2.5.2. Элюирующая сила в обращенно-фазовой хроматографии

В ОФХ при увеличении полярности модификатора его элюирующая сила падает. Фактор удерживания в условиях ОФХ в общем случае нелинейно зависит от состава ПФ, эту зависимость можно выразить квадратным уравнением:

lnk=Aφ₂²+Bφ₂+C, (76)

где А, В и С – эмпирические коэффициенты; А имеет положительный знак, В – большую величину и отрицательный знак, С ‒ натуральный логарифм k в чистой воде. Справедливость уравнения (76) подтверждена на многочисленных экспериментальных данных [1,12-14,25]. Значительные отклонения от этой зависимости могут наблюдаться при низком содержании модификатора (φ₂<0.1). Коэффициент С не обязательно соответствует фактору удерживания в чистой воде. Использование нелинейных зависимостей облегчает описание влияния состава на удерживание в широком диапазоне φ₂.

В узких интервалах φ₂ фактор удерживания k=1-10 и адекватно описывается линейным уравнением

lgk=lgk₁-Sφ₂, (77)

где lgk₁ ‒ экстраполированный фактор удерживания в чистой воде.

Следует отметить, что показатель S, вопреки изначальному предположению Снайдера, не является постоянной величиной для конкретной НФ и двух компонентов той или иной ПФ и зависит от удерживания сорбата, кроме того, уравнение (77) приблизительно соблюдается лишь при изменении состава элюента в пределах 30% [12]. Коэффициент k₁, как и С, в уравнении (76) не дает точной оценки удерживания в воде. Для тройных систем уравнение (77) пригодно только в том случае, если используются псевдобинарные системы, т.е. тройные смеси, в которых соотношение объемных долей двух модификаторов постоянны.

Для расчета изоэлюотропных составов в ОФХ по аддитивной схеме применяли полярность Р’, и растворимость Гильдебранда δ_Т , сольватохромный параметр E_T^N, наконец, обобщенные критерии полярности [12, 25, 27]. Действительно, зависимость этих параметров от состава в водных смесях ацетонитрила и метанола близка к линейной. Если отбросить относительно быстрое изменение Е_T^N для смесей воды с большинством модификаторов в области ₂=0.95-1.0, а для ацетонитрила еще и в области ₂=0-0.05, которые обусловлены спецификой сольватохромного эффекта, параметр Е_T^N также адекватно описывается линейной зависимостью от объемной доли воды. Если допущение об аддитивности принято для частных критериев полярности, логично распространить его на обобщенные критерии (P^o, P_N, R_L), образованные на их основе. В первом приближении можно считать, что в смесях одинаковой полярности одинаковыми будут и параметры удерживания. Другими словами, можно ожидать, что смеси с одинаковыми P^o, P_N, R_L являются изоэлюотропными. Для двух бинарных смесей с разными модификаторами можно записать равенство

(1-_Х)Р_В+_ХР_Х=(1-_Y)Р_В+_YР_Y (78)

где _Х и _Y – объемные доли модификаторов X и Y в изоэлюотропной смеси, Р_В - полярность воды, Р_Х и Р_Y ‒ полярности соответствующих модификаторов. Из уравнения (78) следует, что

_Х=_Y(Р_Y-Р_В)/(P_X-P_B) (79)

Возьмем в качестве стандартного модификатора метанол и обозначим отношение разностей полярности (Р_M-Р_В)/(P_X-P_B) как Δ_J, где Р_M ‒ P_i для метанола. Таким образом, мы получим коэффициент Δ_J, позволяющий легко рассчитать изоэлюотропный состав для выбранного критерия полярности. В работе [12] Схунмакерс рассчитал коэффициент Δ_J для параметра растворимости. Рассчитаем его для других критериев полярности (табл. 55). Коэффициент Δ_J для каждого модификатора соответсвует его процентному содержанию в бинарных смесях с водой, эквивалентному одному объемному проценту метанола. Схунмакерсом детально показано [12], что параметр растворимости очень хорошо подходит для предсказания состава изоэлюотропных смесей в ОФХ. Соотношение (78) проверено на экспериментальных данных, полученных для большого числа образцов. Так, для некоего аналита в смеси метанол - вода (1:1) находили k=3. То же самое значение k для этого образца было найдено и в смеси ТГФ – вода (34:66). Для другого аналита в водно-метанольной смеси (1:1) коэффициент k=30, и такое же его значение получено при использовании ПФ ТГФ – вода (28:72). Усредненный состав смеси ТГФ ‒ вода изоэлюотропный водно-метанольной смеси в данном примере равен 31:69. Из-за специфических взаимодействий соответствующие друг другу смеси на основе метанола и ТГФ, используемые для разных аналитов, несколько различаются. И наоборот, если в качестве изоэлюотропного взять раствор ТГФ, состав которого является усредненным для большого числа образцов, некоторые соединения будут элюироваться позднее, чем при использовании исходной смеси метанол – вода, а некоторые раньше. Найдено, что для различных сорбатов относительные различия k могут достигать 100% [12]. Однако не следует расценивать это как ошибку в определении состава изоэлюотропных смесей. Скорее данный факт позволит использовать такие смеси для увеличения селективности, сохраняя удерживание примерно на том же уровне. Именно этот принцип широко применяется для оптимизации селективности в ВЭЖХ.

