2.2. Сорбенты для жидкостной хроматографии

2.2.1 Общая характеристика

В классическом варианте хроматографии, как правило, используются сорбенты с частицами диаметром 30 – 200 мкм. На основе таких материалов можно получать колонки эффективностью до нескольких тысяч теоретических тарелок на 1 м длины. Уже такой эффективности было бы достаточно для решения многих аналитических и препаративных задач. Однако существенным недостатком крупнозерновых сорбентов является большая длина пути диффузии внутри зерен, и как следствие, довольно большая продолжительность анализа.

Становление ВЭЖХ в значительной мере связано с созданием новых поколений сорбентов с хорошими кинетическими свойствами. Основной путь улучшения кинетических характеристик сорбентов – уменьшение толщины активного слоя. Для достижения этой цели используют два пути: применение поверхностно-пористых сорбентов или уменьшение диаметра частиц обычных объемно-пористых сорбентов.

Поверхностно-пористые или пелликулярные сорбенты имеют частицы диаметром около 30 мкм, состоящие из непористого ядра и пористого поверхностного слоя толщиной 1.5 – 2.5 мкм. Колонкам, заполненным поверхностно-пористыми сорбентами, присуще небольшое сопротивление потоку ПФ (в отличие от объемно-пористых сорбентов), однако у них имеется существенный недостаток – очень малая нагрузочная емкость, поскольку лишь небольшой пористый слой участвует в хроматографическом процессе. Поэтому в настоящее время пелликулярные сорбенты применяют лишь в ионной хроматографии или для заполнения предколонок.

Объмно-пористые сорбенты для ВЭЖХ представляют собой сферические частицы размером 3 – 10 мкм, пронизанные порами на всю толщину. Благодаря большой удельной поверхности объемно-пористых сорбентов достигается высокая сорбционная емкость, вследствие чего они нашли широкое применение не только для аналитических, но и для препаративных целей.

2.2.2 Материалы для сорбентов

В качестве материала для сорбентов в настоящее время в основном используется силикагель, который обладает таким преимуществами как высокая механическая прочность, возможность получения частиц заданного размера с различными размерами пор и разной удельной поверхностью. Его используют в режиме нормально-фазовой хроматографии для разделения полярных соединений, таких как фенолы, альдегиды, амины.

Особое место занимают химически модифицированные силикагели (ХМС), которые содержат на своей поверхности различные химически привитые группы. ХМС получают силанизацией – обработкой поверхности силикагеля органическими хлорсиланами:

Рис. 6 Схема получения химически модифицированных силикагелей

В зависимости от природы радикала R можно получить ХМС различной полярности. В таблице 3 приведены примеры полярных функциональных групп, расположенных в порядке уменьшения полярности, которые наиболее часто применяются при синтезе ХМС.

Таблица 3	Полярные радикалы используемые для синтеза ХМС
Группа	Радикал
Диольная	–(СН2)3ОСН2СН(ОН)СН2ОН
Нитрильная	–(СН2)3СN
Аминная	–(СН2)3NH2
Диметиламинная	–(СН2)3N(CH3)2
Диаминная	–(СН2)3NH(CH2)2NH2

Такие ХМС используют в качестве сорбентов в основном в варианте нормально-фазовой хроматографии.

В качестве неполярных модифицированных сорбентов, применяемых в методе обращенно-фазовой хроматографии, чаще всего используют силикагель с привитыми н-октадецильными (С₁₈) радикалами. Углеводородные радикалы располагаются параллельно друг другу и перпендикулярно поверхности частиц, образуя при этом поверхность в виде щетки:

Рис. 7 Силикагель с привитыми н-октадецильными группами

При силанизации поверхность силикагеля может быть покрыта силанольными группами не более чем на половину (из-за стерических препятствий). Непрореагировавшие остаточные силанольные группы являются сильнополярными и могут адсорбировать из раствора полярные соединения. На хроматограмме это явление появляется в виде появления пиков с размытым задним фронтом. Поэтому остаточные силанольные группы необходимо как можно полнее дезактивировать. Для этого, как правило, используют повторную обработку поверхности силикагеля триметилхлорсиланом, в результате чего силанольные группы превращаются в силоксановые.

С₁₈ – силикагель используется в обращено-фазовой хроматографии и предназначен для разделения широкого круга веществ от умеренно- до высокополярных. Кроме того, он обладает высокой селективностью по отношению к гомологам. Также в ОФХ нашли применение сорбенты средней полярности, к которым относятся н-октилсиликагель (С₈) и фенилсиликагель (С₆Н₅).

В качестве радикала R могут выступать различные ионогенные группы, такие как –SO₃H, -N⁺R₃ и др. В результате модифицирования силикагеля такими группами получаются различные ионообменники.

Новые возможности для разделения органических веществ открываются в результате привития к силикагелю оптически активных макроциклических соединений. Например, привитые краун-эфиры оказались эффективными хиральными фазами, позволяющие добиться полного разделения энантиомеров аминокислот и сложных эфиров.

Основным недостатком сорбентов на основе силикагеля является их малая устойчивость в кислых и щелочных растворах. Так, ХМС устойчивы в полярных подвижных фазах в интервале рН от 2 до 8. При рН < 2 происходит гидролиз силоксановых связей, что приводит к потере привитой фазы. При рН > 8 силикагель растворяется, вследствие чего сорбент разрушается, и хроматографическая колонка выходит из строя.

Для разделения веществ в сильнокислых или сильнощелочных растворах применяют сорбенты на основе различных полимеров, таких как полистирол, дивинилбензол, полиметилакрилат. Наибольшее распространение такие сорбенты получили в методе ионообменной хроматографии.