Навигация
СЕЛЕКТИВНОСТЬ РАСТВОРИТЕЛЯ
28095
знаков
1
таблица
0
изображений
1.4 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.
1.5 ОЧИСТКА РАСТВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ ВЭЖХ
Хорошо известно, что абсолютно чистых веществ в природе не бывает. Поэтому к вопросу о чистоте растворителя следует подходить разумно. Одни и те же примеси в разных условиях могут либо вообще не влиять на результат, либо сделать анализ невозможным. Так, незначительная примесь олефинов в алкановом растворителе совершенно не мешает при работе с рефрактометром, но практически не позволяет проводить детектирование УФ-детектором при длине волны менее 260 нм. Напротив, даже заметная добавка гептана к гексану не окажет никакого влияния на сигнал УФ-детектора, но исказит количественные данные рефрактометра. В адсорбционной хроматографии особое значение имеет тщательная осушка растворителей, так как даже небольшое изменение содержания воды в подвижной фазе может заметно изменить k' и степень разделения компонентов. Требования к чистоте растворителя при градиентном элюировании значительно выше, чем при изократическом. В процессе градиентного элюирования примеси, содержащиеся в растворителях, концентрируются в начале колонки и вымываются из нее по мере возрастания элюирующей силы подвижной фазы. При этом наблюдается сильный дрейф нулевой линии, а некоторые примеси элюируются узкими зонами и регистрируются детектором в виде самостоятельных пиков. В изократичеоком режиме примеси в начале эксперимента также могут концентрироваться на сорбенте, но в системе достаточно быстро устанавливается динамическое равновесие, и нулевая линия выравнивается на каком-то определенном уровне сигнала детектора. Этот сигнал во многих случаях можно скомпенсировать электрически, но при этом соответственно уменьшается линейный динамический диапазон детектора. Не менее важной является очистка растворителей от механических примесей (пыль из атмосферы, частицы адсорбентов и т.п.), которые забивают фильтры и нарушают нормальную работу насосов. Для удаления этих примесей растворители необходимо фильтровать через фильтры с размером пор приблизительно 0,5 мкм. Основными методами очистки растворителей являются перегонка и адсорбционное отделение примесей. Часто для достижения требуемой чистоты достаточно простой перегонки. Однако и в тех случаях, когда необходима адсорбционная очистка, целесообразно сначала высушить и перегнать растворитель. При этом на том же количестве адсорбента можно получить заметно больше очищенного продукта. Общей проблемой для всех растворителей является удаление влаги. Многие растворители образуют с водой азеотропные смеси, что позволяет отделить основное количество воды отгонкой смеси. Для полного удаления влаги используют молекулярные сита — цеолиты типа NaA (4А) или КА (3А), которые предварительно активируют прокаливанием в муфельной печи при 420—450 °С. Адсорбционную очистку проводят методом классической колоночной хроматографии. В качестве адсорбентов используют оксид алюминия и силикагель с большой удельной поверхностью (например, КСМ-5) и размером зерна 0,1—0,5 мм. Сорбенты предварительно сушат в течение нескольких часов при 250—300 °С и 160—180 °С. Обычно применяют стеклянные колонки достаточно большой вместимости с отношением высоты к диаметру в пределах 20—30 и краном, работающим без смазки. Наилучшие результаты достигаются на колонках с двумя слоями сорбента: нижнюю половину колонки набивают оксидом алюминия, а верхнюю—силикагелем. На колонке, содержащей по 100 г этих адсорбентов, в зависимости от их активности и содержания примесей можно очистить 300—600 мл неполярных растворителей и в полтора — два раза меньше полярных растворителей типа хлороформа или тетрагидрофурана. Качество очистки обычно контролируют по пропусканию в УФ-области. Как правило, первая порция (20—50 мл) растворителя имеет недостаточную чистоту, и ее возвращают в верхнюю часть колонки. Более полярные