Хенке_Жидкостная хроматография [2009]
.pdf
7.3. Поликарбонаты 181
Проба сложного полиэфира: 1117 мг
MМ мг |
Молярный |
|
процент |
4 мг = ?
ч
MМ – молекулярная масса
Рис. 7.4. Препаративное гель хроматографическое разделение бутанолизата чисто ароматического сложного полиэфира на Сефадекс LH 20 ацетоном
Из ранее проведенных разделений нам уже было известно, что терефталевую и
изофталиевую кислоту так разделить нельзя. Поэтому пик 1 подвергался ВЭЖХ ана лизу и количественно определялась доля бутилового сложного эфира. Пик 3 и 4, слож ный бутиловый эфир 4 гидроксибензойной кислоты, и 4,4 дигидроксибифенил со
ответственно, идентифицировались с помощью 1Н ЯМР спектров. Смесь, как это
видно из хроматограммы, можно было бы также количественно разделить намного быстрее на более короткой колонке или при более высокой скорости протекания.
7.3. Поликарбонаты
Поликарбонаты, как уже упоминалось, образовываются путем поликонденсации одного или двух диолов алифатического или ароматического происхождения с по мощью фосгена или сложного диэфира угольной кислоты. При щелочных методах расщепления, кроме аммонолиза, высвобождаются только диолы.
7.3.1. Анализ поликарбонатов
Анализ поликарбонатов, так же как и других полимеров, начинается с деполиме
ризации. С помощью простых методов расщепления пытаются получить основ
182
Глава 7. Аналитика полимеров
ные звенья (структурные единицы) как можно в большем количестве, будь то ори гинал или стабильные производные [7.22].
7.3.1.1. Деполимеризация
Расщепление может быть осуществлено с помощью щелочи, кислоты или путем переэтерификации одноатомным спиртом. Последующая количественная депо
лимеризация достигается в два раза разбавленным концентрированным водным раствором аммиака. Карбонатные группы или (–СО–) группы количественно
превращаются в мочевину. Простая связь в сложноэфирной группе дает, как пра вило, труднорастворимый амид кислоты. Следующая схема показывает деполи меризацию поликарбонатной пробы с помощью водного раствора аммиака и 1 бу танола.
БУТАНОЛИЗ
Мы с успехом использовали бутанолиз для деполимеризации уже при анализе мно гочисленных полиуретанов [7.21]. С помощью этого метода расщепления путем
переэтерификации и переуретанизации молекулы полимеров количественно пере водятся в соответствующие производные или непосредственно в мономерные ком поненты, а именно сложноэфирные и карбонатные функциональные группы (слож ные эфиры угольной кислоты) и все (–NH–CO–O–) группы (см. рис. 7.6).
мг мг
Метанол |
Ацетон |
ч |
ч |
Рис. 7.5. Препаративное гель хроматографическое разделение деполимеризата поли карбоната на Сефадексе LH 20 ацетоном и метанолом в качестве элюента
7.3. Поликарбонаты 183
Пик
Пик Пик
Пик
Рис. 7.6. Деполимеризация поликарбоната аммиаком и 1 бутанолом
1 г поликарбоната с помощью 40 мл 1 бутанола и ацетата Zn в качестве ката лизатора проходил деполимеризацию в течение 24 часов при 230°С. После удале ния на ротационном испарителе избыточного бутанола остаток разбавили в аце тоне и с помощью растворителя в качестве подвижной фазы количественно раз делили на Сефадексе LH 20.
Это препаративное гель хроматографическое разделение бутанолизата мож но видеть на рис. 7.5а. В процессе бутанолиза карбонатные группы полимера были переведены количественно в дибутиловый сложный эфир угольной кислоты. При выпаривании избыточного бутанола было удалено из бутанолизата основное ко личество сложного диэфира угольной кислоты. Однако для оценки количествен ного состава полимера оба мономера (диолы, пик 2 и 3 на рис. 7.5а и 7.5б) были в
наличии. Количественную оценку сложного дибутилэфира угольной кислоты можно было бы, при необходимости, провести непосредственно в бутанолизате с помощью ВЖЭХ или ГХ.
