приховати рекламу

Сорбенти

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Сорбенти
Сорбенти, використовувані для хроматографії, ділять на кілька груп, кожна з яких, у свою чергу, підрозділяється на типи. Класифікація сорбентів може грунтуватися на ряді ознак. Загальноприйнятим є поділ сорбентів на групи за хімічною природою матриці (основи) сорбенту, а за типами - за методом хімічної обробки матриці, що робить її придатною для використання в певному вигляді хроматографії.
Основними групами сорбентів є: 1) поверхнево-пористі сорбенти, які становлять непроникне для розчинника тверде ядро ​​зі скла, на поверхню якого занесений тонкий шар пористого абсорбенту, зазвичай силікагелю, 2) пористі сорбенти на основі силікагелю, 3) пористі сорбенти на основі оксиду алюмінію ; 4) пористі сорбенти на полімерній основі.
Сорбенти першої групи були історично перше, стимулювати швидке зростання ВЕРХ. Вони являють собою скляні мікрошарікі розміром 35-50 мкм, на поверхні яких різними способами закріплюється шар силікагелю або оксиду алюмінію товщиною в 1-2 мкм. Цей шар кет або використовуватися для розділення методом адсорбційної хроматографії, або модифікуватися нанесенням рухомої фази. Нанесення фази можливо динамічним методом з розчинника, методом випаровування розчину фази, як у ГХ; наноситися можуть індивідуальні речовини або ж полімери; нарешті, фазами можуть служити хімічно щеплені плівки як у вигляді моношарів (щіткові сорбенти), так і у вигляді полімерних плівок різної товщини .
Створення цих сорбентів, називалися також пеллікулярнимі, дозволило заповнювати сухим способом досить довгі ефективні колонки і проводити поділу різного типу досить швидко. Зазвичай ефективність становила для колонок довжиною 1-2 м 2-4 тис. т.т. при тривалості аналізу 20-80 хв. Недоліки фізично завданих фаз стимулювали швидкий розвиток методів хімічної щеплення фаз, далі широко використовувалися для інших груп сорбентів.
Поряд з достоїнствами поверхнево-пористих сорбентів (можливість упаковки в колонки сухим способом, легкість фракціонування, широкий асортимент щеплених і нанесених фаз) виявилися їхні серйозні недоліки. Головними слід вважати малу ємність по пробі, пов'язану з малою поверхнею сорбенту в колонці (основний обсяг сорбенту займає непористі ядро, не бере участь у поділі), велика гідравлічний опір довгих колонок, їх малу продуктивність і швидку перевантаження в препаративної роботі, складну технологію отримання сорбентів і їх високу ціну, недостатню ефективність колонок і тривалість аналізу.
В даний час поверхнево-пористі сорбенти практично не використовують для аналітичної роботи. Єдина область застосування, яка для них зараз залишилася, - це використання в предколонках. Предколонкі встановлюють перед аналітичної колонкою для уловлювання необоротно сорбуємість забруднень з проб, особливо в медицині та біології. Однак незважаючи на легкість перенаповнення сухим способом таких предколонок, їх мала ємність по домішках в порівнянні з пористими мікрочастинками і, отже, необхідність частого перенаповнення з великою витратою часу та сорбенту дозволяють засумніватися в доцільності їх використання і в цій галузі.
Подальше швидкий розвиток ВЕРХ базувалося на новому поколінні сорбентів: мікрочастинках діаметром від 3 до 10 мкм, головним чином на основі силікагелю, частково - оксиду алюмінію, а останнім часом на основі пористих полімерів.
Силікагель, його структура і хімія поверхні
Силікагель представляє собою майже чистий діоксид кремнію SiO2, однак технічні його сорти містять домішки. Силікагель завжди містить великі, або менші кількості адсорбованої води (на цьому засноване його широке використання в якості осушувача). Крім того, технічний силікагель містить інші оксиди, перш за все оксид алюмінію, також заліза, який надає технічний силікагель жовтуватий або навіть коричневий колір. Силікагель має різну поверхню, складову зазвичай 100-600 м 2 / г, і значний обсяг часу (0,5-1,2 мл / г) з переважанням пір діаметром від 5 до 15 нм.
Силікагель отримують різними способами, що дозволяють варіювати його чистоту та інші властивості. Найбільш загальним є метод отримання силікагелю з так званого рідкого скла, що представляє собою натрієву сіль полікремнієвої кислоти, шляхом його обробки кислотами з подальшим висушуванням утворюється полікремнієвої кислоти, розлом получающегося кускового силікагелю і виділенням жной фракції розсіюванням. Такий метод був історично першим, що використовувалися для отримання силікагелю, застосовуваного в колоночной (класичної) та тонкошарової хроматографії. На базі такого ж силікагелю були отримані перші сорбенти спеціально для ВЕРХ типу партісіл (фірма «Ватман») і ліхросорб (фірма «Мерк»). Отримували їх шляхом сепарування на спеціально розроблених повітряних сепараторах силікагелю для ТШХ.
Надалі були розроблені способи отримання силікагелів спеціально для ВЕРХ шляхом спрямованого формування у процесі синтезу силікагелю мікросфер потрібної фракції з переважанням частинок розміром 3-12 мкм (фірми Дюпон »,« Мерк »,« Мечері-Негеле »,« Фейз Сепарейшн »,« Сепарейшенс Груп »,« Шендон Саусерн »та ін) під торговими марками відповідно зорбакс, ліхросфер, нуклеосом, сферісорб, видак, хайперсіл. Регулюванням процесів формування микросферические силікагелю і його затвердіння, сушіння подальшої хімічної обробки виходить широка гама сорбентів для ВЕРХ грануляція 3, 5, 7 і 10 мкм з вузьким фракційним складом. Якщо процес формування не дозволяє отримати одразу вузьку фракцію мікросфер, їх піддають повітряному сепарування, так само як і розмелений кусковий силікагель.
В даний час різні фірми виробляють більше 200 сорбенгов для ВЕРХ на основі силікагелю як з неправильною формою часток, так і у вигляді мікросфер. Асортимент їх безперервно розширюється за рахунок появи нових щеплених фаз до відомих силікагелем для ВЕРХ або ж нових варіантів щеплення тих же фаз, появи нових сілікагелевих матриць з більш широкими порами або більш вузько сепарованих, появи нових фірм-виробників.