растворители, расположенные в элюотропном ряду Снайдера ниже этилацетата, данным методом очищать нельзя. Очищенные растворители хранят в тщательно закрытых толстостенных бутылях из темного стекла, в которые добавляют 10—20 г активного цеолита. Из бутылей с растворителями, склонными к окислению, целесообразно перед закрыванием удалить воздух продувкой сухим аргоном или азотом. Тщательная очистка растворителей — достаточно сложный и трудоемкий процесс, и ее следует проводить только в той степени, в которой это действительно необходимо. Алифатические углеводороды очищают от непредельных соединений обработкой смесью концентрированных серной и азотной кислот с последующей отмывкой дистиллированной водой до нейтральной реакции и осушкой. Высушенные растворители перегоняют. Описан также метод удаления олефинов колоночной хроматографией на силикагеле, пропитанном нитратом серебра. Сорбент готовят следующим образом: на высушенный силикагель с размером зерен 100—300 мкм наносят нитрат серебра из 10%-ного водного раствора (аналогично нанесению неподвижной жидкой фазы в газовой хроматографии) и сушат при 125 °С. Из этой группы растворителей наиболее употребительным является гексан.
Хлорсодержащие углеводороды часто содержат микропримеси хлороводородной кислоты, образующейся при их хранении, под действием которой сильно коррозируют металлические детали и разрушаются адсорбенты. Кислоту удаляют адсорбционной очисткой на щелочном оксиде алюминия. Среди хлорсодержащих растворителей особой лабильностью отличается хлороформ, который легко разлагается под действием света с образованием фосгена. Для замедления этой реакции хлороформ стабилизируют добавкой 0,5—1% этилового спирта. Таким образом, в хлороформе обычно одновременно присутствуют примеси НСl, этилового спирта и фосгена. Для их удаления продажный хлороформ промывают водой и перегоняют, отделяя основное количество воды в виде азеотропной смеси. Перегнанный хлороформ наливают в бутыль из темного стекла и добавляют 5—10% (об.) активного цеолита СаА (5А). Непосредственно перед употреблением растворитель еще раз перегоняют. Общим правилом при работе с хлорсодержащими углеводородами является использование только свежеперегнанных растворителей. Их смеси с другими растворителями также готовят в расчете на суточную потребность. Простые эфиры, особенно циклического строения, легко окисляются воздухом с образованием пероксидов. Присутствие последних крайне нежелательно, так как они разрушают сорбенты с привитой фазой и полимерные сорбенты, а также окисляют лабильные компоненты анализируемых смесей и поглощают в УФ-области. Наиболее часто из растворителей этого класса применяют тетрагидрофуран, обычно стабилизированный гидрохиноном. Перед перегонкой проверяют наличие пероксидов в тетрагидрофуране. К 1 мл растворителя прибавляют 1 мл. 10%-ного раствора KI или Nal в ледяной уксусной кислоте. При низкой концентрации пероксида раствор окрашивается в желтый цвет, а при высокой — в коричневый. При заметном содержании пероксидов во избежание взрыва при перегонке их удаляют кипячением с 0,5% Cu2Cl2 в течение 30 мин. Тетрагидрофуран после удаления пероксида хранят над твердым КОН (10—15% об.) в плотно закрытой бутыли из темного стекла в атмосфере инертного газа и перегоняют непосредственно перед. применением. Чистота полученного растворителя вполне достаточна для проведения эксклюзионной хроматографии на полужестких полистирольных гелях при детектировании рефрактометром. В других вариантах, особенно при работе с УФ-детектором, может потребоваться дополнительная адсорбционная очистка. В частности, обработка тетрагидрофурана и диизопропилового эфира цеолитами NaX и СоХ позволяет удалить до 90—99% пероксидов. Относительно недавно для замены диэтилового и диизопропилового эфиров предложен новый растворитель — метил-трет-бутиловый эфир, который практически не образует пероксидов. Этот растворитель, видимо, найдет широкое применение в препаративной жидкостной