АММОНОЛИЗ (РАСЩЕПЛЕНИЕ АММИАКОМ)
1 г поликарбоната проходил деполимеризацию в течение 3 часов при 130°С в 40 мл в два раза разбавленного концентрированного аммиака (см. рис. 7.6). Как бута нолиз, так и аммонолиз проводились в стальных баллонах с тефлоновой встав
кой фирмы Berghof/Tübingen. После удаления на ротационном испарителе из быточного водного раствора аммиака остаток разбавили метанолом и с помо щью того же самого растворителя в качестве элюента количественно разделили на Сефадексе LH 20. При этой деполимеризации карбонатные группы количе ственно регистрировались как мочевина. Этот вид деполимеризации также мож но взять в [7.22].
То, что после бутанолиза и аммонолиза были найдены 2 количественно иден
тичных компонента полимера, было важным признаком того, что полимер со
держал 2 диола.
7.3.1.2. Разделение – количественная оценка – идентификация
Бутанолизат и смесь, являющаяся результатом расщепления аммиаком, были ос
вобождены от 1 бутанола, а также воды на ротационном испарителе и в препара
184
Глава 7. Аналитика полимеров
тивных количествах разделены на Сефадексе LH 20 с целью идентификации. Были выбраны следующие условия разделения к рис. 7.5а и 7.5б:
Колонка: |
1 м + 2 × 2 м, внутренний диаметр 25/26 мм |
|
Неподвижная фаза: |
Сефадекс LH 20 |
|
Длина слоя геля: |
870 мм + 2 × 1870 мм |
|
Подвижная фаза: |
7.5а ацетон |
7.5б метанол |
Скорость протекания: |
7.5а 4 мл/мин |
7.5б 2 мл/мин |
Проба: |
7.5а бутанолизат |
7.5б аммонолизат 1 г поликарбоната |
Результаты препаративных гель хроматографических разделений:
1. Бутанолиз (рис. 7.5а) |
|
(1) сложный дибутиловый эфир угольной кислоты |
332 мг |
(2) 4,4 би (4 гидроксифенил) 2,6,6 триметилциклогексан |
360 мг |
(3) бисфенол А |
552 мг |
2. Аммонолиз (рис. 7.5б) |
|
(1) мочевина |
212 мг |
(2) 4,4 би (4 гидроксифенил) 2,6,6 триметилциклогексан |
361 мг |
(3) бисфенол А |
557 мг |
Молярное соотношение обоих диолов: ~ 2 : 1.
С помощью результатов взвешивания пиков провели уже точную количе ственную оценку. При выпаривании 1 бутанола можно было уже узнать слож ный дибутиловый эфир угольной кислоты по характерному яблочному запаху. Мочевину и бисфенол А можно было идентифицировать на основе элементного анализа CHN величин или времени удерживания. Для определения диола при менили также 1Н ЯМР спектр. 4,4 бис (4 гидроксифенил) 2,6,6 триметилцик логексан был идентифицирован с помощью 1Н и 13С ЯМР спектров и FD масс спектрометрии.
ГЛАВА 8
АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ПРЕПАРАТИВНЫЕ РАЗДЕЛЕНИЯ
Эта глава представит многочисленные аналитические и препаративные, а также комбинированные разделения с сопроводительным текстом и без него. Но будут также представлены и результаты анализов, инструкции по проведению анализов
иих методы в краткой, сконцентрированной на главном форме. Подробные опи! сания не уложились бы в рамки книги. Изображенные здесь примеры разделения
ихроматограммы говорят сами за себя и ориентированы на практическое приме! нение, чего зачастую не хватает.
8.1. Аналитическая ВЭЖХ
Быстрые аналитические разделения с помощью ВЭЖХ служат, как известно, для
того, чтобы идентифицировать компоненты пробы на основе времени удержива! ния и определить количественно после проведенной поверки с помощью стандарта.
Метанол
(1,6 гександиол)
|
Более гидрофобный, чем |
?, так как бензольное кольцо |
|
доступнее при адсорбции |
|
Колонка: |
LiChroprep RP С 8; 5 мкм; 4 × 250 мм (LiChroCART) |
|
Подвижная фаза/ скорость протекания: метанол/вода 20 : 80, 1 мл/мин
Проба: |
по 12,5 мг/мл метанола (впрыскивание: 20 мкл) |
|
мин |
Рис. 8.1. Аналитическое ВЭЖХ!разделение сшивателей цепей для полиуретанов
186
Глава 8. Аналитические и препаративные разделения
Быстрое сравнение двух или более проб при идентичных условиях разделения мо! жет быть также очень красноречивым подтверждением, если исходить из того, что все компоненты пробы элюированы и обнаружены.
