Полимерные адсорбенты

Наиболее многообразны полимерные сорбенты на основе пористых полимеров стирола и дивинилбензола. Это гидрофобные сорбенты, слабо удерживающие полярные молекулы.

Удельная поверхность полимерных сорбентов изменяется в широких пределах. Они обладают высокой механической прочностью. Область их применения: от легких газов до высококипящих соединений. Особую значимость эти сорбенты приобрели при анализе водных растворов.

Кроме этого, пористые полимерных сорбенты используются для определения органических соединений с температурами кипения до 300°С.

Большую группу высокоселективных полимерных сорбентов составляют иониты и их комплексонаты металлов. Сульфокатиониты в различных формах позволяют проводить анализ примесей неполярных соединений на очень коротких колонках. Комплексонатные полимерные сорбенты получают на основе комплексов переходных металлов, таких как Ag, Hg, Сu. Поликомплексонат Ag обладает повышенной селективностью к ненасыщенным и ароматическим соединениям. Комплексонат Си позволяет разделять оксиды азота.

Свойства адсорбентов, нашедших наибольшее использование в практике газовой хроматографии, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Примеры неорганических адсорбентов.

Адсорбент	Характер поверхности	Величина удельной поверхности, м2/г	Разделяемые классы соединений
Графитиро-ванная сажа	Неспецифический	6-12	Углеводороды (предельные, непредельные, ароматические), альдегиды, кетоны, спирты, амины
Активный уголь	Неспецифический	800-1000	Постоянные газы, легкие углеводороды
Силикагель	Специфический	2-500	S-, N-, и О- содержащие соединения
Цеолиты	Специфический	≈ 200	Газовые смеси

Носители

Носитель представляет собой инертный адсорбент с низкой удельной поверхностью, на которой должна удерживаться неподвижная фаза в виде тонкой пленки равномерной толщины. Требования к носителям:

1. носитель должен быть механически прочным;

2. иметь сферическую форму;

3. структура должна быть макропористая.

Носители подразделяются на минеральные и полимерные.

Минеральные носители представляют собой переработанные диатомиты (являются скелетами диатомии — ископаемых одноклеточных простейших организмов). Их исходная удельная поверхность приблизительно 20 м²/г. Состав: SiО₂ ≈ 90 %; А1₂О₃ ≈ 5% остальное приходится на Fe₂О₃, СаО, MgO. Для получения носителя диатомитовую массу кальцинируют при 900 °С. При спекании образуется вторичная структура пор, а удельная поверхность уменьшается.

Кроме диатомитовых носителей используют стеклянные шарики с низкой удельной поверхностью. Для них максимальное содержание неподвижной фазы 0,5%. Кроме этого, применяют графитированную сажу, а также силикагели и полимерные адсорбенты.

Наиболее инертными являются полимерные носители на основе фторполимеров, которые имеют достаточно высокую удельную поверхность, но плохо смачиваются полярными фазами.

Рассмотрим взаимодействия, за счет которых вещество удерживается в НФ.

В газожидкостной хроматографии разделение обусловлено селективным взаимодействием между веществом и неподвижной жидкой фазой. Все вещества при этом проходят один и тот же путь и пребывают одинаковое время в газовой фазе, но разное — в жидкой. На молекулярном уровне в жидкой фазе происходят межмолекулярные взаимодействия. Среди них различают: дисперсионные, индукционные, ориентационные и донорно-акцепторные, включая водородную связь. Общие представления об особенностях проявления этих сил приведены в табл. 2.

Таблица 2. Основные типы взаимодействий между веществом и неподвижной фазой

Тип взаимодействий	Причина
Дисперсионные (силы Лондона)	Образование индуцированных (наведенных) диполей между неполярными молекулами. Не зависят от температуры
Индукционные (силы Дебая)	Взаимодействие диполя вещества с поляризуемой молекулой растворителя (и наоборот). Слабые взаимодействия уменьшаются с ростом температуры.
Ориентационные (силы Кеезома)	Взаимодействие между двумя постоянными диполями. Уменьшаются с ростом температуры.
Донорно-акцепторные	Химические взаимодействия. Образование водородных и координационных связей. Уменьшаются с ростом температуры.

Все неподвижные фазы можно разделить на 3 группы:

• низкотемпературные (до 100 °С);

• среднетемпературные (до 200 °С);

• высокотемпературные (до 350 °С).

Неподвижные фазы существенно различаются по своей полярности. Поэтому выбор неподвижной фазы зависит от полярности разделяемых веществ. При этом немаловажная роль принадлежит образовыванию водородных связей.

Для разделения полярных сорбатов необходимы полярные неподвижные фазы. Для разделения неполярных веществ – неполярные фазы. Понятие полярности объединяет свойства, обуславливающие селективность за счет физического взаимодействия молекул с функциональными группами.

В газожидкостной хроматографии различие в удерживании определяется как неспецифическими, так и специфическими взаимодействиями. К последним, в основном, относят донорно-акцепторные взаимодействия. Неполярные соединения обычно разделяются в соответствии с температурами их кипения. В случае неполярной неподвижной фазы полярные соединения удерживаются существенно меньше, чем неполярные, кипящие при той же температуре. Удерживание полярных соединений увеличивается по мере роста полярности неподвижной фазы.