色層法 (Chromatography) 是分離、提純和鑑定碳化合物的重要方法之一。它主要用於不易通過再結晶法進行分離的複雜混合物。色譜法的基本原理是利用混合物中各個成份的物理化學性質 (如吸附性和溶解度等) 的不同,使各成份在不相混溶且做相對運動的流動相和固定相中,進行反復的吸附或溶解-解吸作用,從而將各成份分離。紙色層法、薄層色層法和柱色層法是在實驗室中被廣泛應用的三種。本節中,我們會先認識紙色層法。
固定相:紙纖維中的水
流動相:液體溶劑,如戊烷、丙酮和乙醇等。由於流動相帶動樣本在固定相中展開,因此,紙色層的流動相亦稱為展開劑。
實驗裝置:紙色層法的實驗裝置如圖所示。
色層紙可以使用厚薄均勻、平整、清潔、有一定強度,並且能吸附一定水份的濾紙。展開劑在燒杯中的高度必須在樣本點以下。整個實驗應在密閉的體系中進行,以確保整個空間被展開劑蒸氣飽和。
紙色層法的主要步驟包括:
在色層紙一端 \(1-2 \text{ cm}\) 處,用鉛筆輕輕畫出基線。
用毛細管蘸取混合物的溶液樣本,點在基線上,然後,讓樣本乾透。
將點有樣本的一端向下,把色層紙放入展開劑中 (展開劑的高度不能超過樣本點!)。此時,展開劑會帶動混合物中的不同成份,以不同的速率,向上移動。較易溶於展開劑的成份,上移的速率較快。
待展開劑的前沿接近色層紙的頂端時,將色層紙取出,標記展開劑前沿的位置。
晾乾色層紙,標記不同成份在色層紙上的位置。
我們很容易在色層紙上看到有色成份的位置。遇到無色的成份時,則需要使用顯影劑 (如寧希德林等) 令其變成有色的點。另外,我們可以在紫外光下觀察到某些成份,並且標記它們在色層紙上的位置。
量度不同成份所移動的距離和展開劑移動的距離,計算比移值 \({{R}_{f}}\)。
在色層法中,每種成份所移動的距離與展開劑所移動的距離的比例,稱為比移值, 符號是 \({{R}_{f}}\)。
\[{{R}_{f}}\text{ = }\frac{\text{某成份所移動的距離}}{\text{展開劑所移動的距離}}\]在實驗條件不變時,一種特定的成份的比移值總是不變的,因此,我們可利用比移值辨認混合物中的不同成份,亦可以用於判定該成份的純度。
紙色層法主要用於鑑別物質和測定物質純度。
鑑定物質:在相同實驗條件下,將待測定的未知物質 \(\ce{A}\) 和基準物 \(\ce{B}\) 進行紙色層法的實驗。若兩者在紙色層譜中的比移值 \({{R}_{f}}\) 完全相同,則它們可能是同一種物質。
判斷物質的純度:純淨的物質的紙色層譜上只有一個點。
請注意,在紙色層法的試驗中,必須選擇合適的展開劑,否則會影響試驗結果的準確性。