8.1.1. Сшиватели для полиуретанов
Хроматограмма на рис. 8.1 показывает разделение сшивателей, которые приме! няются при производстве полиуретанов (см. раздел 7.1). Два форполимера с кон!
Колонка: |
LiChroСART 4 × 250 мм с LiChrosorb RP С 8,5 мкм |
Подвижная фаза/ |
метанол/вода 20 : 80, |
скорость протекания: |
1 мл/мин |
Проба: |
по 6,25 мг/мл элюента (объем впрыскивания: 20 мкл) |
Мезовинная кислота
Яблочная кислота
Янтарная кислота
мин
Рис. 8.2. Аналитическое разделение посредством ВЭЖХ С4!дикарбоновых кислот
8.1. Аналитическая ВЭЖХ 187
цевой (–NCO)!группой присоединяются через эти диолы к полимерам. Были выб! раны следующие условия разделения:
Колонка: |
LiChrosorb RP С!8, 5 мкм; 4 × 250 мм (LiChroCART) |
Подвижная фаза/ |
|
скорость протекания: |
метанол/вода 20 : 80, 1 мл/мин |
Проба: |
по 12,5 мг/мл метанола (впрыскивание: 20 мкл) |
8.1.2. С4 дикарбоновые кислоты
Разделение С4!дикарбоновых кислот с большим количеством воды в метаноле на
колоночном наполнителе ОФ С!8 можно видеть на рис. 8.2. Типичное, если даже
Колонка: |
гиперсил MOS, 5 мкм; 4,6 × 250 мм |
|
Подвижная фаза/ |
метанол/вода |
|
расход: |
93 |
: 7,1 мл/мин |
Проба: |
по |
20 мг дилаурата ПЭГ 200/мл подвижной фазы |
(объем впрыскивания: 20 мкл = 400 мкг аддукта ЭО)
мин
а)
Свободный ПЭГ
Полярные компоненты! Больше в а чем в б
Сложный моноэфир
Сложный диэфир
мин
б)
Рис. 8.3. Аналитическое разделение ВЭЖХ дилауратов ПЭГ!200: (а) 1!й образец, (б) 2!й образец
188
Глава 8. Аналитические и препаративные разделения
Колонка: |
Сферисорб амин, 5 мкм; 4,6 × 250 мм |
Подвижная фаза/расход: ацетонитрил/вода 65 : 35, 1 мл/мин |
|
|
(примерно 60 бар) |
Проба: |
20 мкл от 15 мг декстрина 20/мл воды |
|
с небольшим количеством ацетонитрила |
Глюкоза |
Гепта |
Мальтоза |
Окта |
Трисахарид |
Нона |
Тетра |
Дека |
Пента |
Ундека |
Гекса |
|
мин
Рис. 8.4. Разделение мальто! и целлодекстринов с помощью ВЭЖХ
не поразительное разделение по убывающей полярности. Были выбраны следую! щие условия разделения:
Колонка: |
LiChroСART 4 × 250 мм с LiChrosorb RP С!8, 5 мкм |
Подвижная фаза/ |
|
скорость протекания: |
метанол/вода 10 : 90, 1 мл/мин |
Проба: |
по 6,25 мг/мл элюента (объем впрыскивания: 20 мкл) |
8.1.3.Дилаураты полиэтиленгликоля 200 (ПЭГ 200)
Осоставе сложных эфиров полигликоля кислоты жирного ряда уже подробно со!
общалось (см. разделы 4.2.2 и 4.2.2.1). Здесь будет только показано, насколько быстрыми и эффективными являются ВЭЖХ!разделения при правильном при! менении, если речь идет о сравнении между двумя образцами дилаурата ПЭГ!200. Обе хроматограммы на рис. 8.3 отчетливо показывают разницу. Эти аддукты ЭО
различаются по соотношению компонентов: между несвязанным ПЭГ и сложны! ми моноэфирами (пик 1 и пик 2), полярными компонентами смеси и сложными
диэфирами (пик 3…5), гидрофобными составляющими аддуктов ЭО.
