6) Интересно, что все металлы можно перевести в летучие соединения с помощью органических реагентов:
Ацетилацетон является универсальным реагентом, который переводит металлы в летучие соединения.
В некоторых случаях при определении металлов используют галоиды металлов, например TiCl4 SbCl3,, но это непросто. Ацетилацетонатные комплексы многих двухзарядных металлов, таких как медь, цинк, никель обладают высокой летучестью. Механизм взаимодействия понятен: ацетилацетон в щелочной среде образует фенол, OH - группа которого является, как бы, кислотным остатком, и металл замещается одним атомом водорода и образует координационную связь с другим атомом водорода.
Уникальным достижением перечисленных вариантов газовой хроматографии является определение гомологов. Нет других методов, позволяющих так хорошо проанализировать смесь гомологов высших алифатических углеводородов, что важно для нефтехимии, а так же определить аминокислоты, о которых мы недавно говорили. В анализе органических веществ до 50% определений осуществляется хроматографически. В охране окружающей среды 20-30% анализов проводится этим методом. И, вообще, 90% всех анализов – это газовая хроматография.
Остановимся на новом варианте хроматографического метода.
Высокоэффективная жидкостная хроматография
Высокоэффективная жидкостная хроматография осознанно применялась со времен Цвета М.С. (1902-1903 гг.). Неподвижными фазами вначале служили осадки солей CaCO3 , Al2O3, SiO2, BaSO4 и т.д. Подвижной фазой – вода, органические растворители. Разделительные способности такой хроматографии были невелики. Обусловлено это тем, что хроматографические колонки такого типа имели очень небольшое число теоретических тарелок –2,3,5. Чтобы получить колонку с числом теоретических тарелок 10, надо было иметь длину колонки 5 м, но тогда вода двигалась бы так медленно, что в уравнении Ван-Деемтера коэффициент В свел бы на нет все разделительные способности колонки. Можно применять тонкие измельченные зерна, но тогда жидкость через них практически не идет. Революция произошла в 60-х годах прошлого века, когда было предложено подавать элюент (подвижную фазу) под высоким давлением – до 400 атм. Зерна в таких колонках очень мелкие, их диаметр до 10 микрон. Активная зона расположена на поверхности этих зерен и имеет диаметр примерно 0,1 – 0,3 микрона. Коэффициенты А и С в уравнении Ван-Деемтера в этом случае будут невысокими:
А высокое давление обеспечивает высокую
скорость проведения процесса, и это
приводит к снижению коэффициента В
молекулярной диффузии. В этой
хроматографии неподвижной фазой может
быть адсорбент, но чаще всего это жидкая
неподвижная фаза. Подвижная фаза - тоже
жидкость, но несмешивающаяся с жидкой
неподвижной фазой. Довольно часто
используется вода. Корни этой хроматографии
лежат в классической хроматографии.
Отличительная особенность - высокое
давление и малые размеры зерен.
Хроматографические колонки имеют
внутренний диаметр порядка 5-6 мм, т.е.
т
олстую
стенку, так как создается давление 400
атм. Обычно длина колонки составляет
20, реже 40 см, число теоретических тарелок
n составляет 20000 - 80000, ниже
чем в капиллярной колонке, но тоже
неплохо.
Особенностью этой хроматографии является детектирование. Основные детекторы газовой хроматографии здесь неприменимы.
В этом методе хроматографии применяют два вида детекторов. Основной (на 99%) – это УФ –детектор, второй – это рефрактометрический детектор, измеряющий показатель преломления элюата.
Б
ыли
попытки использовать и другие
газохроматографические детекторы,
прежде всего ПИ - детектор (детектор
по ионизации пламени). Водный раствор
сжигали в водороде, получали
электропроводность органических
веществ, но поскольку использовали
водный раствор, это вызывало большие
сложности. В Беларуси это не нашло
практического применения. Жидкостные
хроматографы известных фирм им тоже не
комплектуются.
Уф – детектор имеет простую конструкцию.
Это фактически спектрофотометр, где элюат непрерывно проходит через проточную кювету, куда подается излучение с фиксированной длиной волны (обычно в УФ-области). Иногда монохроматора не ставят, а пропускают широкую полосу через какой-либо светофильтр излучения. Далее от детектора идет сигнал на самопишущую систему, которая выдает хроматограмму.
Приборы обычно укомплектованы УФ-детектором. Его достоинства заключаются в высокой чувствительности фотометрического измерения концентраций – 10-7 моль/л. Этот детектор применяется для анализа веществ, поглощающих УФ-излучение. Это вещества, которые содержат следующие группировки: нафтольную, нафтильную, фенильную, - NO2 , хинонную, карбонильную, диазогруппировку и некоторые другие. В сложных веществах всегда найдется группа, которая оптически активна. Но для этих соединений коэффициент чувствительности резко различается, иногда в 100-100000 раз, поэтому применять метод градуировочного графика в этом случае почти невозможно. В этом случае применяется метод внутреннего стандарта. И все-таки большое количество веществ невидимо даже для жесткого УФ-излучения. Чтобы улучшить качество определения хроматограмму снимают при нескольких длинах волн, например при 220, 260, 350 нм. Но целый ряд веществ невидим таким детектором. Это большинство неорганических соединений, алифатические углеводороды, галогензамещенные углеводороды, спирты, слабо видимы кетоны (в следовых количествах).
Если есть необходимость определять этим методом невидимые вещества, то применяют детектор рефрактометрический, который измеряет показатель преломления.
Известно, что даже малые количества органических веществ существенно снижают показатель преломления, поэтому этот метод применим исключительно для случаев, когда вода является неподвижной фазой. Детектор такого типа позволяет определять концентрации веществ на уровне 10-3 –10-4 %, что приемлемо. Основным недостатком этого детектора является сильная температурная зависимость показателя преломления. Небольшие температурные изменения приводят к существенным сдвигам нулевой линии, что затрудняет определение при малых концентрациях. Наличие примесей в воде также мешает точному определению. Вода должна быть очень чистой, только в этом случае возможен нормальный сигнал.
В качестве неподвижной фазы в ВЭЖХ используют твердые адсорбенты, а чаще всего химически привитые на них неподвижные жидкие фазы. Чаще всего прививают октадецилсилоксан на двуокись кремния. Это фирменная неподвижная фаза, которая широко известна. В качестве элюентов используется вода, чистые органические растворители, а чаще всего смеси: вода - органические растворители. Из органических растворителей наиболее широко используются спирты, углеводороды, хлороформ. Невозможно использовать толуол (сильное поглощение), а также кетоны (при этом необходимо работать на длинных волнах, отличных от длин волн поглощения кетонов). Растворители должны быть очень чистые. Для медицинских исследований используется большое количество метилового спирта. Стоимость 1 л чистого метилового спирта, применяемого в ВЭЖХ, составляет 100 долларов, а 1 л технического метилового спирта стоит 40 долларов. Необходимо подчеркнуть, что индивидуальные растворители редко удовлетворяют требованиям разделения той или иной смеси. Основная причина заключается в том, что для этих растворителей наблюдаются либо очень низкие, либо очень высокие коэффициенты распределения. Мы отмечали, что в хроматографии необходимо, чтобы коэффициенты распределения были близки к единице: Рi = Снеподв. = 1 ,