Питання про те, чи є частинки сферичної форми кращими в порівнянні з частинками неправильної форми і забезпечують вони одержання яких-небудь особливих переваг, обговорювалося багатьма авторами, однак жодних переконливих доказів більшої ефективності, стабільності, проникності більш дорогих мікросферичних сорбентів представлено не було. Проте слід зазначити, що велика частина знову з'являються сорбентів має форму мікросфер.
Хімія поверхні силікагелю для ВЕРХ незалежно від способу його отримання приблизно одна і та ж. Поверхневий шар силікагелю, який надалі працює як адсорбент або ж є тією матрицею, до якою щеплять хімічно нерухому фазу, можна уявити собі таким чином (рис. 4.1). На поверхні силікагелю, таким чином, можна виявити кілька видів груп, здатних до взаємодії з речовинами в процесі подальшого хроматографічного аналізу або в процесі щеплення нерухомої фази. Перш за все, це може бути силанольних група з вільним гідроксилом (тип I). По-друге, це може бути силанольних група, вільний гідроксил якої утворює з сусіднім атомом кисню за рахунок його неподіленої пари електронів водневий зв'язок (тип II), при цьому утворюється стійкий шестичленна цикл. По-третє, це може бути силоксанових місток, який утворюється за рахунок відщеплення молекули води від двох силанольних груп (тип III). Останній тип зв'язку може за рахунок оборотної реакції гідролізу перетворитися у дві гідрофільних силанольних групи (тип I).
Кількість груп як силанольних, так і силоксанових на одиницю маси силікагелю залежить від ряду факторів. Так, чим більше питома поверхня силікагелю (вона змінюється в межах від 1000 до 15 м 2 / г), тим більше груп обох типів знаходиться на сорбенті у колонці і, отже, сильнішою утримування взаємодіючих з ними речовин. Далі, в процесі отримання силікагелю він піддається сушінню, від тривалості та умов якої залежить співвідношення силоксанових і силанольних груп. При сушінні гелю полікремнієвої кислоти - вихідного продукту для силікагелю - спочатку йде поліконденсація з виділенням води і утворенням жорсткого скелету силікагелю. При нагріванні до 200 ° С вся фізично сорбированная вода видаляється, а поверхня залишається повністю гідроксильоване, тобто кількість силанольних груп буде максимальним, а силоксанових - мінімальним. Якщо продовжити нагрівання, гідрофільних силанольних групи почнуть відщеплювати воду з утворенням силоксанових груп; цей процес закінчується приблизно при 1000 ° С. Подальше нагрівання призводить до спікання частинок силікагелю із зменшенням як об'єму пор, так і розміру частинок, а потім і до плавлення з утворенням кварцу.
Гідрофільних силанольних групи, розташовані на поверхні силікагелю, мають слабокислими властивості і здатні тому сильніше утримувати речовини з основними властивостями. Силоксанових групи можуть у процесі роботи за рахунок гідролізу переходити в гідрофільних силанольних, що змінює властивості поверхні сорбенту та утримування речовин.
Оксид алюмінію
Оксид алюмінію, що застосовується у якості сорбенту як в газовій, так і в рідинної хроматографії, отримують шляхом дегідратації при висушуванні гідроксиду алюмінію (III). Залежності від умов дегідратації отримують ряд форм - модифікацій кристалічної форми оксиду алюмінію, з яких для хроматографії використовують гамма-оксид алюмінію.
Застосовуваний для хроматографії оксид алюмінію відповідає формула, в якої на дві молекули оксиду доводиться молекула води. Його поверхня і структура схожі на сілікагелeвие, однак не ідентичні і забезпечують у ряді випадків селективність, що відрізняється від селективності силікагелю. Поверхневі гідроксили оксиду алюмінію більш міцні і повністю видаляються навіть при 1000 ° С. Зворотній гідратація поверхні при кімнатній температурі протікає повільно. Іони алюмінію на відміну від іонів кремнію здатні взаємодії з багатьма молекулами поділюваних речовин влоть до незворотної сорбції деяких молекул) і дають ої внесок у утримування.
Хоча оксид алюмінію широко і давно використовують у колоною і тонкошарової хроматографії, його застосування в ВЕРХ має обмежений характер. Це пов'язано з тим, що мікрочастинки оксиду алюмінію випускають не всі фірми-виробники сорбентів, а щеплені фази на цій основі не випускаються зовсім. Проте в деяких випадках, коли потрібно селективність, відмінна від селективності силікагелю, оксид алюмінію застосовують. Його також використовують і в тих випадках, коли потрібно перейти до ВЕРХ від методики ТШХ, розмотаної на пластинках з оксидом алюмінію.
Щеплені сорбенти на основі силікагелю для нормально-фазної і обернено-фазною хроматографії
Сорбенти з хімічно щепленими фазами на основі силікагелю з'явилися пізніше сорбентів, на які нерухома фаза (у вигляді індивідуальних речовин або, частіше, полімерів різної структури і полярності) наносилася фізично, тобто аналогічно тому, як фазу наносили і продовжують наносити в газорідинної хроматографії. Завдана фаза досить швидко змивається розчинником (набагато швидше, ніж вона випаровується або змінюється в газорідинної хроматографії), параметри утримування постійно змінюються, препаративно збираються фракції забруднюються фазою. Використання розчинника, насиченого нерухомою фазою, дозволило трохи підвищити стабільність таких сорбентів і колонок, проте більшість недоліків при цьому залишилося.
Ці проблеми можна вирішити, якщо хімічно прищепити органічну нерухому фазу до сілікагелевой матриці. Гідрофільних силанольних групи, що знаходяться у великій кількості на поверхні силікагелю (особливо повністю гідроксильованого), мають слабокислими властивостями і досить легко вступають у численні реакції. Перші з отриманих таким шляхом прівітофазних сорбентів, названих «щіткові» (щеплені молекули, як щетина в щітці, покривали поверхню силікагелю), виготовляли етерифікацією сіланол спиртами з утворенням простий ефірного зв'язку. Однак оборотність реакції, особливо в кислому і лужному середовищах і в присутності водних рухомих фаз, у великій мірі обмежувала як термін роботи таких сорбентів, так і області їх застосування.
