，15%为三级，25%为四级，38%为五级。

z五级的含水量最高，此时相当于分配层析。

适用于极性比较大的生物碱、酚类化合物、有机酸、糖类和氨基酸等成分。

z2.5硅胶的制备方法
z根据硅胶制备的不同技术原理，可将它们分为3类：
z (1)堆积硅珠法；
z (2)溶胶→凝胶法(S0L-GEL)；
z (3)喷雾干燥法。

z具体的制备过程以及各自的优越性
二.硅胶的性质及使用原理
z1.硅胶的化学性质
z硅胶的化学性质比较稳定，可以耐受酸性介质的侵蚀。

无定型硅胶常温下在纯水中的平衡溶解度约为10~(-4)，但是，当pH值升至9以上时，溶解度增大，至pH 10.7以上时硅胶即会溶解。

为安全计，硅胶一般只用于pH 1～8范围内。

z2.物理性质
z硅胶无毒、无味，对液相和气相介质有很强的吸附性能，硬度比玻璃稍软，除氢氟酸和强碱外，不溶于水及各种化学溶剂，物性非常稳定。

z高机械强度是硅胶的特点之一。

常用的5μm粒径、6-10nm孔径的硅胶，可以耐受60-70MPa的操作压力；
随孔径和孔度的增大，可耐受的压力会降低。

当使用30-100 nm孔径的硅胶时，仍可耐受30MPa的操作压力而不破损。

但是，对于高孔度的凝胶色谱填料，操作压力只能在10MPa甚至更低。

z3.硅胶的作用原理
z硅胶吸附剂是粉末状多孔固体，其起到吸附作用的基团是硅醇基上的羟基（吸附中心），这些羟基所处的形态不同，其吸附能力也不同。

硅羟基的吸附性能排列为：活泼型（a）>自由型（b）>束缚型（c）>游离型（d），各型结构见下图。

z为了增强硅胶的吸附力，应该增加吸附剂的活泼型结构单元。

因此，如果将硅胶煅烧使其完全脱水，则硅胶的硅羟基完全被破坏而减少甚至没有吸附能力；如果硅胶中加入大量的水分，其吸附力也将减小，这是因为硅羟基与水形成了太多的氢键从而降低了其活泼型比例。

z当硅胶含水量超过70%时，硅胶就完全失去吸附能力，而产生了另外一种分离模式-分配色谱，其原理是组分在流动相溶剂和固定相的溶剂中溶解度不同（即分配系数的差异）得到分离的。

三.硅胶柱的使用过程
z1. 称量：称取硅胶，称30-70倍于上样量；如果极难分，也可以用100倍量的硅胶H。

干硅胶的视密度在0.4左右，所以要称40g硅胶，用烧杯量100ml也可以。

z
z 2.搅成匀浆。

加入干硅胶体积一倍的溶剂用玻璃棒充分搅拌。

z如果洗脱剂是石油醚/乙酸乙酯/丙酮体系，就用石油醚拌；如果洗脱剂是氯仿/醇体系，就用氯仿拌。

最初的洗脱剂选用样品的Rf值在0.2左右。

如果不能搅成匀浆，说明溶剂中含水量太大，尤其是乙酸乙酯/丙酮，如果不与水配伍走分配色谱的话，必须预先用无水硫酸钠久置干燥。

氯仿用无水氯化钙干燥，以除去1%的醇。

如果样品对酸敏感，不能用氯仿体系过柱。

z3.装柱。

将柱底用棉花塞紧，不必用海沙，加入约1/3体积石油醚（氯仿），装上蓄液球，打开柱下活塞，将匀浆一次倾入蓄液球内。

随着沉降，会有一些硅胶沾在蓄液球内，用石油醚（氯仿）将其冲入柱中。

z干法湿法
z
z 4.压实。

沉降完成后，加入更多的石油醚，用双联球或气泵加压，直至流速恒定。

柱床约被压缩至9/10体积。

无论走常压柱或加压柱，都应进行这一步，可使分离度提高很多，且可以避免过柱时由于柱床萎缩产生开裂。

z柱子沉降时间：自然沉降一般一夜，如果时间紧张也可以沉降1-2小时即可。

z5.上样：干法湿法都可以。

上样后，加入一些洗脱剂，再将一团脱脂棉塞至接近硅胶表面；或者在样品的上部加一些空白硅胶。

然后就可以放心地加入大量洗脱剂，而不会冲坏硅胶表面。

z个人经验：加空白硅胶效果不好。

一：样品容易扩散到空白硅胶上面，导致分离效率降低；二：加洗脱剂的时候容易将空白硅胶冲散。

z6.过柱和收集:柱层析实际上是在扩散和分离之间的权衡。

太低的洗脱强度并不好，常用梯度洗脱。

收集的例子：10mg上样量，1g硅胶H，0.5ml收一馏分；1-2g上样量，50g硅胶（200-300目），20-50ml收一馏分。

z7.检测:要更多地使用专用喷显剂，如果仅用紫外灯，会损失较多产品，紫外的灵敏度一般比喷显剂底1-2个数量级。

z经过TLC初步检测后的样品，可以合并那些薄层点相似的流分；然后用HPLC进一步的检测。

z8.送谱:收集的产品旋干，在送谱前通常需要重结晶。

如果样品太少或为液体，可过一小凝胶柱，作为送谱前的最后纯化手段。

可除去氢谱1.5ppm左右所谓的“硅胶”峰。

四.使用过程中的一些小经验
z1.用棉花塞住口，在装柱前应用溶剂润湿，捣出棉花中的气泡，装柱最好一次完成且保持溶剂流出状态。

z2.硅胶在各常用溶剂里是有固定的溶胀比的，一般来说在2.3倍以上，也就是说，如果是湿法装柱，1g硅胶要用2ml以上的溶剂来充分溶胀，搅拌均匀，赶走气泡。

z3.装柱的时候，是可以得到你装的这根柱子的保留体积的，这对于决定你多少体积接产品是十分有帮助的。

等到硅胶完全沉降后，将溶剂液面放至靠近硅胶液面后，称量在柱底得到的溶剂量，和原先装柱用的溶剂量的差值，就是你的保留体积。

z和我们常用的测量得到的柱体积有多大差别？
z再根据上柱子之前做的TLC，测出Rf值，就可以预计各个产品的流出位置了。

根据你的保留体积，你也可以决定是多少体积一分了，做的粗些，可以1个保留体积一接，细些的可以二分之一甚至五分之一，十分之一个保留体积一接。

但是硅胶柱的拖尾比较严重，尤其是主成分量比较大的时候。

常常会出现主成分拖2-3个保留体积后，依然可以用TLC检出。

z4.样品不能粘稠。

我们一般都是干法上样样品应该溶在溶剂中，再拌到硅胶里。

如果样品比较粘稠，不太好溶，如把粘粘糊糊的样品直接拌到了硅胶里，溶剂挥发后，一研磨，也看不出与平常有什么不同。

但上样后可就惨了，流速就会变的很慢。

可能只好挖出样品，重新来过。

z5.洗脱时柱子断裂？
z一可能是洗脱剂没有脱气，换用洗脱剂时产生热量，导致气泡产生。

z二可能是洗脱剂的极性变化太快。

z三如果用了加压装置如液氮，可能是加液时放气太快，气体从下端口冲进，使硅胶分段。

z6.过完的硅胶柱还有颜色?
z很正常的，如果不是小量操作，没有回收价值，那些类似于死吸附。