книги из ГПНТБ / Современное состояние жидкостной хроматографии

Еще одним требованием, предъявляемым к растворителю, яв­ ляется совместимость растворителя и детектора. Ультрафиолето­ вые детекторы не могут быть использованы с растворителями, поглощающими на интересующей нас длине волны. При использо­ вании детекторов транспортного типа возникают трудности, так как из-за наличия в растворителе неорганических солей может разрушиться транспортирующая проволока. Рефрактометр дает пониженный или нулевой сигнал, если показатель преломления растворителя и одного или нескольких компонентов образца по­ добны. Обычно градиентная подача растворителя не может быть использована, если применяется рефрактометр или микроадсорб­ ционный детектор, так как базовая линия очень сильно реагирует на изменения состава растворителя. В некоторых случаях можно подобрать различные растворители с одинаковым показателем преломления, так что он будет оставаться постоянным для изме­ няющейся системы растворителя [1]. Однако сделать это доста­ точно сложно, и, кроме того, чувствительность детектирования при этом существенно снижается из-за усиления дрейфа базовой ли­ нии. При градиентной подаче растворителя и использовании УФ-де- тектора необходимо обратить внимание на поглощаемость различ­ ных компонентов растворителя, но это гораздо менее серьезная проблема (см., например, [2]).

Иногда растворимость образца предопределяет использование определенных растворителей. Эта проблема возникает главным об­ разом в препаративном разделении. Хроматографическая актив­ ность растворителя и растворимость образца часто меняются так же, как меняется состав растворителя, так что иногда трудно по­ добрать растворитель, который будет обеспечивать одновременно и хорошую растворимость, и достаточную активность. Иногда преднамеренно выбирается растворитель, имеющий меньшую активность, обеспечивающий плохое разделение вымываемых пер­ выми компонентов образца. Эти начальные фракции часто бывают растворимы в менее активных растворителях, которые затем могут быть использованы для повторного разделения начальных фракций.

При препаративном разделении очевидно, что растворитель не должен взаимодействовать с регенерируемым образцом. Эта проб­ лема возникает редко в связи с целым рядом причин (например, малая вязкость), для разделения целесообразно применять низкокипящие растворители, которые обычно можно удалить выпари­ ванием. Следует также избегать применения реакционноспособных растворителей, способных полимеризоваться с образованием высококипящих продуктов. Например, ацетон конденсируется до диацетонового спирта и соединений с более высоким молекулярным весом на основной окиси алюминия, и поэтому ацетон нельзя ис­ пользовать вместе с этим сорбентом.

В. Вязкость растворителя и эффективность колонки

Число тарелок в колонке Л/ увеличивается с уменьшением вы­

ристики. С увеличением вязкости растворителя вследствие умень­ шения коэффициента диффузии образца и снижения скорости мас­ сопереноса увеличивается высота тарелки; кроме того, умень­ шается проницаемость колонки, и для поддержания данной объемной скорости растворителя требуется больший перепад дав­ ления. В работе [3] показано, что Н в адсорбционной хромато­ графии увеличивается приблизительно пропорционально корню квадратному из вязкости растворителя. Константа К' прямо про­ порциональна вязкости растворителя. Сочетание этих двух факто­ ров приводит ориентировочно к двукратному понижению /V при 2,5-кратном увеличении вязкости [4] при постоянном времени раз­ деления или же оптимизированных условиях при максимальном сопротивлении колонки. Чтобы сохранить постоянной эффектив­

Подобрать растворители с вязкостью ниже 0,4—0,5 спз обычно не сложно; ионообменную хроматографию мы исключим из рас­ смотрения, поскольку там используются главным образом водные растворы.

Имеется ряд растворителей, вязкость которых составляет 0,2— 0,3 спз, и добавляя их к более вязким растворителям, можно при­ готовить большой набор смесей с низкой вязкостью. Если основной

Растворители с очень низкой вязкостью, такие, как пентан или этиловый эфир (0,2 спз), в ЖХ часто исключаются из рассмотрения из-за их низкой температуры кипения. Низкокипящие раствори­ тели обычно образуют пузырьки в колонке и в детекторе. Чтобы избежать этого после детектора помещают ограничитель потока (например, короткие трубки малого диаметра). Значения вязкости для некоторых используемых в хроматографии растворителей со­ браны в табл. 4.2.

