日常生活中總有許多令人感到混濁而讓我們想盡辦法想要將其淨化與清潔乾淨的事情，比如說衣物髒了我們會想要用清潔劑與乾淨的水來清洗，如此便能洗去髒污而留下乾淨的衣服。或是我們不希望飲用水中含有雜質與重金屬，因此會使用過濾器將這些有害物質除去。這樣的一個簡單動作便稱之為「純化」。
在有機化學的世界裡，往往實驗的過程中也會產生許多副產物或是雜質，這些雜質的存在也許會影響到後續的反應，更甚者，比如說給人們生病時服用的藥物中若是含有雜質與不純物，恐引起許多可怕的副作用。因此純化的步驟就顯得格外繁雜與重要。在有機化學實驗的領域中，純化可以透過許多種不同的方法來達到，比如說蒸餾（Distillation）、分餾或精餾（Fractional distillation）、層析（Chromatography）、或 再結晶（Recrystallization）……等等，這些技術都可以達到去蕪存菁的目的，差別就在於類似 “因事制宜” 罷了。因為每一種不同的化合物其物化特性都不同，所以有些東西適合蒸餾、有些適合結晶，而有些則適合層析。不過大體而言在工業界裡面，因為有其成本、規模及預算的考量，因此除了層析之外的方法大概都會派得上用場，層析大概只有在實驗室裡面進行小量的製備時才會用得到，畢竟層析必須耗費的成本實在要大上許多。
圖1. 管柱層析
Anyway，既然在實驗室裡面最常用到的純化方法之一就是層析，那麼今天板主就為大家簡單的介紹一下有機化學實驗裡面進行管柱層析的一些實驗技巧吧！當然在切入正題前還是要先跟網路上眾多的先進與前輩們先說聲抱歉，畢竟後輩才疏學淺，如果有講的不好或遺漏之處還請各位前輩們不吝指正、鞭小力一點，感謝感謝！XD
故事是這樣的：有一天板主做完了一個實驗，結果發現產物裡面混合著一些雜質，因此打算使用管柱層析法（column chromatography）將這些雜質去除掉，那麼我們在進行管柱層析純化之前必須要先知道哪些事情呢？此外，管柱層析法會要用到哪些設備？純化的過程是如何呢？管柱層析或是層析法只有一種嗎？這些問題都將在這一系列的文章中一一為大家簡單的介紹。
首先我們來看看要進行管柱層析之前要準備哪些東西。既然名為「管柱層析」，那麼一根又長又直的管柱是一定要有的，畢竟他才是主角啊。
圖2. 管柱層析法整組器材圖片與各部名稱。（不好意思，背景有點亂，請大家見諒！ XD）
如果將各部分放大來看將會是這個樣子：
圖3. 管柱的下半部，包含一個溶液承接錐形瓶、控制閥。
圖4. 管柱下方的棉花必須要確實塞緊，以免稍後再填充矽膠（或固定相）時造成固定相的流失。而棉花的使用量必須視管柱的大小來決定。此外，棉花塞入時的緊實程度也會影響到整體的流速。如果塞的太緊則流速變慢，純化時間拉長，反之亦然。
圖5. 管柱的上半部則預先將漏斗放置好。
除了這些東西之外，總不能用一根空空的管柱就想達到純化的目的吧！因此管柱裡面還必須要填充有用來能將混合物加以分離的固定相（stationary phase），本次的示範板主使用的是以矽膠（silica gel）當成固定相。
圖6. 管柱層析法中所使用的矽膠及其相關器材。
整個層析系統的兩個主要組成為固定相及流動相（mobile phase），二者各有不同的極性或非極性強度；樣本分子因其自身極性的強弱，與此二相之親和力不同。與固定相親和力大者，容易留滯原地；與流動相親和力大者，容易隨流動相移動，因而達成分離的目的（請參閱相關連結 1）。
圖7. 色層分析法的基本原理。（圖片來源：http://juang.bst.ntu.edu.tw/ECX/Pur3.htm）