Пізніше були розроблені методи отримання щеплених фаз різного типу з використанням набагато більш міцних і стійких до гідролізу зв'язків Si-О-Si і Sj-С. Практично всі наявні в продажу прівітофазние сорбенти відносяться до цього типу, їх більше 200. Прищепити хімічно фазу до силікагель може будь-який висококваліфікований хімік-органік за наявними прописами. Однак приготувати сорбент, відтворений від партії до партії, надзвичайно важко, це не завжди вдається навіть володіє як патентами, так і «ноу-хау» лабораторіям і виробництвам фірм-виробників. Ще більш проблематичною є спроба відтворити в лабораторії якийсь фірмовий сорбент за наявними літературним і патентним даними; безліч нюансів у підготовці вихідного силікагелю, розчинників і реагентів, проведенні реакції, видаленні непрореагіровавшіх реагентів і побічних продуктів зводять шанси на успіх майже до нуля. Точно так само проблематичним є використання при відтворенні описаних в літературі розділень «аналогів» сорбентів інших форм, що в першу чергу відноситься до складних поділам і використанню обернено-фазних сорбентів. Сказати «використовувався обернено-фазний сорбент, який представляє собою октадецілсілан, щеплений до силікагель», - значить не сказати майже нічого, якщо не вказана фірма-виробник. Численні описані в літературі випадки інверсії порядку виходу піків сумішей на різних сорбентах «С18 на силікагелі» та інших або навіть повної адсорбції ряду речовин на іншому сорбенті підтверджують цей факт.
Тим не менш щеплено-фазні сорбенти зараз найбільш популярні, незважаючи на їх високу вартість і зазначені недоліки. Більше 60% розділень методом ВЕРХ (за іншими даними-більше 70%) виконують з використанням тільки обернено-фазних щеплених сорбентів, основним з яких є сорбент з прищепленої фазою C18.
Можна відзначити наступні переваги, які забезпечують переважне використання щеплених сорбентів на основі силікагелю: механічна стійкість до високого тиску, відсутність переходу прищепленої фази в розчинник в процесі хроматографічного розділення (якщо не протікають реакції, що призводять до хімічного отщеплению прищепленої фази); стійкість до дії розчинників, температури , води, рН; швидкість встановлення рівноваги при зміні елюента, що забезпечує оперативність роботи і можливість працювати в градієнтному режимі з швидким поверненням до початкового режиму; можливість варіювати в широких межах селективність за рахунок зміни ступеня щеплення, додаткової хімічної обробки та заміни розчинника.
Так як серед початківців працювати в області ВЕРХ дуже великий відсоток складають фахівці з ГХ, має сенс зробити наступне зауваження. Дуже великий асортимент нерухомих фаз (невиправдано великий, на думку багатьох компетентних науковців) в ГХ і прагнення мати якомога ширший вибір фаз і в ВЕРХ-основна помилка початківців. Якщо в газовій хроматографії, принаймні в її класичному варіанті, рухома фаза практично не робить впливу на селективність розділення, то в рідинної хроматографії її вплив велетенський. Так як в поділі дуже активно беруть участь як щеплена фаза, так і адсорбовані (абсорбовані) компоненти рухомої фази, широкий асортимент сорбентів для ВЕРХ в більшості випадків не потрібний. Зміною складу рухомої фази дуже часто легко досягти тієї ж селективності, що і за рахунок застосування нового дорогого щеплено-фазного сорбенту. Наведене вище твердження не стосується, звісно, ​​до принципово нових варіантів сорбентів для ВЕРХ (наприклад, особливо шірокопорістим, призначеним для роботи з великими молекулами, такими, як білки). Для початківця ж працювати в ВЕРХ рекомендується ретельно вивчити 2-4 сорбенту, що знаходять застосування для його об'єктів дослідження, і широкий асортимент розчинників і добавок різного типу, їх вплив на поділ даного класу речовин на обраній групі сорбентів. Тільки після того, як придбаний досвід роботи з прищепленими фазами в комплексі з розчинниками, але є завдання, які не вдається вирішити за їх допомогою, слід пробувати нові щеплені фази. Справедливість даного зауваження якраз і підтверджується тим, що 60-70% успішних розділень, описаних в літературі, проведено тільки на щеплених фазах одного типу - обернено-фазних, до розгляду яких ми зараз і перейдемо.
Найбільш популярними є так звані звернені щеплені фази, що застосовуються в обернено-фазною ВЕРХ. Поняття «звернений» прийшло від класичної ЖХ на силікагелі, де у «прямій» системі рухома фаза неполярні. а нерухома полярна (відповідно гексан і силікагель). За цим принципом «звернена» система повинна мати полярну рухому фазу і неполярних нерухому (відповідно водний метанол і октадецілсілан на силікагелі, щеплений хімічно). Назви обернено-фазний сорбент і обернено-фазна система не є особливо вдалими чи зрозумілими, проте так як це назва загальноприйнято, то ми будемо його дотримуватися.
Поверхня силікагелю, як відомо, - досить велика і розвинена (зазвичай 100-600 м 2 / г), і в разі гідроксильованого силікагелю покрита в основному силанольних групами, що мають концентрацію близько 5 на 1 нм 2 поверхні. Розрахункова максимальна щільність силанольних груп на поверхні трохи вище й становить близько 8 на 1 нм 2. Повне гідроксилювання поверхні силікагелю досягається шляхом його обробки водою при кипінні протягом декількох годин.
Для отримання обернено-фазного сорбенту гідроксильованих силікагель звичайно обробляють хлорсіланамі, які вступають в реакцію досить активно і утворюють при цьому стійкі до гідролізу зв'язку - Si-О-Si-С-Несмотдя на уявну простоту процесу, виявилося, що є численні складності. Спочатку вважали, що всі гідрофільних силанольних групи вступлять в реакцію з утворенням мономолекулярного шару прищепленої фази. На практиці виявилося, що не всі гідрофільних силанольних групи, а тільки 1,5-2,2 на 1 нм 2 вступлять в реакцію з алкілхлорсіланамі, а інші не можуть реагувати внаслідок стеричних перешкод і залишаються на поверхні сорбенту. Правда, щеплені групи стерично ускладнюють підхід до них молекул аналізованих речовин у процесі поділу.