Г. Активность растворителя в распределительной хроматографии

/. Оптимизация полярности растворителя

Если разделение двух хроматографических полос оптимизирова­ но, т. е. достигнуто максимальное разрешение в единицу времени, значения k' обоих пиков должны приближаться к оптимальному

Коэффициент емкости k' выражается как произведение отно­ шения концентраций образца в каждой фазе на отношение объе­ мов фаз внутри колонки:

(4.2)

Объем неподвижной фазы внутри колонки может варьироваться (изменяется количество неподвижной фазы, удерживаемой на но­

Относительное распределение X между двумя фазами опреде­ ляется межмолекулярными взаимодействиями молекулы X с моле­ кулами фаз М и S. Когда эти взаимодействия в одной фазе силь­ нее, чем в другой, концентрация X в соответствующей фазе будет больше. Что определяет относительную силу взаимодействия об­ разца с растворителем?

С точки зрения теории важны характер и величина различных межмолекулярных сил: на этих вопросах мы далее кратко остано­ вимся. Но основное внимание мы уделим так называемой поляр­ ности образца и растворителя. Говоря о том, что применяемые растворители полярны, хроматографисты имеют в виду именно то и только то, что говорят все другие химики, утверждая, что углеводороды неполярны, а спирты полярны. В жидкой фазе по­ лярные соединения взаимодействуют достаточно сильно с любым другим соединением, поэтому полярные соединения имеют более высокую температуру кипения (для молекул одинакового раз­ мера), чем неполярные. Их теплоты испарения в расчете на еди­ ницу объема также выше, так как это отражает разрыв сильной полярной связи в жидкой фазе.

Коротко внесем ясность в определение полярности и ее важно­ сти как любого квалификационного значения в хроматографиче-

полагается, что подвижная фаза менее полярна, чем неподвижная, как это обычно бывает в распределительной хроматографии. Если полярности молекул образца и растворителя примерно одинаковы

Диапазон полярности, ограниченный скобкой на рис. 4.1, а, соот­ ветствует более полярным'молекулам образца, таким, для которых

Таблица 4.2

Свойства растворителей, представляющие интерес в хроматографии

творимости количественно определяет величину, которую мы назы­

Сравнение шкал полярности табл. 4.1 и 4.2 показывает, что классификация различных растворителей в этих таблицах в ос­ новном одинакова, однако имеется несколько заметных расхожде­ ний. Например, ацетон (6—9,4) считается полярным по табл. 4.1, а

нию таких серий в распределительной хроматографии: относитель­ ная полярность или хроматографическая активность двух раство­ рителей может, как оказалось, значительно изменяться в зависимо­ сти от типа образца. Так, в распределительной хроматографии каждая элюотропная серия только ориентировочно постоянна для

просто «полярностью» каждой взаимодействующей молекулы, а не­ сколькими различными типами межмолекулярных сил: дисперсион­ ными силами, индукцией диполя, ориентацией диполя и водород­ ными связями (см. [6]). Общее значение б для данной жидкости определяется соотношением этих различных взаимодействий в чи­ стой жидкости. Как показано в табл. 4.2, параметр растворимости Гильдебранта б можно разложить на составляющие по этим вза­ имодействиям: б<г для дисперсионных взаимодействий, б0 для дипольных взаимодействий, 6а и б^ для взаимодействий с участием водородных связей. Здесь 6а измеряет способность растворителя выступать в роли акцептора протонов, а Ьн определяет его прото-

пущениях, какие делал Хансен [10]. Каждый из этих параметров измеряет различного рода «полярность» растворителя. Для таких соединений, как нитрилы или нитросоединения, которые имеют большие дипольные моменты, б0 является наиболее подходящим индексом хроматографической активности растворителя или по­ лярности. Для доноров электронов, таких, как эфиры или амины, хорошим индексом хроматографической активности растворителя является Ьп- В случае спиртов или фенолов (протонодонорные сое­ динения) ба измеряет активность растворителя более точно. Реже

органических образцов слабо отличаются друг от друга. Раствори­ тели с высокими б<2 проявляют небольшую специфичность для ароматических соединений и для соединений, содержащих функ­

менение всех трех или даже четырех указанных параметров. Если порядок активности растворителей одинаков (т. е. мы имеем по­ стоянные элюотропные серии) для всех возможных образцов, тогда 6<*, б0 , ба и 6ft должны увеличиваться (или уменьшаться) для каж­ дого растворителя в серии. По-видимому, это правило нельзя рас­ пространить на все растворители, приведенные в табл. 4.1 и 4.2, так как их активность меняется в зависимости от образца и по отношению друг к другу. Хотя б0 , ба и б л обычно увеличивают-