Туркельтауб Ищенко.ВВЕДЕНИЕ В ХРОМАТОГРАФИЮ Часть 3
.pdfраствор эквивалентное число ионов того же знака. Свойствами ионообменников обладает большое
число природных и синтетических соединений. Важнейшими из них являются синтетические полимерные смолы, полученные сополимеризацией
стирола и дивинилбензола. Любой ионообменник
представляет собой матрицу, содержащую способные к обмену ионогенные группы.
Катионообменники представляют собой специально синтезированные полимерные вещества, содержащие в своей структуре ионогенные группы кислотного характера: -SO3H; - PO3H; -COOH и др.
Анионообменники содержат ионогенные группы основного характера: -N(CH3)3;= NH2 и др.
Химические формулы катионообменников обычно схематически представляют: RSO3H; RSO3Na, где R
– полимерная матрица.
Таблица 7. Классификация ионообменников
Ионообменник |
Тип |
Фиксирован- |
|
|
|
ные ионы |
|
Катионообменник |
сильнокислотный |
-SO3 |
|
|
|
|
|
|
среднекислотный |
- PO32 , |
|
|
|
- AsO2 |
|
|
|
3 |
|
|
слабокислотный |
-COOH |
|
Анионообменник |
силиноосновный |
|
|
- N R3 |
|||
|
|
||
|
среднеосновный |
|
|
|
- N R3 |
||
|
|
||
|
|
|
|
|
|
- N HR2 |
|
|
слабоосновный |
|
|
|
- N HR2 |
||
|
|
выталкивания используют термин “гидрофобность”. У
поверхности сорбента, смеси анализируемых
веществ делятся по аналогии с газо-жидкостной
хроматографией с неполярными фазами, то есть позже выходят последние члены гомологического ряда.
Обращенно-фазовая жидкостная хроматография
(ОФЖХ) использует неполярную неподвижную фазу и полярную подвижную фазу. Нормально-фазовая жидкостная хроматография (НФЖХ) применяет неполярную подвижную фазу (н-гексан) и полярную
неподвижную фазу.
В распределительной жидкостной (и газовой) хроматографии время удерживания зависит от длины (объема) колонки, линейной (объемной) скорости подвижной фазы (u) и фактора удерживания k (см. уравнение 3).
Фактор удерживания зависит от отношения
объемов неподвижной VS и подвижной фаз VM и константы распределения K (уравнение 2).
Фактор удерживания может быть выражен
через параметры растворимости подвижной ( m) и неподвижной фаз ( s).
lnki = ( i /RT)[lnVS/Vm+{( i - m)2 -( i - S) 2}], |
(33) |
||
где i= |
( EVi/ i)1/2 ; |
i –молярный объем |
|
анализируемого вещества (сорбата); EVi – |
энергия |
||
когезии анализируемого вещества; R –универсальная
газовая постоянная; T – температура; VS/Vm — соотношение объемов неподвижной и подвижной фаз.
Время анализа принято считать оптимальным, если компоненты анализируемой смеси элюируют из колонки при значении k в пределах от 2 до 10.
Это уравнение можно переписать в виде*:
www.mitht.ru/e-library
lnki = ( i /RT)[lnVS/Vm +{( m+ s-2 i)( m- s)}]
Если каждую из круглых скобок приравнять нулю,
то получим: |
|
Bариант А: ( m- s) 0 |
m= s |
Bариант Б: ( m+ s-2 i 0 i =( m- s) /2.
Можно выбрать подвижную и неподвижную фазы (Bариант A) примерно одинаковой полярности (т. е. m s). Если при этом наблюдается желаемое воздействие на удерживание, полярность
исследуемых образцов не играет никакой роли, и,
следовательно, такой подход приводит к получению весьма неселективной фазовой системы.
В варианте Б полярность образца примерно равна половине суммы полярностей подвижной и неподвижной фаз:
i ( m+ s)/2
Рисунок 22. Выбор фазовых систем для
жидкостной хроматографии.
Три горизонтальные оси (сверху вниз)
представляют собой параметры растворимости
Рисунок 23. Изменение формы пика и времени удерживания компонента на хроматограмме при увеличении его концентрации.
подавлять ионизацию сорбата, могут направлять
сорбцию по наиболее выгодному в данном случае механизму. В качестве модификаторов для вводноорганических подвижных фаз используют соли, кислоты, основания. Использование алкилсульфатов
натрия (0,001-0,01 моль/л) при рН 2-5 переводят
обычную обращено-фазовую хроматографию в так называемый ион-парный режим. То же самое
происходит при использовании фосфата тетрабутиламмония и бромида
цетилтрибутиламмония.
6.3. Ионообменная, ионная и ион-парная хроматография
Метод ионообменной хроматографии основан на эквивалентном обмене (замещении) ионов твердой
фазы на ионы подвижной фазы.
Ионный обмен наблюдается при погружении в раствор электролита ионообменника, который поглощает из него катионы и анионы, выделяя в
www.mitht.ru/e-library
Таблица 6. Параметры растворителей
высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Растворитель |
Параметр |
Пара- |
Элюи- |
Вяз- |
|
раствори |
метр Р |
рующая |
кость, |
|
-мости |
|
сила o |
МПа |
Ацетонитрил |
13.1-11.2 |
5.8 |
0.51 |
0.34 |
|
|
|
|
|
Бензол |
9.2 |
2.7 |
0.25 |
0.60 |
|
|
|
|
|
Вода |
25.5-21.0 |
10.2 |
1.50* |
0.89 |
|
|
|
|
|
Гексан |
7.3 |
0.01 |
0.01 |
0.30 |
|
|
|
|
|
Диметилформа- |
11.5 |
6.4 |
1.00 |
0.80 |
мид |
|
|
|
|
Диоксан |
10.6-9.8 |
4.8 |
0.50 |
1.20 |
|
|
|
|
|
Дихлорэтан |
9.7 |
3.5 |
0.20 |
0.78 |
|
|
|
|
|
Изооктан |
7.0 |
0.01 |
0.01 |
0.47 |
|
|
|
|
|
Метанол |
15.8-12.9 |
5.1 |
0.72 |
0.54 |
|
|
|
|
|
Метилэтилкетон |
|
4.7 |
0.40 |
0.38 |
|
|
|
|
|
Изопропанол |
12.4 |
3.9 |
0.60 |
1.90 |
|
|
|
|
|
Тетрагидро- |
9.9 |
4.0 |
0.53 |
0.46 |
фуран |
|
|
|
|
Хлороформ |
9.1 |
4.1 |
0.26 |
0.53 |
|
|
|
|
|
Этилацетат |
8.6 |
4.4 |
0.40 |
0.43 |
|
|
|
|
|
неподвижной фазы ( s), анализируемого образца ( i) и
подвижной фазы ( m). На рисунке изображены две
линии, иллюстрирующие два примера выбора возможных фазовых систем для элюирования образца с i=12. Нормально-фазовой (НФЖХ) системе
отвечает линия с положительным наклоном, которая
соединяет подвижную фазу малой полярности (например, н-гексан с m = 7) с полярной неподвижной фазой (например, силикагель s = 16).
Обращенно-фазовая жидкостная хроматография (ОФЖХ) (распределительная хроматография) соответствует линии, которая соединяет типичную неполярную неподвижную фазу с s = 7 с полярной подвижной фазой c m =16. Такую подвижную фазу можно, например, получить, смешав метанол ( m 16)
с водой ( m 25) в нужной пропорции. Наличие столь
высокой полярности у воды делает обращеннофазовую систему очень гибкой, так как эта система может перекрыть смешанными фазами (из метанола и воды или даже из тетрагидрофурана ( m 10) и воды очень широкий диапазон полярности подвижной
фазы. Не меняя колонку с неподвижной фазой можно достигнуть элюирования различных анализируемых
веществ. Фактор удерживания можно сдвинуть в оптимальный диапазон, выбрав подвижную фазу, еще чуть сильнее или слабее (таблица 6). Таким образом, уравнение зависимости фактора удерживания от
параметров растворимости в подвижной и неподвижной фазах может служить хорошим (хотя и качественным) показателем поведения систем,
используемых в жидкостной хроматографии.
В начальный период развития жидкостной хроматографии использовали сорбенты,
www.mitht.ru/e-library
приготовленные подобно сорбентам для газовой
хроматографии. На частицы носителя механически
наносили пленку неподвижной фазы с той или иной
полярностью. К сожалению, колонки с такими сорбентами имели меняющиеся характеристики, и время их жизни было невелико.
При синтезе сорбентов для ВЭЖХ химическое
взаимодействие
предпочтительней, чем физическое. Поверхность
силикагеля обрабатывают различными хлорсиланами. При этом гидроксильные группы на его поверхности вступают в реакцию с этими
хлорсиланами. Полученные продукты называют
химически модифицированными кремнеземами.
Количество нанесенной неподвижной фазы
возрастает от С2-С3, до С18 , то есть время
удерживания возрастает приблизительно в два раза в ряду С2→С4→С8→С18. Если на силикагель привиты
бутил, октил, октадецил, то есть неполярные группы,
то такой сорбент используется в обращено-фазной
хроматографии. Если привита полярная группа
(например, аминогруппа), то такой сорбент используется в нормально-фазной хроматографии.
Использование параметра растворимости дает лишь приближенную оценку элюирующей силы
растворителей, используемых в качестве подвижной фазы. Другую более точную оценку предложил для
распределительной хроматографии Снайдер. Он ввел
параметр полярности Р для распределительной
хроматографии, который позволил количественно
оценить полярность большинства растворителей (таблица 6).
В основе классификации полярности подвижной
фазы в хроматографии жидкость-жидкость лежат
экспериментально найденные значения констант
распределения в хроматографии газ-жидкость. Для
этанола (e), 1,4-диоксана (d) и нитрометана (n), а
также |
н-октана |
( ) |
определены |
константы |
|
распределения |
для |
|
большого |
количества |
|
неподвижных фаз: |
|
|
|
|
|
P = lg Ke’’ + lg Kd’’ + lg Kn’’ , |
(34) |
|
|||
При этом первый член (этанол; lg Ke’’) отражает вклад донора протонов, второй член (1,4-диоксан; lg Kd’’) отражает вклад акцептора протонов, третий член (нитрометан; lg Kn’’) отражает вклад “сильного дипольного взаимодействия”.
Значение фактора удерживания в зависимости от параметр полярности Р можно найти, используя
уравнение (35): |
|
|
|
lg(k2/k1) = (P1 – P2)/2. |
(35) |
|
|
Чтобы получить оптимальной значение фактора |
|||
удерживания |
пользуются |
обычно |
смесью |
растворителей. |
Полярность |
смесей растворителей |
|
можно рассчитать по формуле |
|
|
|
Рij = Рi Ni +Рj Nj, |
(36) |
|
|
где Ni иNj - объемные доли.
При исследовании высокополярных и ионогенных соединений наблюдаются большая асимметрия
пиков, слишком малое или очень большое удерживания таких соединений. Устранение этих
явлений достигается введением в подвижную фазу в небольших количествах (0,01-2%) модификаторов.
Модификаторы могут блокировать наиболее активные центры неподвижной фазы, могут
www.mitht.ru/e-library