хроматографии, так как устраняется опасность загрязнения выделяемых веществ продуктами окисления растворителя. Следует еще раз подчеркнуть, что при перегонке растворителей, склонных к образованию пероксидов, необходимо тщательно соблюдать технику безопасности. Перегонку следует вести на водяной или силиконовой бане, не допуская перегрева растворителя. В колбу обязательно должны быть внесены свежие инициаторы кипения (лучше всего кусочки стеклянных фильтров или пористого фторопласта); перегонку необходимо прекращать, оставляя в кубе не менее 1/5 объема загрузки. Кубовый остаток можно прибавить к свежей порции растворителя, подготовленной для химического удаления пероксидов. Ацетонитрил очищают от примесей, поглощающих в УФ-области, кипячением с перманганатом и перегонкой. В колбу вместимостью 2 л помещают 1,5 л ацетонитрила и 30 г КМnO4, кипятят с обратным холодильником 1 ч и перегоняют с дефлегматором, отбирая фракции по 200 мл. Когда в кубе останется около 200 мл продукта, перегонку прекращают. Остаток можно смешивать с новой порцией растворителя. Первую фракцию отбрасывают, а остальные проверяют на поглощение в УФ-области. Для этого заполняют рабочую кювету УФ-детектора по очереди водой высшей очистки и испытуемым растворителем (сравнительная кювета заполнена воздухом). Чем меньше при этом разница показаний самописца, тем выше качество растворителя. Обычно при такой очистке получают около 1 л ацетонитрила, пригодного для работы в градиентном режиме при 254 нм. Значительно более сложная многостадийная процедура, обеспечивающая получение растворителя с ограниченной длиной волны <200 нм, описана в работе. Изопропанол чаще всего используют как модификатор в адсорбционной хроматографии. Поэтому наиболее опасной примесью в нем является вода. Изопропанол образует с водой азеотропную смесь, кипящую при 80,3 °С и содержащую, по разным данным, 9—12% воды. При небольшой концентрации воды в исходном продукте ее легче всего удалить путем отгонки смеси. Если же содержание воды выше 5—6%, то растворитель сначала сушат над безводным сульфатом натрия. Для удаления следов воды изопропанол выдерживают над цеолитом NaA.
Метанол. Наиболее трудно отделяемой примесью в метаноле является ацетон, который лучше всего удалять обработкой гипоиодитом натрия NaOI. Раствор 25 г иода в 1 л метанола медленно вливают при перемешивании в 500 мл 1 М раствора NaOH и добавляют 150 мл воды. Через 6—10 ч отфильтровывают образовавшийся йодоформ и кипятят фильтрат с обратным холодильником до исчезновения запаха йодоформа. Большинство примесей, в том числе и основную массу воды, удаляют перегонкой. Для получения очень сухого продукта его выдерживают над цеолитами NaA или КА. Вода представляет собой важнейший растворитель в обращенно-фазной и ионообменной хроматографии. Основными примесями в воде, которые мешают проведению хроматографического процесса, являются различные соли и микропримеси углеводородов и других органических соединений. Присутствие солей недопустимо в ионообменной хроматографии, а примеси органических соединений вызывают существенные затруднения в обращенно-фазной хроматографии (особенно в градиентном элюировании) при использовании флуоресцентного и УФ-детекторов. В литературе описано много различных методов очистки воды. Для удаления минеральных солей, видимо, наилучшим является деионизация на ионообменниках с последующей перегонкой в кварцевой посуде. Удовлетворительная очистка от органических загрязнений достигается фильтрацией деионизированной воды через активированный уголь. Для высшей степени очистки воду пропускают через колонку с обращенно-фазным сорбентом, которую потом регенерируют промывкой метанолом, ацетонитрилом или тетрагидрофураном. Очень эффективным является также жесткое УФ-облучение. В обращенно-фазной хроматографии воду обычно используют в виде смесей с полярными органическими растворителями. Поэтому практически важно знать об особом свойстве таких смесей — аномально высокой вязкости.
