薄層色譜,英文簡稱TLC,也叫薄層層析,因分離是在一平面薄層上進行的,得名薄層色譜。薄層色譜是以合適的溶劑為流動相,以涂布于支持板上的支持物作為固定相,對混合樣品進行分離、鑒定和定量的一種層析分離技術(shù)。薄層色譜是20世紀40年代末發(fā)展起來的一種快速、簡便和微量的色譜方法。
薄層色譜法利用各成分對同一吸附劑吸附能力不同,使在流動相(溶劑)流過固定相(吸附劑)的過程中,連續(xù)的產(chǎn)生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附,從而達到各成分的互相分離的目的。
吸附是表面的一個重要性質(zhì)。任何兩個相都可以形成表面,吸附就是其中一個相的物質(zhì)或溶解于其中的溶質(zhì)在此表面上的密集現(xiàn)象。在固體與氣體之間、固體與液體之間、吸附液體與氣體之間的表面上,都可能發(fā)生吸附現(xiàn)象。
吸附過程是可逆的,被吸附物在一定條件下可以解吸出來。在單位時間內(nèi)被吸附于吸附劑的某一表面積上的分子和同一單位時間內(nèi)離開此表面的分子之間可以建立動態(tài)平衡,稱為吸附平衡。吸附層析過程就是不斷地產(chǎn)生平衡與不平衡、吸附與解吸的動態(tài)平衡過程。
物質(zhì)分子之所以能在固體表面停留,這是因為固體表面的分子(離子或原子)和固體內(nèi)部分子所受的吸引力不相等。在固體內(nèi)部,分子之間相互作用的力是對稱的,其力場互相抵消。而處于固體表面的分子所受的力是不對稱的,向內(nèi)的一面受到固體內(nèi)部分子的作用力大,而表面層所受的作用力小,因而氣體或溶質(zhì)分子在運動中遇到固體表面時受到這種剩余力的影響,就會被吸引而停留下來。
例如用硅膠和氧化鋁作支持劑,其主要原理是吸附力與分配系數(shù)的不同,使混合物得以分離。當(dāng)溶劑沿著吸附劑移動時,帶著樣品中的各組分一起移動,同時發(fā)生連續(xù)吸附與解吸作用以及反復(fù)分配作用。
1938年,Izmailor和Schraiber在顯微鏡載玻片上涂布氧化鋁薄層,將欲分離的物質(zhì)點樣于薄板上,用毛細管吸取展開劑垂直放于樣點中心,展開劑自毛細管流出,從而成功地分離了多種植物酒精提取物中的成分。
20世紀50年代,K.rehner及Miller等在前人研究的基礎(chǔ)上,以硅膠為吸附劑、石膏為黏合劑,將硅膠涂布于玻璃板上制成薄層,并進行物質(zhì)的分離,這也是現(xiàn)代意義上的薄層色譜法。
薄層色譜依據(jù)固定相的性質(zhì)和分離機理的不同,可分為分配薄層法、吸附薄層法、離子交換薄層法等。其中,以吸附薄層法和分配薄層法的應(yīng)用最為廣泛。
分配薄層法以液體為固定相。液體固定相被預(yù)先附著在載體(一種多孔的化學(xué)惰性固體物質(zhì))上,然后涂布固定相制板,點樣展開,由于被分析物質(zhì)各組分在固定相和展開劑之間溶解度不同,即分配系數(shù)不同,從而被展開劑攜帶移動的速度也不同,最終將不同組分分離。
吸附薄層把固定相(吸附劑)均勻地涂布在表面光滑的薄層板上,把待分析的試樣溶液點在薄層板一端的適當(dāng)位置上,這一過程稱為點樣,樣液點稱為原點。然后將薄板放在密閉的展開槽(chamber)里,將點樣端浸人適官的溶劑中,借助于薄層板上吸附劑的毛細管作用,溶劑載著被分離組分向前移動,這一過程稱為展開(development),所用溶劑稱為展開劑(developing solvent)。展開時,樣品中各組分在固定相與展開劑之間發(fā)生連續(xù)的吸附、解吸、再吸附、再解吸。由于固定相對不同組分的吸附能力不同,易被吸附的組分相對移動得慢,而難被吸附的組分則相對移動快,經(jīng)過一段時間,當(dāng)展開劑前沿到達預(yù)定位置后,取出薄層板,吸附力不同的組分在薄層板上可形成彼此分離的斑點。如果組分為無色物質(zhì),可通過物理或化學(xué)方法顯色后定位。
離子交換薄層法以離子交換樹脂為固定相,通常將離子交換樹脂粉碎成200~40O目,再涂布在玻璃、金屬薄板等的表面制成薄層板,點樣展開。被測物質(zhì)的各組分與離子交換樹脂進行離子交換,交換能力強的組分先交換,交換能力差的組分被展開劑帶走后再交換,從而使不同組分分離。
薄層色譜掃描儀是利用薄層色譜原理對試樣進行定量檢測分析的儀器,當(dāng)前市場上的薄層色譜掃描儀可分為傳統(tǒng)薄層色譜掃描儀和薄層數(shù)碼成像分析儀兩類。