Спочатку використовували для щеплення промислово доступні три-і діхлорсілани (октадецілтріхлорсілан та ін), які, будучи ді-і тріфунк-ми Іраку, здатні вступати один з одним в реакцію полімеризації до того, як набудуть реакцію з силанольних групами. Ця полімеризація призводить до того, що на поверхні можуть утворитися значно більш товсті, ніж мономолекулярні, полімерні шари фази (більш-менш сильно щеплені до поверхні сілікагелевой матриці). У цьому випадку зміст прищепленого вуглецю, визначається спалюванням, виявиться вище, ніж теоретично повинно прищепитися за схемою моношарова покриття поверхні силікагелю. При цьому, незважаючи на сильне утримування проби з-за високого вмісту прищепленої фази, ефективність розділення за рахунок утрудненою дифузії в товстих полімерних плівках може помітно впасти. У той же час великі ділянки поверхні силікагелю виявляться не покритими фазою, що призведе до сильного взаємодії аналізованих речовин з неекранованими силанольних групами.
Старі, давно розроблені обернено-фазні сорбенти, як правило, отримували обробкою силікагелю октадеціл-або октілтріхлорсіланамі. При цьому покриття поверхні було неповним, а щеплені верстви в тій чи іншій мірі (залежно від вмісту води в розчиннику, ступеня безводного силікагелю, герметичності апаратури, технології і т.д.) були полімеризовані.
Робота з поліпшення якості прищепленого шару велася різними вченими постійно і в різних напрямках. З метою усунення полімеризації щепленого агента було запропоновано використовувати монохлорсілани (наприклад, діметілокта-децілхлорсілан, діметілоктілхлорсілан та ін), які за природою своєю монофункціональних і можуть дати тільки мономерний прищепленої шар. Вода дезактивує монохлорсілани, вступаючи з ними в реакцію, однак в реакцію щеплення вони вже не вступають і після закінчення реакції відмиваються разом непрореагіровавшіх вихідним алкілдіметілхлорсіланом. З метою усунення впливу залишкових силанольних груп було запропоновано після проведення щеплення вести так зване «остаточне заміщення», або «енд кеппінг». У цьому випадку після щеплення основної фази сорбент обробляють сильними реагентами з мінімальним мольного обсягу (на приклад, тріметілхлорсіланом), які блокують основну масу непрореагіровавшіх силанольних груп. З метою отримання сорбентів з більш відтворюваними хроматографічними властивостями значно більше уваги стало Удея якості розчинників і прищеплюється силанов, підготовці (гідроксилювання) вихідного силікагелю.
У міру розробки вдосконалених методів щеплення звернених фаз практично всі фірми мали можливість використовувати їх для виробництва нового покоління сорбентів. Проте не було припинено виробництво старих сорбентів. У чому причина цього? Причин декілька, але основними є дві: наявність - налагодженого виробництва сорбентів за старою технологією і небажання його припиняти або перебудовувати; розроблені методи аналізу різних сумішей і вимоги споживачів, які не бажають змінювати свої методики аналізу. Більш консервативні фірми, що мають гарний збут старих обернено-фазних сорбентів, продовжують їх випускати, а більш прогресивні поряд з випуском старих організують випуск нових модифікацій сорбентів, вводячи для них розпізнавальні знаки або цифри. Так, фірма «Ватман» має чотири варіанти сорбенту «октадецілсілан на силікагелі», при цьому сілікагелевая матриця одна і та ж, фірма «Уотерс» - не менше трьох, що розрізняються методом щеплення і сілікагелевимі матрицями (два сферичної форми і один - неправильної), фірма «Фейс Сепарейшн» - два варіанти на одній сілікагелевой матриці і т.д.
Ознайомившись з цими даними, початківець і навіть більш досвідчений фахівець з ВЕРХ звичайно задає питання: який же обернено-фазний сорбент слід вважати найкращим і наближається до ідеального? Відповісти на таке питання конкретною назвою сорбенту, на жаль, неможливо з багатьох причин. Основний з них є те, що найкращим, з точки зору хроматографії, є той сорбент, який забезпечує для даної суміші найкраще поділ в найкоротший термін. Найчастіше знижена хімічна однорідність поверхні старих сорбентів внаслідок комбінованої (розподільного і адсорбційного, іноді в поєднанні з іонообмінним) механізму утримування забезпечує такий поділ, а сорбент з хімічно більш однорідною поверхнею не забезпечує.
Проте, якщо поставити питання в іншій формі, а саме: який сорбент теоретично є ідеальним для обернено-фазною хроматографії і яким вимогам повинен відповідати відповідний реальний сорбент - відповісти можна більш конкретно. Ідеальним для обернено-фазною хроматографії слід вважати сорбент, який би «чисто обернено-фазну» взаємодія розчиненої речовини з його поверхнею, тобто при повній відсутності впливу адсорбції, взаємодії з полярні. ми групами, іонообмінних і Ексклюзійна процесів. Виходячи з цього, що наближається до ідеального реальний сорбент повинен мати максимально повне покриття поверхні мономолекулярним шаром прищепленої фази, в ньому мають бути відсутні доступні для взаємодії з аналізованими речовинами гідрофільних силанольних та інші полярні групи або групи з іонообмінними властивостями, він повинен мати мінімальну кількість таких груп, які екрановані і недоступні для подібних взаємодій (теоретично), і мати пори, практично виключають внесок у утримування аналізованих речовин Ексклюзійна процесів. Такий сорбент повинен, за наявними уявленнями, мати пори розміром 10-30 нм (для аналізу речовин з молекулярною масою до 800-1000). Перед щепленням поверхня сорбенту повинна бути повністю гідроксильованих, проте сорбент не повинен містити адсорбованої води. Щеплення слід проводити з використанням монохлорсіланов, наприклад октадецилдиметилхлорсилана, в умовах, що забезпечують найбільш повне протікання реакції з силанольних групами. Після закінчення щеплення проводять «енд кеппінг», тобто обробку тріметілхлорсіланом для остаточного усунення доступних силанольних груп на поверхні сорбенту. Нарешті, сорбент повинен бути повністю відмитий після закінчення реакції від всіх залишків використовувалися рактівов і побічних продуктів реакції.