圖8. 管柱層析藉著化合物的極性與移動相及固定相的差異來達到分離的效果。（圖片來源：http://www.waters.com/webassets/cms/category/media/other_images/primer_d_%20solidphase.jpg）
因此除了矽膠之外，我們還必須準備「沖提（eluent）」所需要的移動相。本次示範板主使用的兩種溶劑分別是極性較低的甲苯（toluene）與極性較高的乙酸乙酯（ethyl acetate，簡稱 EA）
圖9. 甲苯與乙酸乙酯。
由於使用的是混合溶液，因此必須要有能調配其比例與承裝溶液的相關器具，如量筒（graduated cylinder ）與錐形瓶（Erlenmeyer flask）。使用錐形瓶是因為其開口較窄，可以避免溶劑快速揮發而導致比例失真，當然最好還是使用有蓋子的瓶子來承裝，不過因為我們很快就會將混合溶液用完，所以板主就偷懶的省略了瓶裝的步驟改以錐形瓶裝載。
圖10. 用來承裝沖提液的量筒與錐形瓶
當一切準備就緒後，我們便將甲苯與 EA 預先混合好比例的溶液小心且迅速的倒入裝有矽膠的燒杯中，並以攪拌棒快速的攪拌均勻。這個步驟的動作必須要快速，以免溶液揮發影響到混合液的比例（尤其如果遇到高揮發性的溶劑，比如乙醚（diethyl ether）或是 正己烷（n-Hexane）時影響更鉅）。此外在攪拌的過程中還得確實的將矽膠與混合溶液攪拌均勻。
圖11. 將沖提液倒入矽膠中（鳥瞰）。
圖12. 將沖提液到入矽膠中（側照）。
圖13. 將沖提液與矽膠快速且確實的混合均勻。
待矽膠與混合液相互攪拌均勻後便快速的將其倒入管柱當中，並依照待純化物的量將固定相填充至適當高度（在這邊教一個小技巧：在填充固定相進入管柱前可以先用幾 C.C. 的移動相溶液將管柱稍微潤濕一下，以免下方的棉花卡住太多空氣。接著再將圖 13 已經混合好的固定相快速的倒入其中）。若是將固定相填充太高，則可能耗去過多時間成本，而且會造成沖提液與矽膠的浪費；相反的，如果填充的太低，則有可能會使純化分離的效果變差。填充至適當高度之後以一根軟性棒子輕敲管柱，除了可以將矽膠內的氣泡趕出來之外，亦可幫助鬆散的矽膠做初步的填實。
圖14. 依照所需要純化的數量來衡量填充的高度，之後輕敲管柱使矽膠內的空氣氣泡逸散。
圖15. 拍打的過程中將底部控制閥開啟，使多於液體流出，接著使用加壓器將鬆散的矽膠壓實。
接著將矽膠上端多餘的溶液緩慢的降至與矽膠面同高，以利之後將待純化物裝載（loading）到矽膠的表面，如圖 16 所示。這個步驟需注意別將溶液壓過頭使矽膠乾掉裂開，不然就前功盡棄了。因為矽膠一旦裂開之後就會使整個純化的效果大打折扣。
圖16. 讓上端多餘的液面緩慢降至與矽膠面同高。
接著本次示範的待純化物（結構在圖中）登場！這次我們要純化的是一個看起來鮮紅但實際上我們要的東西卻不是紅色的待純化物。為什麼說我們要的東西不是紅色的呢？那是因為板主之前做過啦，所以知道我們要的東西其實是藏在這坨鮮紅色液體的背後，至於我們要的產物是什麼顏色呢？我們先賣個關子。
圖17. 本次示範之待純化化合物，此時含有許多雜質。
基本上，整個純化的作業到這邊已經完成 1/2 了，接下來還有幾個重要的步驟必須要小心的操作才能得到最完美的純化結果，不然以進行一次管柱層析來說，要將整個流程跑完少則兩三個小時，多則一整天以上，如果花了這麼多時間卻還得不到想要的成果，那就有些「失氣」了！
嗯！我想大家看到這邊大概也累了，因此後半段的流程我們將留在同一系列的 "下集" 來介紹，請各位朋友們耐心多等待一兩天吧。
特別感謝：
Wei-Ting Hung 大姊頭的協助拍攝！ XD
相關連結：
1. 台灣大學莊榮輝教授：酵素化學實驗
2. 管柱層析概念電腦動畫
3. Wikipedia：Column Chromatography