Таблица 55. Коэффициенты Δ_J для расчета состава изоэлюотропных ПФ типа вода – модификатор для ОФХ

Модификатор	δT	Р’	ЕTN	Po	PN
Метанол	1	1	1	1	1
Этанол	0.81	0.86	0.69	0.82	0.81
ИПС	0.73	0.82	0.62	0.75	0.75
ИПС	0.74	0.81	0.52	0.73	0.72
Ацетонитрил	0.78	1.16	0.44	0.84	0.83
Ацетон	0.64	1.00	0.37	0.68	0.67
ТГФ	0.62	0.82	0.30	0.58	0.58
Диоксан	0.65	0.94	0.28	0.59	0.58
ДМСО	0.80	1.34	0.43	-	0.89

Как видно из табл. 55, значения Δ_J , полученные по параметру растворимости, наиболее близки к Δ_J, полученным на основе обобщенных критериев полярности (P^o и P_N), а значит положительные выводы, сделанные Схунмакерсом по применимости δ_T в оценке изоэлюотропных составов полностью можно отнести к обобщенным критериям полярности. Все приведенные выше рассуждения также легко распространить на изоэлюотропные смеси, содержащие более одного модификатора.

Рассмотрим применение принципа изоэлюотропности на примере поведения ряда фенолов в бинарных ПФ для ОФХ. Фенолы часто применяют в качестве стандартных сорбатов для проверки моделей удерживания в изучаемых хроматографических системах [12, 25, 27, 37]. Анализ экспериментальных данных [27,37] показал, что для фенолов разного строения в сериях ПФ ацетонитрил ‒ вода и метанол – вода в диапазоне ₂=1-0.5 наблюдаются удовлетворительные общие корреляции.

logV_R=a+bP_N. (80)

Если бы принцип изоэлюотропности не соблюдался, частные корреляции, найденные в отдельных метанольных или ацетонитрильных сериях, существенно отличались бы по коэффициентам а и b. Однако, на удерживание фенолов влияет, прежде всего суммарная полярность ПФ, в меньшей степени – тип модификатора, что согласуется с универсальным характером редуктивного критерия P_N. С другой стороны, значения V_R увеличиваются в соответствии с сольвофобным механизмом удерживания с увеличением гидрофобности сорбата. Между параметрами удерживания фенолов и их гидрофобностью в изоэлюотропных и близких по полярности ПФ прослеживались тесные корреляции:

logV_R=c+dH (81)

Наличие явных корреляций между удерживанием фенолов и обобщенным критерием полярности ПФ, между гидрофобностью сорбатов и их удерживанием в изоэлюотропных по данному критерию ПФ подтверждает возможность его применения в изучении хроматографического поведения веществ в зависимости от свойств ПФ и строения сорбата. Вместе с тем имеются отличия в селективности ацетонитрила и метанола, которые выражаются в том, что частные корреляции (80) выполняются лучше, чем общие, а в общих корреляциях заметны систематические отклонения.

Практическое значение корреляций (80) и (81) заключается в том, что по ним можно оценить характеристики удерживания аналитов в выбранных условиях ОФХ при произвольном составе ПФ, рассчитать V_R при переходе с одного элюента на другой, спрогнозировать возможность разделения соединений с различной гидрофобностью в ПФ с заданной полярностью.

Весьма привлекательным для определения элюирующей силы ПФ в условиях ОФХ является критерий R_L. Корреляция между коэффициентом S и критерием R_L в известном ряду растворителей имеет вид: S=0.056R_L. Таким образом, элюирующая сила бинарной ПФ вода – модификатор будет определяться простым линейным выражением, удобным в хроматографической практике:

R_L= R_L2φ₂, (82)

где R_L2 - элюирующая сила модификатора, а φ₂ – его объемная доля.

Редуктивный липофильный критерий R_L предпочтительней для характеристики элюирующей силы в ОФ ВЭЖХ, чем критерий Р_N, так как мы имеем дело с прямой зависимостью, а в расчетах исчезает параметр воды. Конечно, критерий R_L не учитывает влияния рН среды, если вместо воды применяют буферные растворы. Величина рН влияет на параметры удерживания ионогенных веществ (слабых кислот и оснований) и практически не влияет на удерживание неионогенных аналитов [12]. Уменьшение рН в области рН<7 ведет к увеличению удерживания органических кислот, так как они переходят в молекулярную форму и, наоборот, увеличение рН в области рН>7 ведет к возрастанию времени удерживания слабых оснований, переходящих в молекулярную форму. Поэтому для контроля элюирующей силы смешанной ПФ из водно-органического буферного раствора требуются эмпирические поправки, учитывающие рК сорбатов.