Кожному хроматографісту доводиться вирішувати, який же з доступних для нього обернено-фазних сорбентів є найбільш наближається до ідеального. При цьому йому наводиться користуватися даними фірми про розмір пір (середньому) У їх кривої розподілу, про обсяг пір, поверхні сорбенту, прищеплений агента, наявності або відсутності додаткової обробки («енд кеппінга»). Ці дані, як правило, неповні і не містять багатьох важливих відомостей, що стосуються технології і великою мірою визначають якість сорбенту. крім того, багато даних носять рекламний характер.
Силікагель, використовуваний як матриця для подальшої щеплення нерухомої фази, грає найважливішу роль у визначенні кінцевих властивостей одержуваного сорбенту. Він має просторово-пористу структуру, утворену діоксидом кремнію в процесі утворення золю, гелю та подальшої його сушіння з видаленням фізично сорбированной води. Залежно від умов формування силікагелю можуть бути отримані зразки з середніми розмірами пор від 3 до 10 нм. За рахунок наступної гідротермальної обробки силікагелю може бути досягнуто значне збільшення розміру пір (до 20-50 нм і більше) при збереженні в основному об'єму пор. Методами формування мікросферичних сорбентів для ВЕРХ з тетраетоксісілана за рахунок варіювання умов формування та затвердіння, вибору розчинників і т.п. вдається домогтися отримання силікагелю з досить високою пористістю (вільний об'єм пор 0,7-1,2 мл / л) і порами від 5 до 400 нм і більше.
Яку ж сілікагелевую матрицю використовувати для щеплення нерухомої фази? Слід враховувати ряд важливих обставин. Якщо використовувати матрицю з порами 3-5 нм, розмір таких пір порівняємо з довжиною ланцюга октадецілсілана (близько 1 нм). Якщо припустити щільну щеплення до такого сорбенту октадецілсіланових груп, стає очевидним, що вузькі пори зменшаться в діаметрі дуже значно (деякі навіть взагалі закриються) і стануть недоступними для потрапляння в них великих аналізованих молекул. Це може внести істотний внесок у зміну утримування та порядку виходу компонентів. Якщо спочатку для щеплення використовували силікагелі з розмірами пор 5-6 нм, то в подальшому перейшли до порам близько 10 нм, а зараз вважають за доцільніше навіть 15-30 нм. Це пов'язано з усе зростаючим використанням щеплених сорбентів для аналізу р великих за молекулярною масою біополімерів, таких, як білки, поліпептиди і ін
Крім розміру пір, велику роль відіграє об'єм пор силікагелю і його поверхню. Якщо зростання поверхні дає збільшення кількості силанольних груп (їх щільність близько 5 на 1 нм 2) і кількості прищепленої фази при рівній щільності щеплення, то зростання обсягу пір грає складну роль. При збільшенні об'єму пор не тільки збільшується проникність силікагелю, але і зменшується обсяг самого діоксиду кремнію і відповідно міцність силікагелю; він легше руйнується в процесі транспортування, при набиванні колонок, підвищення тиску при експлуатації колонок. Правда, міцність визначається не тільки товщиною стінок комірок силікагелю, але і їх структурою.
Щодо розподілу пор силікагелю за розміром можна сказати, що є зразки як з більш вузьким, так і з більш широким розподілом. Здається бажаним мати більш вузький діапазон розподілу пор за розмірами, так як в цьому випадку однорідність пір призводить до більшої однорідності щеплення, ситових ефектів і ін
Для якісної щеплення фази до силікагель важлива підготовка його поверхні перед щепленням. Поверхня повинна бути повністю гідроксильованих і не містити сорбированной води. Якщо гідроксилювання поверхні проведено в повному обсязі (наприклад, силікагель пересушений вище 180-200 ° С) це призводить до того, що утворилися силоксанові групи не вступають в реакцію щеплення, і кількість прищепленої фази зменшується. З іншого боку, при подальшому використанні такого сорбенту його властивості в процесі експлуатації у водних середовищах будуть мінятися, так як можливий гідроліз силоксанових груп з утворенням нових активних силанольних груп.
Гідроксилювання проводять кип'ятінням силікагелю у воді в присутності кислот протягом декількох годин і потім сушать при температурі до 150 ° С. Сушка повинна забезпечити видалення фізично сорбированной води, тому що вона призводить до марної витрати щепленого Хлорсилани, забруднення сорбенту побічними продуктами реакції та зміни обраного мольного співвідношення Хлорсилани і силанольних груп.
Чи слід віддати перевагу сферичні частинки матриці часткам неправильної форми? Однозначної відповіді немає. Але більшість дослідників вважають за краще частинки правильної сферичної форми, які повинні давати більш щільно і рівномірно упакований шар сорбенту, знижувати опір потоку, менше руйнуватися в процесі набивання і роботи колонок і т.п. Поки ніхто ще переконливо не продемонстрував помітних переваг сферичних частинок, а проте слід зазначити, що більшість знову з'являються сорбентів є сферичними мікрочастинками.
Зупинимося тепер на виборі щепленого агента. Якщо спочатку були випробувані багато класів прищеплений агентів, то в даний час практично залишився один тип - хлop-або алкоксіпроізводние алкілсіланов, що дають в провисання щеплення досить стійку до гідролізу або розщеплену зв'язок Si-О-Si-С. Метод щеплення з утворенням ще більш міцного зв'язку Si-С, що полягає в заміні в силанольних групах силікагелю гідроксильної групи на галоген (хлорування силікагелю) і наступному взаємодії галогену, наприклад з бензіллітіем використовується тільки в дослідницькій роботі і мало придатний для промислового роізводства через вибухонебезпечності і нетехнологічності.