8.2. Препаративные разделения на готовых стеклянных колонках 189
Можно сразу увидеть (рис. 8.3), что первая проба содержит больше полярных компонентов, чем вторая проба. Для бензиновых прядильных препараций первая проба не годится, так как она образовывала бы неустойчивую эмульсию. Были выбраны следующие условия разделения (см. рис. 8.3).
8.1.4. Мальто и целлодекстрины
Мальтодекстрины и целлодекстрины фирм «Флука» («Fluka») или «Мерк» («Merck») – это смеси. Наряду с глюкозой здесь представлены в различных количествах дисаха! риды до ундекасахаридов, т. е. олигосахариды. Разделение таких смесей с помощью
ВЭЖХ проводится в аминофазах метанолом/ацетонитрилом в качестве подвиж! ной фазы. Рисунок 8.4 очень наглядно отражает количественное разделение маль!
тодекстриновой смеси. Подобным образом могут быть количественно определены все олигосахариды, а не только до тетрасахаридов, как это происходит у произво! дителя мальтодекстринов. У смесей целлодекстринов фирмы «Meрк»/Дармштадт указаны точные составы. Для разделения с помощью аналитической ВЭЖХ были выбраны следующие условия (см. рис. 8.4).
8.2.Препаративные разделения на готовых стеклянных колонках
Под стеклянными готовыми колонками понимаются разделительные колонки, которые изготовитель заполняет различными материалами, использующиеся в области жидкостной колоночной хроматографии низкого и среднего давления. Препаративные разделения, как уже перечислялось в главе 4, проводятся по раз! ным причинам. Нижеследующие разделения служили в основном, как это часто бывает, для выделения, количественной оценки и идентификации компонентов проб различного происхождения. Оба следующих примера показывают, что слиш! ком «хорошие» разделения тоже могут иметь свои недостатки.
8.2.1. Технический моностеарат глицерина
Технический моностеарат глицерина (МСГ), как правило, cодержит немного триг! лицеридов и переменное количество диглицеридов (4…10 масс. % ). МСГ применя! ется как антистатик и эмульгатор, особенно для эмульсий типа «вода в масле». На рис. 8.5 представлено разделение пробы МСГ (1000 мг) на готовой стеклянной ко! лонке Lobarfi!LiChroprep Sl 60 (25 × 310 мм) дихлорметаном (2 мл/мин) в качестве элюента. Нужно исходить из того, что во всех технических сложных эфирах
одно! и многоатомных спиртов, которые являются стеаратами, пальмитиновая кис!
лота присутствует также в бóльших количествах.
Сначала о разделении на немодифицированном силикагеле на рис. 8.5. Прово!
дится элюирование и разделение веществ на нормальной фазе, в отличие от ОФ!ма! териалов, по возрастающей полярности. Самый полярный компонент смеси глице!
ридов, моностеарат глицерина (МСГ, 60,8%), по названию которого и получил про! дукт свое наименование, может быть десорбирован только полярным растворите!
190
Глава 8. Аналитические и препаративные разделения
Рис. 8.5. Препаративное разделение технического мг моностеарата глицерина на силикагеле дихлорме!
таном
ч
лем!метанолом. Результат показывает, что проба по количественному составу была нетипичным МСГ. Аналитическое ВЭЖХ!разделение на немодифицированном си! ликагеле или на материале СN или ОФ было бы, вероятно, слишком хорошим и тем
самым мало пригодным для экспресс!анализа. Здесь имеется в виду разделение всей смеси по длине цепей, а также разделение глицеридов с изомерами положения, что значит, что в процессе разделения это может привести к перекрытию пиков.
Чтобы получить общий итог по количеству, более подходящим является препара!
тивный метод, так как он дает простой и быстрый ответ на относящиеся к делу вопросы. Разделение на Сефадексе LH!20 этилацетатом в качестве подвижной фазы предоставляет вторую возможность для качественной и количественной характе! ристики проб МСГ. На рис. 8.6 показано разделение двух проб моностеарата гли! церина (МСГ) на 1!метровой колонке (слой геля: 25 × 870 мм). Эти пробы были свободны от триглицеридов, которые могли бы появиться в элюате перед дигли! церидами, и доля диглицерида была меньше, чем в предыдущей пробе. Три!, ди! и моноглицериды в процессе разделения с помощью этого метода разделяются,
выделяются и определяются количественно. Гравиметрическая оценка была и ос! тается при этом самым точным методом количественной оценки. Были выбраны
следующие условия разделения (рис. 8.6):