7. Сверхкритическая флюидная хроматография

В сверхкритической флюидной хроматографии (СФХ) подвижной фазой служит сверхкритический флюид – вещество, находящееся в сверхкритическом состоянии и имеющее показатели, промежуточные между характеристиками газов и жидкостей, благодаря тому, что находится при так называемой критической температуре Т_с и критическом давлениир_с. Наиболее важными характеристиками используемых в хроматографии подвижных фаз являются плотность, вязкость и коэффициент диффузии. В табл. 1.3 сопоставляются эти характеристики для газов, сверхкритических флюидов и жидкостей. Аномально высокая плотность сверхкритических флюидов обусловливает чрезвычайно высокую растворяющую способность в них большинства нелетучих веществ. Например, диоксид углерода в сверхкритическом состоянии растворяетн-алканы с числом С-атомов от 5 до 40, а также очень многие полициклические ароматические углеводороды.

Величины критической температуры и критического давления для некоторых веществ, наиболее часто используемых в качестве подвижных фаз в СФХ, приведены в табл. 1.4. Оптимальными для

Таблица 1.3

Важнейшие характеристики газов, сверхкритических флюидов и жидкостей

Характеристика	Газы	Сверхкритические флюиды	Жидкости
Плотность, г/см3	0,6 10–3–2 10–3	0,2 – 0,5	0,6 – 2
Вязкость, г/(см · с)	1 10–4–3 10–4	1 10–4–3 10–4	0,2 10–2–3 10–2
Коэффициент диффузии, см2/с	0,6 10–3–2 10–3	0,6·10–3–2 10–3	0,6 10–3–2 10–3

СФХ параметрами являются температура около 1,2 Т_с и давление от 1 до 3р_с, т. е. находятся в диапазоне обычных для ГХ и ВЭЖХ условий, и, следовательно, хроматограф для СФХ может состоять из блоков, аналогичных применяемым в ГХ и ЖХ.

Таблица 1.4

Критические величины для подвижных фаз в сфх

Флюид	Температура Тс,оС	Давление рс, Па	Плотность dc, г/см3
СО2	31,3	7,39	0,468
N2О	36,5	7,27	0,457
NH3	132,5	11,40	0,235
Метанол	239,4	8,10	0,272
н-Бутан	152,0	3,80	0,228
Дифтордихлорметан	111,8	4,12	0,558
Диэтиловый эфир	195,6	3,64	0,265

Наиболее часто в качестве подвижной фазы в СФХ используют диоксид углерода, поскольку это достаточно дешевый, нетоксичный, не имеющий запаха, удобный в обращении реагент, не поглощающий УФ-излучение вплоть до 190 нм. Критические параметры диоксида углерода таковы, что температура и давление могут варьироваться в достаточно широких пределах. При его применении в качестве подвижной фазы оптимизация разделения компонентов смеси может быть достигнута введением органического модификатора, например метанола или диоксана.

Неподвижные фазы в СФХ могут находиться в набивных или капиллярных колонках. Набивные колонки заполняются адсорбентами с диаметром частиц 3–10 мкм, в капиллярных колонках из плавленого кварца в качестве неподвижных фаз используют жидкие или химически привитые на внутренних стенках силоксаны. Толщина слоя неподвижной фазы в капилляре составляет 0,05–1 мкм.

Следует обратить внимание на важную роль точной установки температуры и давления при проведении СФХ. Температура может поддерживаться с помощью обычных для ГХ колоночных термостатов. Давление в колонке необходимо точно контролировать, поскольку плотность сверхкритического флюида зависит от давления и изменения давления приводят к изменению коэффициентов емкости. Более высокое давление обеспечивает большую плотность флюида. Это повышает элюирующую силу подвижной фазы и снижает время удерживания компонентов разделяемой смеси. Например, увеличение давления диоксида углерода с 7 до 9 Мпа сокращает время удерживания компонентов некоторых смесей примерно в 5 раз. Благодаря этому в СФХ используют градиентное программирование давления, по достигаемому эффекту аналогичное программированию температурв в газовой хроматографии и градиентному элюированию в жидкостной.

Благодаря тому, что СФХ объединила преимущества газовой и жидкостной хроматографии, она особенно полезна при установлениии соединений, которые не могут быть определены ни ГХ, ни ЖХ. Это, с одной стороны, нелетучие вещества, которые не могут испаряться без разложения, и, с другой стороны, вещества, не содержащие функциональных групп и, следовательно, не дающие сигнал при использовании обычных для жидкостной хроматографии спектроскопических или электрохимических детекторов.

Примеров применения СФХ для определения нелетучих веществ с относительно высокой молекулярной массой достаточно много уже в настоящее время. С ее помощью эффективно анализируются многие природные продукты, лекарства, пищевые продукты, поверхностно-активные вещества, полимеры, сырая нефть и продукты ее переработки и многие другие объекты.

Сверхкритическая флюидная хроматография (СФХ) — вид элюентной хроматографии, в которой в качестве основного компонента подвижной фазы используется вещество в сверхкритическом или околокритическом состоянии. Впервые возможность использования растворителя при температурах выше критической в качестве элюента в хроматографии была показана в работе Клеспера 1962 года [1], однако долгое время этот метод не находил серьезного применения ввиду недостаточного развития приборной базы. Настоящее становление данной техники пришлось на 80—90-е годы, в немалой степени благодаря обострившемуся вниманию общества к проблемам природопользования и ресурсосбережения. В ходе поиска альтернативных, более экологически приемлемых и экономически выгодных лабораторных и промышленных технологий сверхкритические флюидные технологии, и в частности СФХ, стали пропагандироваться и использоваться не только в среде исследователей-энтузиастов. Так, например, газета Нью-Йорк Таймс 19 мая 1987 года писала: «Выше определенной температуры и давления вещество может быть переведено в некое особое состояние, называемое сверх­критическим флюидом... которое нельзя встретить на Земле в обычных условиях». В 1990—2000-е годы пристальное внимание было сконцентрировано на методах раз­деления энантиомеров с использованием сверхкритической хроматографии, поскольку именно в этой области экономические преимущества препаративной СФХ над ВЭЖХ (высокоэффективная жидкостная хроматография) дают особо заметный эффект. Однако в последнее время осваивается все больше новых сфер применения этого метода, ранее казавшихся недостижимыми для сверхкритической хроматографии. Ниже будет разобрано несколько примеров такого рода.