Алкілхлорсілани, найбільш дешеві й доступні з прищеплений агентів, можуть бути трьох типів: алкілтріхлорсілани, діалкілдіхлорсілани і тріалкілхлорсілани (замість алкіла може бути і арил). З цих трьох найбільш дешевий і доступний продукт - алкілтріхлорсілани, які і використовувалися практично у всіх ранніх роботах і у виробництві перший щеплено-фаених сорбентів, що з'явилися на ринку. Однак для отримання мономерного прищепленого шару з застосуванням цих силанов, що мають три реакційноздатні групи, потрібно дуже високий технічний рівень роботи, який відносно легко досягається в лабораторії, але важко досягти на виробництві. Якщо трихлорсилану вступають в кін-акт з будь-яким містить сліди води речовиною (недосушені силікагелем, повітрям, розчинником тощо), вони негайно віднімають воду, вступаючи в реакції.
Утворені при цьому димери, тримери та продукти з ще більшим ступенем полімеризації реагують з сіланольнимв групами силікагелю, даючи замість мономерного прищепленої полімерний шар фази. Цей полімерний шар, природно, є нерівномірним і великим по товщині, ніж мономерний. Дифузія аналізованих молекул в таких більш товстих плівках уповільнена, і як правило, ефективність колонок з такими сорбентами більш низька. Іншим недоліком є ​​те, що ті атоми хлору в молекулі, які не прореагували з силанольних групами через просторових утруднень, можуть надалі гидролизоваться в процесі роботи вступними розчинниками з утворенням полярних силанольних груп. Останні можуть взаємодіяти з аналізованими речовинами, що мають полярні групи, змінюючи часи утримування.
Однак полімерні шари, особливо мають невелику товщину і одержувані при малому ступені полімеризації тріхлорсіланов до і в процесі щеплення, мають і деякі переваги перед мономірним щепленим шаром. Зокрема, якщо товщина шару невелика, то швидкість дифузії аналізованих молекул зменшується незначно; в той же час така полімерна молекула з'єднана з сілікагелевой матрицею не однієї, як мономерна, а багатьма зв'язками. Тому розрив одного зв'язку, наприклад, в результаті гідролізу, призводить до відриву і переходу в рухому фазу мономерної молекули, тоді як полімерна утримується на місці іншими зв'язками і продовжує брати участь у поділі до розриву всіх утримують її зв'язків. Це важливо, якщо за умовами аналізу потрібно використовувати розчинник з рН <3 або> 8, що прискорює перебіг гідролізу і відщеплення прищепленої фази.
Як видно з наведеної схеми димеризації алкілтріхлорсілана, якщо вихідна молекула має три реакційно-здатних хлору, то димер - чотири, відповідно тример буде мати їх 5, тетрамер - 6 і т.д. У цьому випадку, як ми бачимо, зі збільшенням молекулярної маси полімеру число потенційних центрів щеплення молекули до силікагель зростає. Однак і просторові труднощі при взаємодії такої молекули з сілікагелевой матрицею також зростають у міру зростання її молекулярної маси, тому в міру досягнення певної молекулярної маси кількість реально утворюються зв'язків прививаемой фази і сілікагелевой матриці доходить до максимуму, а надалі починає знижуватися.
За наведеними вище схемами прищеплюють такі поширені агенти, як октілтріхлорсілан, октадецілтріхлорсілан та ін
За кілька іншою схемою полімеризація здійснюється, якщо прищеплений агент - діалкілдіхлорсілан (або алкіларілдіхлорсілан, або діарілдіхлорсілан).
Утворюються при цій реакції димери, тримери та полімери також можуть реагувати з силанольних групами силікагелю, даючи замість прищепленого мономерного прищепленої полімерний шар фази. Однак цей полімер відрізняється від того, який утворюється при реакції з сілікагелевой матрицею алкілтріхлорсіланов. Перша відмінність полягає в тому, що він виходить лінійним по ланцюгу - Si-О-Si-О-Si-О-, оскільки вихідний діалкілдіхлорсілан і його димер, тример, тетрамер і т.д. є біфункціональність і містять по два активних атома хлору. По-друге, якщо щеплення такого полімеру до сілікагелевой матриці відбувається, вона йде тільки в одній або в двох точках, тобто відрив при гідролізі такий прищепленої молекули протікає легше (досить розірватися однієї або двох зв'язках, і молекула полімеру відривається від матриці і переходить в рухливу фазу). За вказаною схемою прищеплюють діметілдіхлорсілан, діфенілдіхлорсілан та ін
Нарешті, якщо прищеплений агент є тріалкілмонохлороіланом, він теж може реагувати з водою, яка присутня у реакційному середовищі. Однак його реакційна здатність значно нижче, ніж у ді-і тріхлорсіланов.
Так як димер не має реакційноздатних атомів хлору то він не вступає ні в реакцію подальшої полімеризації, ні в реакцію щеплення до сілікагелевой матриці. Це дуже важливо, бо в цьому випадку при щепленні виходить гарантоване тільки мономерний прищепленої шар нерухомої фази. Утворився димер надалі видаляється при відмиванню непрореагировавшего реагенту і побічних продуктів реакції. Останній спосіб щеплення, як видно з обговорення, дає найбільш впорядкований за структурою і складом щеплений шар. Тому хоча вартість таких вихідних реагентів трохи вище, а реакційна здатність їх нижче, що тішить вести щеплення в більш жорстких умовах і брати надлишок щепленого реагенту, популярність таких сорбентів зростає, і велика частина знову з'являються сорбентів, як зазначено у рекламних даних, отримана з використанням цього методу щеплення. За такою схемою прищеплюють октілдіметілхлорсілан, октадецілдіметілхлорсілан, тріметілхлорсілан та ін
Які ж алкільні групи можна хімічно прищепити зазначеними способами до поверхні силікагелю? Найбільш застосовні довгі алкільні ланцюги, зазвичай C8 і C18, але останнім часом зростає популярність щеплених більш коротких алкіл С4 і С3, особливо на силікагелі з широкими порами для аналізу біологічно важливих великих молекул. Найчастіше застосовують прищепленої октадецілсілан. Він найбільш сильно утримує аналізовані речовини і дозволяє працювати з елюентом, що містять мало води. Це доцільно, оскільки аналізовані речовини, як правило, краще розчиняються в метанолі або ацетонітрилі, ніж у воді. Крім того, аномально висока в'язкість сумішей метанолу та води істотно знижується при великому змісті метанолу, що дозволяє працювати при порівняно низькому тиску на колонці з біль-Вої ефективністю за рахунок підвищення швидкості дифузії при зниженні в'язкості.
