Следующий шаг- выбор неподвижной фазы

Конечно, число жидкостей, которые могли бы служить непо­движной фазой, очень велико. Все эти вещества различаются не только строением, но селективностью по отношению к одному

и тому же компоненту разделяемой смеси. Действительно, при использовании в качестве неподвижной фазы сквалана разделе­ние смеси бензола, нормального гексана и нормального гептана будет происходить в том же порядке, в каком возрастают темпе­ратуры кипения компонентов, т.е. пик бензола, температура ки­пения которого 80,1 °С, расположится на хроматограмме между пиками нормального гексана и нормального гептана (их темпе­ратуры кипения соответственно равны 68,7 и 98,4 °С). Если же неподвижную фазу в колонке заменить на полярную жидкость, например на такую, которая содержит в молекуле цианэтильную группу, то бензол будет взаимодействовать с ней гораздо силь­нее, чем гексан и гептан, и пик бензола зарегистрируется на хро­матограмме только после пика додекана, который кипит при 216,3 °С.

Попытка классифицировать жидкости, используемые в каче­стве неподвижных фаз, по значению удерживания была сделана в 1958 г. немецким ученым Л. Роршнайдером. Он ввел понятие «хроматографической полярности», оценивая жидкие непо­движные фазы по их удерживанию той или иной группы веществ. Так, он построил для углеводородов график в координатах хроматографическая полярность (Р)—логарифм относительного удерживания (1§г, стандартом был нормальный бутан). Верти­кальные прямые (1—9) на графике соответствуют различным неподвижным фазам, причем самой полярной из них, дициандиэтиловому эфиру, было условно приписано значение полярности 100, а неполярному сквалану—значение 0. Таким образом, ка­ждой неподвижной фазе отвечало определенное значение хроматографической полярности в промежутке между 0 и 100. На­клонные прямые на графике отвечают разделяемым веществам. Пользуясь таким графиком, исследователь может узнать, какую хроматографическую полярность должна иметь неподвижная фаза, чтобы смесь была разделена. В том случае, когда невозмож­но найти индивидуальную неподвижную фазу, имеющую задан­ное значение полярности, используют смесь двух фаз с большей и меньшей полярностью.

К сожалению, такой простой метод подбора наиболее подхо­дящей неподвижной фазы применим только в том случае, когда разделяются вещества, принадлежащие к какому-либо одному классу, для которого построен график, например в рассмотрен­ном примере—к классу углеводородов. Вообще говоря, линии на графике, соответствующие сорбатам, могут не быть прямыми, так как в зависимости от строения молекул неподвижных фаз и сорбатов взаимодействия между ними могут быть различны­ми, что скажется на значениях удерживания. Между неполярны­ми соединениями возникают неполярные, или дисперсионные, взаимодействия, которые приводят обычно к разделению сорба­тов в соответствии с их температурами кипения. Точнее говоря, дисперсионные силы возникают тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих веществ (сорбат или неподвижная фаза) не­полярно. (Пример такого разделения — рассмотренный выше случай анализа смеси бензола и нормальных парафинов на ко­лонке с углеводородом скваланом.) У полярных веществ, в отличие от неполярных, центры тяжести положительных и отрица­тельных зарядов не совпадают и поэтому в молекуле образуется диполь. Если диполи имеются и у сорбата и у неподвижной фазы, то между ними возникает диполь-дипольное взаимодействие, что ведет к дополнительному удерживанию веществ в колонке. Это наблюдается, например, при анализе кетонов или других по­лярных соединений на колонках с полярными неподвижными фа­зами.

Такие вещества, как непредельные или ароматические угле­водороды, не имеют больших диполей, однако они образуются (индуцируются) под действием полярного растворителя. Отсю­да— значительное удерживание, например, бензола по сравне­нию с нормальными парафинами на колонке с полярной непо­движной фазой. Кроме того, наблюдаются так называемые специфические взаимодействия: донорно-акцепторная и водо­родная связь. Типичным примером влияния водородной связи на удерживание может служить увеличение удерживания спиртов на колонке с полиэтиленгликолем или глицерином.

Следовательно, для того чтобы охарактеризовать селек­тивные свойства неподвижной фазы, надо знать не только ее хроматографическую полярность, определяемую на основе значений удерживания углеводородов, но и влияние межмолекулярных взаимодействий различных типов с веществами разных классов на их удерживание.

Наряду с обычно применяемыми в газовой хроматографии неподвижными фазами — неполярными типа сквалана или высо­котемпературных смазок (апиезонов), умеренно полярными — типа сложных эфиров, полярными—с цианэтильными группами и полиэтиленгликолями применяются и различные кремнийорганические соединения, которые в зависимости от включения в их молекулы тех или иных функциональных групп могут по-разно­му взаимодействовать с разделяемыми (анализируемыми) веще­ствами

Кремнийорганические соединения с высокой молекуляр­ной массой незаменимы при анализе тяжелых соединений, когда необходимо работать при повышенных температурах. Это, в частности, относится к анализу разных биологических объектов, например стероидов— продуктов гормональной деятельно­сти организма. В этом случае в качестве неполярных непо­движных фаз применяют кремнийорганические полимеры, со­держащие метильные и этильные группы. Кремнийорганический полимер, содержащий фтор, селективно удерживает стероиды с кетонной функциональной группой, что дает возможность от­делить их от стероидов, имеющих спиртовую группу.

Очень интересные результаты дало применение жидких кристаллов—веществ, которые при определенной температуре мо­гут находиться в состоянии, промежуточном между жидкостью и твердым телом: подвижные, как жидкость, они сохраняют почти такой же порядок расположения молекул, который свой­ствен твердым кристаллам. Многие из подобных веществ исполь­зуются для различных целей в технике (например, в счетно-реша­ющих устройствах, в телевизионной аппаратуре), а также в меди­цинской диагностике. В 1963 г. Г. Келкер показал, что жидкокри­сталлические неподвижные фазы обладают так называемой структурной селективностью и позволяют разделять близкокипящие ароматические изомеры, например ксилолы.

Жидкие кристаллы относятся к числу неподвижных фаз пере­менной селективности, так как при различной температуре ко­лонки они могут находиться в твердом, жидком или жидкокри­сталлическом' состоянии, причем каждое состояние характери­зуется своими сорбционными свойствами. Таким образом, используя одно вещество, фактически исследователь имеет дело с тремя неподвижными фазами разной селективности. Следова­тельно, появляется возможность решать разные типы аналитиче­ских задач, используя одну и ту же колонку и изменяя лишь рабо­чую температуру.

Другой вид неподвижных фаз переменной селективности— 'это смеси веществ с разными температурами плавления. В каче­стве примера можно рассмотреть неподвижную жидкую фазу, составленную из сквалана, затвердевающего при очень низкой температуре, и полиэтиленгликоля, имеющего температуру пла­вления 50-—70 °С в зависимости от молекулярной массы. Если колонка с такой неподвижной фазой работает при температуре, например, 40 °С, т. е. при температуре ниже температуры плавления полиэтиленгликоля, то жидкой неподвижной фазой является практически только сквалан, т.е. неполярная жидкость. При повышении температуры колонки полиэтиленгликоль, плавясь, начинает принимать все большее участие в хроматографическом процессе как неподвижная жидкая фаза и сорбент в целом из неполярного превращается в полярный. На такой колонке при 40 "С бензол будет элюироваться между гексаном и гептаном, но по мере повышения температуры он станет удерживаться сильнее этих парафинов и начнет выходить из колонки вместе с октаном и даже после него.