是一種全波長掃描儀,提供波長200-800nm范圍的可選波長,通過檢測樣品對光的吸收強弱確定物質(zhì)含量。該掃描儀也能檢測254nm或365nm紫外照射產(chǎn)生的熒光強度,從而進行特異性檢測。
傳統(tǒng)掃描儀的掃描方式分為:單光束掃描、雙光束掃描和雙波長掃描。
單光束掃描:采用單一光束(即單一波長掃描),其結(jié)果就是上圖中一特定波長條件下的單條曲線。儀器結(jié)構(gòu)簡單,但是基線不穩(wěn),實際中很少使用。
雙光束掃描:采用同一波長的兩個光束同步掃描,一個光束掃描樣品展開通道,另一個光束掃描樣品通道旁邊的空白區(qū)域,這樣就可扣除空白吸收,部分消除薄層板展開方向鋪板不均勻產(chǎn)生的誤差。但是無法消除垂至于展開方向鋪板不均勻產(chǎn)生的誤差。
雙波長掃描:兩個不同波長的光束交替掃描樣品展開的通道區(qū)域,波長選擇時,一個波長為樣品最大吸收位置,另一是吸收極小值位置。這種方法可基本消除鋪板不均產(chǎn)生的誤差,因此掃描基線很穩(wěn)定。
薄層數(shù)碼成像分析技術(shù)是利用數(shù)碼成像設(shè)備獲得薄層板上各點的光強度信息,之后對獲得圖像進行分析的薄層分析技術(shù)。數(shù)碼成像設(shè)備包括兩種:照相機和掃描儀(由于數(shù)碼掃描儀采用逐行成像技術(shù),為便于區(qū)分傳統(tǒng)薄層掃描儀的逐點掃描,將數(shù)碼掃描儀稱為逐行掃描儀)。
和傳統(tǒng)薄層掃描一樣,照相機或逐行掃描儀都具有光檢測系統(tǒng),它們都是將光量線性轉(zhuǎn)化為電信號的元件。不同的是,照相機和逐行掃描儀可進一步將電信號轉(zhuǎn)換成電腦圖像,圖像中單個點(像素)的顏色深淺反映了光的強弱。
因此,薄層數(shù)碼成像更接近人眼觀察檢測,結(jié)果更直觀,因此非常適合鑒別,特別是中藥指紋圖譜的識別。
薄層色譜法的優(yōu)點是設(shè)備簡單,操作方便,分離效率和檢出靈敏度都比較高。它的所有步驟是獨立的,方法的靈活性高。薄層板是一次性使用的,和高效液相色譜相比,樣品基質(zhì)對固定相的污染不成為問題,樣品的預(yù)處理相對較簡單。一次可以將多個樣品和標(biāo)準樣品同時點樣進行展開,因此效率高,單個樣品的分析成本低。
薄層色譜可適用小量樣品(幾到幾十微克甚至0.01μg)的分離,也可用于多達500mg樣品的分離,是近代有機化學(xué)中用于定性,定量的一種重要手段。特別適用于那些揮發(fā)性小的化合物,以及在高溫下易發(fā)生化學(xué)變化而不能用氣相色譜分析的物質(zhì)。基于這些特點,薄層色譜法在醫(yī)藥、生物、環(huán)境、食品等方面有著廣泛的應(yīng)用,例如:用于各種天然和合成有機物的分離和鑒定及小量物質(zhì)的精制;在藥品質(zhì)量監(jiān)控中,用于測定藥物的純度和檢查降解產(chǎn)物,對中藥材和中成藥,可鑒別有效成分,進一步進行含量測定;在合成工藝中用作監(jiān)控分析的手段;還可用于環(huán)境有害物質(zhì)的分析、食品的天然營養(yǎng)成分和食品添加劑及某些真菌毒素如黃曲霉毒素的分析等。
為消除實驗過程中的諸多影響因素,現(xiàn)代薄層色譜基本都是由各種儀器來代替。這也是國內(nèi)科技發(fā)展的大趨勢,逐漸取代人為因素在實驗過程中的影響,從而達到重現(xiàn)性的效果。
薄層色譜的用途多種多樣,在制藥、食品、保健品、化妝品、法檢、飼料、工業(yè)等領(lǐng)域均有較廣泛的應(yīng)用。
食品中紅曲色素的測定(GB/T 5009.150-2003)。試樣中的紅曲色素經(jīng)提取,凈化后,薄層分離,與標(biāo)準樣品比較,定性。紅曲色素標(biāo)準品是將1g紅曲色素溶于30mL甲醇,通過50g硅膠色譜柱(濕法裝柱)純化,收集甲醇洗脫液,減壓濃縮,于60~70℃烘干制得。配制標(biāo)準使用液0.1 mg/mL。
樣品豆腐乳的處理方法:取豆腐乳30g,加95%的乙醇50~70mL,提取回流30min,過濾,收集濾液,減壓濃縮至20mL。
點樣:取市售預(yù)制硅膠GF254板(4cm×20cm)2塊,每塊在離底邊2cm處點試樣10uL,左右兩邊各點2uL標(biāo)準使用液。分別以展開劑l甲醇,展開劑2正己烷+乙酸乙醋+甲醇(5+3+2),展開至前沿到15cm處,晾干。在UV 254nm下觀察,展開劑1得到4個點,Rf值分別為0.86、0.71、0.54、0.38,展開劑2得到3個點,Rf值分別為0.86、0.69、0.57。試樣與標(biāo)準品的斑點的Rf值一致。證明試樣的色素為紅曲色素。