Арильному (ароматичні) щеплені групи отримують аналогічним способом, проте їх використовують рідше. Вони дозволяють отримати селективність, що відрізняється від селективності на щеплених алкільних групах.
У міру зростання довжини ланцюга прививаемой молекули її реакційна здатність зменшується за рахунок просторових утруднень при взаємодії з силанольних групами силікагелю. Якщо з 5 силанольних груп, що припадають на 1 нм 2 поверхні силікагелю, майже все вдається замістити при щепленні алкіла C1, то при алкіл C18 в кращому випадку вдається замістити половину з них. Решта на поверхні не вступили в реакцію гідрофільних силанольних групи екрануються вже щепленими молекулами і не можуть вступити в реакцію з новими молекулами октадецілхлорсілана. Однак для молекул з меншою молекулярною масою, будь то молекули розчинника або аналізованих речовин, просторова утрудненість може виявитися недостатньо великий, щоб перешкодити їх взаємодії. Це може істотно змінити вигляд хроматограми, яка покаже аномально велику утримування (іноді з помітним розширенням піка) для таких аналізованих молекул.
Для того щоб більш повно усунути гідрофільних силанольних групи на поверхні, які залишилися після щеплення октадецілхлорсілана, проводять остаточне закриття («енд кеппінг») їх шляхом обробки сіліліруюшімі агентами, що мають малий розмір молекул, зазвичай тріметілхлорсіланом. Такі малі молекули легко вступають в реакцію з частково екранованими силанольних групами. Аналогічну реакцію остаточного блокування силанольних груп на поверхні силікагелю часто використовують в тих випадках, коли щеплення фази проводять полімеризуються три-і діхлорсіланамі. Усунення силанольних груп з поверхні та їх заміна на тріметілсілільние гідрофобні групи підвищує також стійкість сілікагельной матриці до впливу води, особливо при рН менше 3 і більше 8.
Умови проведення «енд кеппінга», у тому числі попередня підготовка і обробка поверхні з метою переведення залишилися непрореагіровавшіх атомів хлору в гідроксильні або інші реакційноздатні групи, вибір розчинників, каталізаторів, умов реакції, як правило, складають «ноу хау» фірми. Часто проведення «енд кеппінга» практично не змінює таких характеристик сорбенту, як вміст вуглецю, питома поверхня та ін, однак характер взаємодії з поверхнею такого сорбенту для молекул, що мають полярні групи, особливо що володіють кислотними або основними властивостями, змінюється дуже різко.
Поряд з алкільними і арильному групами таким же шляхом, використовуючи заміщені моно-, ді-і трихлорсилану, можна до сілікагелевой матриці прищепити і інші групи, найбільш поширеними з яких (у порядку зменшення частоти застосування) є наступні: - Si - (СН2) 3 -СN-алкілнітрільная група; - Si - (СН2) зNН2-алкіламінів група (можлива вторинна або третинна аміногрупа), слабкий аніонообмінником; - Si - (СН2) з-СН (ОН) - СН2ОН - алкілдіольная група; - Si-СН2- С6Н4-SO3H-сильний катіонообменнік, що містить сульфогрупп (або сульфогрупи); - Si - [Alk4N] + OH-- сильний аніонообмінником, що містить четвертинних амонієвих групу.
Якщо алкілнітрільную і алкіламінів групи прищеплюють, як правило, за один прийом, то щеплення інших груп більш складна і включає ряд послідовних реакцій (дві або три). Такі сорбенти, природно, більш складні в проізводве, і відтворюваність їх характеристик нижче, тоді як вартість значно вище.
Алкілнітрільную, алкіламінів і алкілдіольную щеплені фази можна використовувати в різних варіантах хроматографії. Перш за все вони можуть бути застосовані для роботи з неполярними розчинниками типу гексан - ізопропанол, де вони виявляють властивості, близькі до властивостей силікагелю без прищепленої фази. Однак їх селективність відрізняється від селективності силікагелю, що дозволяє підібрати найкращий сорбент для кожного аналізу. Крім того, їх перевагою перед силікагелем є більш швидке урівноваження з розчинником, і це дозволяє використовувати їх при роботі зі зміною складу розчинника в процесі аналізу, тобто з градієнтом розчинника. Вони також менш чутливі до впливу води.
Алкілнітрільную фазу використовують і в обернено-фазною хроматографії, селективність при цьому виходить інша, ніж на силікагелі з алкільного групою. Такий же ефект спостерігається при застосуванні алкіламінів групи. Крім того, вона виявляє слабкі аніонообмінні властивості, що часто використовують при аналізі біологічно активних речовин, наприклад олігодігонуклеотідов з градієнтами по рН і силі буферного розчину. Алкілдіольную групу, крім нормально-фазної хрому-графії, застосовують як фазу, яка дозволяє працювати з білками в режимі Ексклюзійна хроматографії, яка не сорбує необоротно і не денатурує їх, зберігаючи біологічну активність білків.
Сильні катіоно-і аніонообменнікі знаходять застосування аналізі біологічних рідин для визначення ряду лікарських препаратів, біогенних амінів, їх метаболітів та ін Розроблено метод іон-парної хроматографії, в якому використовують динамічні шари катіоно-або аніоноактівние агентів, що мають властивості іонообмінників і в той же час обернено-фазних сорбентів. Ці шари наносять з розчинника, що містить іон-парний реагент, (звичайно алкіл-сульфокислоти або тетраалкіламмоніевие підстави), пропускаючи його через сорбент для обернено-фазною хроматографії. Іон-парна обернено-фазна хроматографія є методом аналізу суміші іонізуючого та неіонізуючого речовин.
Багато виробників сорбентів не випускають повного асортименту сорбентів всіх описаних вище типів, оскільки обмежений попит на такі сорбенти не окупає витрат на їх розробку і виробництво. Є фірми, що випускають не тільки всі перераховані сорбенти, а й додатково ряд інших з прищепленими нітрогрупами, карбокси-і карбоксіметільнимі групами, оптично активними фазами і т.д. Практично всі фірми випускають основний асортимент щеплених фаз, який включає C8, C18, нітрильних і амінофази, що розрізняються також по зернения.
