ЭЛЮИРУЮЩАЯ СИЛА РАСТВОРИТЕЛЯ И ЭЛЮОТРОПНЫЕ РЯДЫ
СОДЕРЖАНИЕ
1. Подвижная фаза для ВЭЖХ
1.1 Основные требования к растворителям
1.2 Элюирующая сила растворителя и элюотропные ряды
1.1 Элюотропные серии для адсорбционной хроматографии на силикагеле
1.3 Смеси растворителей
1.5 Очистка растворителей для ВЭЖХ
1.4 Селективность растворителя
Литература
ПОДВИЖНАЯ ФАЗА ДЛЯ ВЭЖХ
Роль подвижной фазы (растворителя) в жидкостной хроматографии весьма многообразна. Наряду с чисто транспортной функцией растворитель активно участвует в самом процессе разделения и оказывает существенное влияние на возможности детектирования. Часто незначительное изменение состава подвижной фазы дает возможность оптимизировать процесс, улучшить форму пиков, разрешение отдельных компонентов и даже изменить механизм разделения. Поэтому при выборе растворителей необходимо учитывать весь комплекс их свойств, в той или иной степени влияющих на проведение хроматографического эксперимента. Свойства растворителей для ВЭЖХ приведены в приложении 2. Данные по физико-химическим характеристикам растворителей в основном взяты из наиболее авторитетных источников.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАСТВОРИТЕЛЯМ
Растворители, применяемые в ВЭЖХ, должны удовлетворять следующим основным требованиям: чистота, химическая инертность, совместимость с детектором, достаточная растворяющая способность по отношению к анализируемым веществам, низкая вязкость, безопасность, доступность. В некоторых случаях существенное значение имеют смешиваемость с другими растворителями, температура кипения и возможность легкого извлечения вещества из элюата. Чистота растворителя в жидкостной хроматографии имеет очень большое значение, так как различные примеси в подвижной фазе влияют на все основные стадии процесса: подачу растворителя, разделение в колонке, детектирование и воспроизводимость результатов. Требуемая степень чистоты растворителя определяется выбранным вариантом разделения и используемой аппаратурой. Наличие примесей в растворителе может вызвать следующие типичные затруднения.
|
|
|
1. Ухудшение эффективности разделения и воспроизводимости результатов (пример — неконтролируемая влажность растворителя в адсорбционной хроматографии).
2. Сильное отклонение нулевой линии и образование ложных пиков при градиентном элюировании.
3. Ухудшение возможностей детектирования (примеры — примеси олефинов в парафиновых углеводородах при УФ-детектировании, примесь этанола в хлороформе при ИК-детектировании).
4. Порча сорбента: примеси оснований приводят к растворению силикагеля; примеси диенов и других лабильных соединений осмоляются и блокируют поверхность адсорбентов, особенно оксида алюминия; примеси карбонильных соединений реагируют с привитыми сорбентами, содержащими аминогруппу; пероксиды окисляют привитые фазы и полистирольные гели.
|
|
|
5. Загрязнение веществ, выделяемых из элюата. В препаративной хроматографии приходится выделять вещества из очень разбавленных растворов. При этом даже незначительные примеси или добавки, которые не мешают аналитическому разделению, могут концентрироваться в извлекаемом веществе, существенно снижая его чистоту.
6. Разложение или химическое изменение компонентов пробы (типичные примеры — гидролиз многих металлоорганических соединений, окисление лабильных веществ пероксидами или растворенным кислородом).
7. Коррозия аппаратуры (пример — примесь НСl в хлорсодержащих растворителях).
Химическая инертность. Все, что сказано выше о химически активных примесях, имеет гораздо большее значение применительно к химической активности самих растворителей. Дополнительно можно отметить, что такие классы соединений, как кетоны, алифатические и ароматические амины, следует применять с особой осторожностью и только в тех случаях, когда их трудно заменить более стабильными растворителями. Такие элюенты, как хлорорганические соединения, тетрагидрофуран и другие простые эфиры, следует использовать только свежеочищенными. Совместимость с детектором. Наиболее распространенными детекторами в настоящее время являются УФ-детекторы и дифференциальные рефрактометры. Возможность использования тех или иных растворителей в сочетании с УФ-детектором принято определять минимальной длиной волны, на которой при оптическом пути 10 мм падение интенсивности светового потока составляет 90%. Граничные длины волн, относящиеся к растворителям очень высокой степени очистки, приведены в приложении 2. Рассмотрение этих данных показывает, что с УФ-детектором практически не могут быть использованы такие растворители, как бензол, толуол, тетрахлорид углерода, диметилформамид и хлороформ, а также сложные эфиры и кетоны. С рефрактометрическим детектором в принципе можно применять любые растворители, но его чувствительность определяется разностью показателей преломления растворителя и анализируемого вещества. Поэтому при выборе растворителе следует учитывать его показатель преломления. Вязкость растворителя должна быть по возможности низкой, так как ее повышение ведет к ухудшению массопередачи, а тем самым и эффективности разделения, а также затрудняет работу насосов. При прочих равных условиях следует выбирать растворители, имеющие вязкость 0,5—0,7 мПа•с при температуре разделения. Безопасность работы с теми или иными растворителями определяется их воспламеняемостью и токсичностью. Практически все растворители, применяемые в ВЭЖХ, либо имеют весьма низкую температуру вспышки, либо в определенной степени токсичны. Поэтому помещение, в котором проводят работы по жидкостной хроматографии, должно иметь эффективную приточно-вытяжную вентиляцию. На рабочем месте недопустимы плохо продуваемые и застойные зоны, так как в них могут накапливаться пары растворителей, имеющие большую плотность чем воздух. Нижний предел взрываемости многих растворителей составляет 1—2%, поэтому в застойных зонах возможно образование взрывоопасной смеси. Во всех случаях следует выбирать наименее пожароопасные и токсичные растворители, руководствуясь соответствующими данными, приведенными в приложении. Так, диэтиловый эфир можно заменить диизопропиловым, а бензол — толуолом практически без ущерба для разделения. С нашей точки зрения, токсичность является более важным фактором, чем пожароопасность. При хорошей организации рабочего места и тщательном соблюдении правил техники безопасности опасность загорания практически исключена, а контакта с растворителем полностью избежать невозможно. Многие ароматические и хлорсодержащие растворители обладают способностью накапливаться в организме человека. По последним данным, некоторые из них, считавшиеся ранее малотоксичными (хлороформ, тетрахлорэтилен) являются канцерогенами, поэтому работа с этими растворителями требует осторожности. Следует отметить, что ПДК необходимо рассматривать с учетом температуры кипения растворителя: хотя метиленхлорид и хлорбензол имеют одинаковую ПДК (50 мг/м3), но при прочих равных условиях в случае низкокипящего метиленхлорида эта величина достигается значительно легче, чем для хлорбензола. Температура кипения — менее существенный фактор, чем характеристики, рассмотренные выше. Ее следует учитывать в основном в двух аспектах: в надежности работы насосов и детекторов и легкости выделения вещества из элюата. Низкокипящие растворители часто образуют пузырьки в насосах и детекторах. При использовании наиболее распространенных в настоящее время плунжерных насосов вероятность образования пузырьков тем больше, чем выше давление паров растворителя и скорость плунжера в фазе всасывания. Наличие пузырьков в насосе резко снижает точность подачи растворителя, а пузырьки в детекторе вызывают сильный шум и нестабильность нулевой линии. Для предотвращения этого явления проще всего применять растворители, температура кипения которых по крайней мере на 20—50.°Свыше комнатной. С другой стороны, при необходимости препаративного выделения вещества нецелесообразно использовать высококипящие растворители. Смешиваемость с другими растворителями необходимо учитывать при работе в режиме градиентного элюирования и при подготовке анализируемого образца с использованием предварительного экстракционного разделения. Следует помнить, что подвижная фаза в ВЭЖХ всегда должна быть гомогенной. Однако такие важные полярные растворители, как метанол и ацетонитрил, ограниченно смешиваются с гексаном. Для расширения диапазона концентраций, соответствующих гомогенным смесям, гексан заменяют на циклогексан или изооктан. Полная смешиваемость в подобных системах достигается заменой полярного компонента на этанол или изопропанол.
|
|
|
|
|
|
ЭЛЮИРУЮЩАЯ СИЛА РАСТВОРИТЕЛЯ И ЭЛЮОТРОПНЫЕ РЯДЫ
Взаимодействие растворителя с растворенным веществом определяется комплексом четырех основных типов межмолекулярных взаимодействий: дисперсионного, индукционного, донорно-акцепторного (включая образование водородной связи) и диэлектрического (сольватация ионов). Суммарный эффект всех типов взаимодействий определяет полярность растворителя, а преимущественное проявление какого-либо из них — его селективность. В процессе развития жидкостной распределительной хроматографии предлагались различные способы оценки относительной полярности растворителей. В качестве меры полярности, принят параметр Р’, который позволяет заметно надежнее оценивать относительную активность растворителей, чем широко используемый ранее параметр растворимости Гильдебранда. Полярность растворителя определяет его элюирующую силу: в адсорбционной и нормально-фазной распределительной хроматографии с увеличением полярности элюирующая сила растворителя возрастает, а в обращенно-фазной — снижается. Чем больше элюирующая сила подвижной фазы, тем меньше коэффициент емкости для данного вещества на данном сорбенте. Расположение растворителей в соответствии с возрастанием их элюирующей силы называют элюотропным рядом. В адсорбционной хроматографии общепринятым является элюотропный ряд Снайдера. Растворители, перечисленные в приложении 2, расположены в соответствии с этим рядом. Мерой элюирующей силы растворителя служит величина ε°, экспериментально определенная для ряда растворителей на оксиде алюминия в сравнении с n-пентаном (ε°=0). Величина ε° пропорциональна разности удельных энергий взаимодействий растворителя и пентана с чистой поверхностью адсорбента. Для силикагеля значения ε° в среднем в 1,25 раза ниже, чем для оксида алюминия.
Таблица 1.1 Элюотропные серии для адсорбционной хроматографии на силикагеле
ε° I II III
0,00 Пентан Пентан Пентан
0,05 Изопропилхлорид Дихлорэтан(3%) — Бензол (4%) — пентан
(4,2%) —пентан Пентан
0,10 Изопропилхлорид Дихлорэтан(7%) — Бензол (11%) — пентан
(10%) —пентан пентан
0,15 Изопропилхлорид Дихлорэтан(14%) — Бензол (26%) — пентан
(21 %) — пентан пентан
0,20 Эфир (4%) —пентан Дихлорэтан(26%) — Этилацетат(4%) —
Пентан пентан
0.25 Эфир (11%) — Дихлорэтан(50%) — Этилацетат(11%)—
пентан пентан пентан
0,30 Эфир (23%) — Дихлорэтан(82%) — Этилацетат (23%) —
пентан пентан пентан
0,35 Эфир (56%) — Ацетонитрил (3 %) — Этилацетат (56%) —
пентан бензол пентан
0,40 Метанол (2 %) — Ацетонитрил (11%) —
эфир бензол
0.45 Метанол (4%) — Ацетонитрил (31 %)—
эфир бензол
0,50 Метанол (8%) — Ацетонитрил
эфир 0,55 Метанол (20%) —
эфир 0,60 Метанол (50%) —
Примечание. Указано содержание сильного растворителя (в % об.), в элюенте.
———————————————
Выведенный элюотропный ряд справедлив для всех сорбентов оксидного типа и, в общем случае, практически совпадает с рядом, построенным по возрастанию диэлектрической проницаемости растворителей. Для адсорбционной хроматографии разработаны также элюотропные серии (I—III), представляющие собой смеси растворителей с постепенно возрастающей элюирующей силой. Примеры таких серий приведены в табл. 1.1. Влияние элюирующей силы растворителя на k' ориентировочно можно оценить по следующим соотношениям: k' изменяется в 2,2—3 раза при измерении Р' на единицу (распределительная хроматография) и в 3—4 раза—при изменении ε° на 0,05 (адсорбционная хроматография).
СМЕСИ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
В практической работе индивидуальные растворители (за исключением эксклюзионной хроматографии) применяют редко, так как использование смесей растворителей резко расширяет возможности жидкостной хроматографии. Это относится и к регулированию элюирующей силы подвижной фазы. B распределительной хроматографии полярность смеси растворителей А (слабый растворитель) и В (сильный растворитель) можно легко рассчитать по формуле
Pсм'=VaPа'+VbPb',
где Va и Vb — объемная доля; Р'а и Р'b — полярность растворителей А и В соответственно. В адсорбционной хроматографии уже небольшие добавки растворителя В существенно увеличивают элюирующую силу, а при дальнейшем увеличении его концентрации элюирующая сила асимптотически приближается к величине ε0 растворителя В. Следует отметить, что в адсорбционной хроматографии лучше использовать смеси растворителей с достаточно близкими значениями ε°. В противном случае часто наблюдаются «вторичные эффекты» растворителя, существенно снижающие воспроизводимость результатов. Более детально оптимизация состава смешанного растворителя рассмотрена в разделах, посвященных отдельным вариантам ВЭЖХ.
СЕЛЕКТИВНОСТЬ РАСТВОРИТЕЛЯ
При анализе многокомпонентных смесей, содержащих соединения различной химической природы, часто наблюдается перекрывание некоторых тиков. Наилучшим способом оптимизации разделения в этом случае является изменение селективности подвижной фазы при той же самой элюирующей силе. Селективность растворителей определяется соотношением вкладов различных типов межмолекулярных взаимодействий в системе растворитель — вещество. На предложенной Снайдером треугольной диаграмме растворители разбиты на восемь групп, различающихся по типу селективности (рис.1.1). Крайние группы I, II, V я VIII имеют наиболее ярко выраженную селективность: в группу I ходят акцепторы протонов (простые эфиры, амины), в группу VIII—доноры протонов (хлороформ, вода, м-крезол), в группу II—доноры-акцепторы (спирты) и в группу V—растворители, предпочтительно взаимодействующие с веществами, имеющими большой дипольный момент (метиленхлорид, дихлорэтан), Растворители группы VII (ароматические соединения, нитроалканы) характеризуются повышенным взаимодействием с акцепторами электронов. Принадлежность растворителя к определенной группе также указана в приложении 2.
Рис. 1.1 Группы селективности растворителей:
Xe — протоноакцепторные свойства; Xd — протонодонорные свойства; Хn — дипольвое взаимодействие
Селективность подвижной фазы изменяют путем замены растворителя В, использованного для получения необходимой элюирующей силы, на растворитель, относящийся к другой группе, и подбора такой его концентрации, которая обеспечивал бы ту же элюирующую силу подвижной фазы. В различных видах жидкостной хроматографии решение этой задачи имеет свои специфические особенности, рассмотренные в соответствующих разделах.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1224; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!