Таблица 1.2 Максимальная вязкость органических растворителей с водой
Органический η20, (м2/с)105 Содержание органи- η20, (м2/с)105
компонент ческого компонента в
смеси с водой, % (об).
Ацетон 0,32 10 1,2
Ацетонитрил 0,38 10 1.1
Этанол 1,20 40 2,8
Метанол 0,60 40 1.8
Таблица 1.3. Вязкость водно-органических смесей
| Содержание органического компонента в смеси с водой, % (об) | η25 смеми, (м2•с)105 | |
| метанол | ацетонитрил | |
| 0 20 40 60 80 100 | 0,89 1,26 1,42 1,40 1,01 0,57 | 0,89 0,91 0,98 0,76 0,58 0,34 |
В табл.1.2 приведены составы водно-органических смесей,. которым соответствует максимальная вязкость при 20 °С, а в табл. 6.3 — значения вязкости смесей воды с метанолом и ацетонитрилом в широком диапазоне концентрации при 25 °С. Данные таблиц показывают, что вязкость водно-органических смесей при определенных концентрациях существенно вышe, чем у индивидуальных компонентов. Это явление приводит к возрастанию сопротивления колонки и соответствующему повышению давления на ее входе, а также ухудшает разделение за счет снижения коэффициента диффузии.
Литература
1. Kucera P.J. Chromatogr, 1980, v. 198, p. 93—109.
2. Bowermaster J., McNair Я.J. Chromatogr, 1983, v. 279, p. 431—438.
3. Scott R. P.F.Adv. Chromatogr., 1983, v. 22, p. 247—294.
4. Van der Berg J. H.M., Horsels H.W.M., Groenen R.J.Af./Chromatogra-phia, 1984, v. 18, No. 10, p. 574—578.
5. Freebairn K.W., Knox J.Я./Chromafographia, 1984, v. 19, No. 1, p. 37—47.
6. Schoenmakers P., Billiet H.A.H., DeGalan L.J. Chromatogr, 1981, v. 205, p. 13—30.
7. Jandera P., Churacek J.J. Chromatogr, 1980, v. 192, No. 1, p. 19—36.
Похожие работы
... хроматограф с персональным компьютером (8), который осуществляет не только сбор и обработку информации, но и управляет прибором. [11] 3. Колоночный вариант Разделение смеси веществ в жидкостно-жидкостной хроматографии основываются на различии коэффициентов распределения вещества между несмешивающимися растворителями. Коэффициент распределения вещества равен: Кп,н=сп/сн где сп и сн — ...
... щелочноземельных элементов и магния методом ионной высокоэффективной жидкостной хроматографии Разработка и совершенствование методов, позволяющих решать задачи анализа вод- важная проблема аналитической химии. Развитие высокоэффективной жидкостной хроматографии высокого давления стимулировало развитие нового направления в ионообменной хроматографии- так называемой ионной хроматографии. Синтез ...
... и описание метода проведения эксперимента Целью курсовой работы является экспериментальное исследование зависимости свойств сорбентов на основе силикагеля от пористости структуры и химической природы поверхности («привитой фазы») методом обращено-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографии (далее по тексту ОФ ВЭЖХ). ОФ ВЭЖХ - вариант распределительной хроматографии, в котором используют ...
... могут разрушиться при превышении допустимого для них рабочего давления. Одним из последних достижений является новая конструкция насосной системы, разработанная фирмой «Хьюлет Пакард» (США) для жидкостного хроматографа модели 1090. В этой весьма сложной системе разделены функции точного дозирования жидкости и создания необходимого давления, что в частности, устраняет влияние сжимаемости жидкости ...
0 комментариев