Незважаючи на велику і все зростаючу популярність сорбентів з прищепленими фазами, до цих пір питання про механізми поділу на них залишається не зовсім ясним і часто порушується в дискусіях, де висловлюються різні, нерідко протилежні думки про їх ролі в процесах поділу. Якщо на розділення та утримування впливає декілька механізмів, то внесок кожного визначається кількома чинниками; основними є властивості поверхні сорбентів, склад елюенту і хімічна природа кожного з аналізованих речовин.
Розглянемо концепції про дію механізмів поділу, наприклад у випадку обернено-фазних сорбентів, які отримали найбільше поширення.
Перше уявлення про роботу обернено-фазних сорбентів було висловлено, коли перейшли від нанесених на силікагель полімерних рідких фаз (рідинно-рідинна хроматографія) до октадецілтряхлорсілану і його аналогів, хімічно щепленим на поверхню силікагелю в пеллікулярних матеріалах, який давав щеплену досить товсту полімерну плівку фази. Тому перший підхід до прищепленої фазі був як до плівки рідини на носії, поділ на якій відбувається за рахунок різних коефіцієнтів розподілу аналізованих речовин між двома рідинами - розчинником і прищепленої фазою, тобто за рахунок абсорбції. Такий підхід отримав визнання, як дозволив отримати і передбачити лінійну залежність утримування неполярних гомологів, таких, як алкілбензоли. Цей же підхід був поширений в подальшому і на щеплені моношари алкілсіланов, хоча тут він представляється більш віддаленим від дійсності, оскільки рідини як такої на поверхні немає, а є тільки окремі щеплені хімічно молекули, «розчинитися» в яких молекула аналізованого речовини не може. У цьому випадку може йти мова про взаємодію молекул прищепленої фази і аналізованого речовини за рахунок міжмолекулярних сил.
Перше уявлення про механізм поділу на рощення фазах виявилося вірним, проте для речовин більш складної будови з функціональними групами відхилення були частими й більшими. Розвитком цієї концепції було припущення про те, що на поверхні обернено-фазного сорбенту з розчинника, який містить подоб щепленому шару компонент (метанол або ацетонітрил), і менш йому подібний (вода), утворюється утримуваний силами адсорбції шар рідкої фази, збагачений менш полярними компонентами (метанолом). Цей шар має інший склад, ніж рухлива фаза, і помітно відрізняється від прищепленої фази за своєю природою. Тому, беручи участь у розподілі аналізованих речовин, такий шар сильно взаємодіє з полярними групами речовин за іншим механізмом, ніж прищепленої шар.
Для більш повного уявлення про складність механізмів поділу слід врахувати, що гідрофільних силанольних групи, просторово недоступні при щепленні нерухомої фази з-за великого обсягу тріметілсіліл-, діметілоктадецілсіліл або діметілоктілсілільних груп, залишаються на поверхні сорбенту у великій кількості (близько половини від тих, що були на поверхні вихідного силікагелю ). Вони є просторово доступними для малооб'ємних невеликих молекул, таких, як молекули води, метанолу, ацетонітрилу, які здатні взаємодіяти з ними, даючи поляризовані шари розчинників також іншого складу та властивостей, ніж використаний розчинник. Ці поляризовані молекули також взаємодіють з молекулами аналізованих речовин і дають свій внесок у утримування. Нарешті, гідрофільних силанольних групи мають слабокислотних функцію і можуть брати участь у поділі, діючи як іонообмінники, взаємодіючи не тільки з аналізованими речовинами, але і витягуючи іони металів змінної валентності, такі як залізо, хром, нікель і інші присутні в розчиннику, пробі або утворюються в результаті корозійних процесів в апаратурі. Показано, чтo на поверхні сорбенту, що знаходиться в аналітичній бращенно-фазної колонці розміром 4,6 Х 250 мм, може сорбувати більше десяти мікрограмів заліза. Іони металів змінної валентності також беруть участь у поділі, взаємодіючи з деякими з аналізованих речовин. Внесок у поділ вносять і Ексклюзійна процеси, по-різному діють на молекули малої і великої молекулярної маси.
Таким чином, оцінити за параметрами утримування внесок кожного з механізмів поділу і сформулювати гіпотезу можливо стосовно до молекул спорідненого будови; для досить складних молекул або сумішей, очевидно, ще довго це не буде можливим навіть при використанні потужного математичного апарату. Вибір оптимальних умов розділення з урахуванням можливих механізмів взаємодії сорбенту і аналізованих компонентів сумішей ще довго буде залишатися основною проблемою при розробці аналітичних методик у ВЕРХ.

Література
1. Fitzpatrick FA, Wanalda MA, Kaiser DG / Anal. chem, 1977, v. 49, p. 1032.
2. Dunlap KL, Sandridge RL, Keller /. / Anal. Chem, 1976, v. 48, p. 297.
3. Poole C. F, ea / J. High Resol. Chromatogr. Commun., 1978, v. 1, p. 83.
4. Denkert M. ea / J. Chromatogr, 1981, v. 218, p. 31-43.
5. Bartha A. ea / J. Chromatogr, 1984, v. 303, p. 29-38.
6. Gloor R., Johnson EL / J. Chromatogr. Sci, 1977, v. 15, p. 413-423.
7. Kraak JC, Jonker KM, Huber JFK / J. Chromatogr, 1977, v. 142, p. 671-680.
8. Wehli A. ea / J. Chromatogr, 1979, v. 149, p. 199-210.
9. Даванков В.Л. / Журн. ВХО ім. Менделєєва, 1983, т. XXVIII, № 1, с. 25-29.
10.Даванков В.А. / / В кн. Прикладна хроматографія / Под ред. К.І. Сако-динского. М, Наука, 1984, с. 24-32.
11.Davankov VA, Kurganov AA, Bochkov AS / fln Advances in Chroma-tography/ed. JC Giddings ea N. Y, M. Dekker, 1983, v. 22, p. 139 - 185.
12.Apffel JA, Alfredson TV, Major RE / J. Chromatogr, 1981, v. 206, p. 43-57.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
90.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Полімерні сорбенти для розподільної хроматографії

Нажми чтобы узнать.
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru