3. Хроматографическая подвижность веществ

   1. Общие теоретические закономерности

Основной характеристикой хроматографической подвижности вещества, используемой в ТСХ, является величина R_f, характеризующая подвижность вещества относительно подвижности элюентав данных условиях проведения анализа. Определяется эта величина (уравнение 1 .1), как отношение расстояния, пройденного пятном вещества от линии старта (a_x) к расстоянию между линией старта и линией финиша (a_E). Метод определения этих величин представлен на рисунке 3 .1

(

1.1

)

Рисунок

3.1

– Определение хроматографической подвижности вещества

Если величина a_Eпроизвольно задается условиями проведения анализа, то величинаa_xзависит от большого количества факторов, значения которых в большинстве случаев контролировать сложно, поэтому для надежной характеристики подвижности вещества, воспроизводимой от эксперимента к эксперименту вне зависимости от условий, лаборатории и времени проведения анализа следует пользоваться величиной, характеризующей подвижность изучаемого вещества относительно подвижности стандартного вещества в этих условиях –R_S(уравнение 1 .2).

,

(

1.2

)

где R_f(X) иR_f(S) – хроматографическая подвижность изучаемого и стандартного веществ, соответственно.

К сожалению, до настоящего времени нет общепринятого набора стандартов, позволяющего “привязать” большинство органических веществ.

Для описания способности вещества адсорбироваться на неподвижной фазе в хроматографии часто используетсявеличинаk'–коэффициент удержания– отношение количества вещества в подвижной фазе к его количеству в неподвижной, рассчитываемый в ТСХ по формуле 1 .3

,

(

1.3

)

Однако, гораздо удобнее использовать величину, обратную k', которую часто обозначают как R_m(уравнение 1 .4):

,

(

1.4

)

Предпочтительность такого описания связана с тем, что величина R_mсимбатна величинеR_f(R_mизменяется в том же направлении, что иR_f). Еще одним достоинством этой величины является то, что она в отличии отR_fаддитивна по струкутрным фрагментам веществаи позволяет априорно приблизительно оценивать хроматографические свойства вещества в ряду однотипных.

Следует иметь в виду, что сказанное выше имеет смысл только в том случае, если вещество наносится на пластинку в минимальных количества – его должно быть не больше, чем может быть растворено в том количестве элеюнта, которое находится в объеме “над пятном” и так мало, чтобы на сорбенте “в пятне” степень заполнения центров адсорбции данным веществом стремилась к 0 (была как можно меньше). Критерием выбора количества наносимого вещества для этих целей должен служить предел обнаружения.

Другими словами эти (и последующие) соображения справедливы, только тогда, когда элюция проводится в условиях ненасыщенности сорбента сорбатом, и, следовательно, величинаR_f численно равна степени десорбции вещества с сорбента в элюент.

Если кроме равновесия

одновременно имеет место ассоциация вещества в супрамолекулярные комплексы

или его кристаллизация

,

то наблюдаемое значение R_fбудет отличаться от “истинного”, т.е. будет характеризовать не свойства вещества, а особенности процесса.

Исходя из основных законов адсорбции и расматривая хроматографический процесс как дискретный (непрерывный поток элюента можно с определенной долей надежности описать как набор большого количества циклов – бесконечно быстрый скачок элюента на расстояние одной “зоны” и установление в течение определенного интервала времени равновесия между подвижной и неподвижной фазами), можно вывести уравнение 1 .5 (его вывод являтся несложным, но громоздким, в связи с чем здесь мы его пропустим; при выводе используется допущение о том, что вся поверхность сорбента однородна¹и полностью насыщена элюентом), описывающегоR_fвещества как функцию от способности вещества и элюента к адорбции на сорбенте (_Xи_S, соответственно), состояние поверхности которого можно описать эмпирическим безразмерным параметром.

,

(

1.5

)

Зная R_fвещества на сорбенте с параметромв одном элюенте (), можно рассчитать его способность к адсорбции_X, а затем –R_fв любом другом элюенте () на том же сорбенте (=const). Для многих растворителей значения_Sизвестны (см. ниже – раздел 4.1.3).

При желании можно вывести свой собственный ряд элюотропных параметров растворителей ('_S). Для этого выбирают некоторую группу веществ и некоторый набор растворителей. Для произвольного из выбранных веществ полагают_X = 1, аполагают равной 1 (вообще говоря, можно задать любые действительные числа). Тогда, получив из результатов хроматографического эксперимента величинуR_f, можно рассчитать величину'_S для использованного растворителя. Для остальных отобранных веществ значения_Xрассчитывают из их величинR_f, полученных на том же сорбенте (= 1) в том же растворителе. Далее, проводя элюцию этого набора веществ на том же сорбенте с использованием в качестве элюентов остальных растворителей можно рассчитать параметры'_Sэтих растворителей.

Иллюстрацией эффективности такого подхода могут служить результаты изучения подвижности 2,7-диалкоксифлуоренонов на пластинках Silufol в малополярных элюентах.

R = C_nH_2n+1; n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12.

Для этих веществ были получены значения R_fв четыреххлористом углероде, хлороформе, хлористом метилене, бензоле, ксилоле, хлорбензоле,и смесях этих растворителей. Полученные значения приведены отображены на рисунке 3 .2.

Рисунок

3.2

– Значения Rf для 2,7-диалкоксифлуоренонов на пластинках

Silufol UV-254 в различных элюентах. На ли­нию старта пластинок наносили по (8–10) 10^-9моль (2–5g) вещества в 5l раствора в че­ты­реххлористом углероде.