Курсовая работа: Силикагель и его применение в высокоэффективной жидкостной хроматографии
Рисунок
1.3. Группы на поверхности силикагеля: I – свободная силанольная;
II – силанольная, связанная
водородной связью; III – силоксановая
Количество
групп как силанольных, так и силоксановых на единицу массы силикагеля зависит
от ряда факторов. Так, чем больше удельная поверхность силикагеля (она меняется
в пределах от 1000 до 15 м2/г), тем больше групп обоих типов
находится на сорбенте в колонке и, следовательно, сильнее удерживание
взаимодействующих с ними веществ [17].
Соотношение
силоксановых и силанольных групп на поверхности силикагеля зависит от
длительности и условий сушки в процессе его получения. При сушке геля
поликремневой кислоты исходного продукта для силикагеля сначала идет
поликонденсация с выделением воды и образованием жесткого скелета силикагеля.
При нагревании до 200°С вся физически сорбированная вода удаляется, а поверхность
остается полностью гидроксилированной, т.е. количество силанольных групп будет
максимальным, а силоксановых минимальным [15, 17]. Если
продолжить нагревание, силанольные группы начнут отщеплять воду с образованием
силоксановых групп; этот процесс заканчивается примерно при 1000°С.
Силанольные
группы, располагающиеся на поверхности силикагеля, обладают слабокислыми
свойствами и способны, поэтому сильнее удерживать вещества с основными
свойствами. Силоксановые группы могут в процессе работы за счет гидролиза
переходить в силанольные, что меняет свойства поверхности сорбента и
удерживание веществ [15, 17].
Поверхность
и структура применяемого для хроматографии оксида алюминия похожи на
силикагелeвые, однако не идентичны и обеспечивают в ряде случаев селективность,
отличающуюся от селективности силикагеля. Однако применение оксида алюминия в
ВЭЖХ имеет ограниченный характер. Это связано с тем, что микрочастицы оксида
алюминия выпускают не все фирмы-производители сорбентов, а привитые фазы на
этой основе не выпускаются совсем. Тем не менее, в некоторых случаях, когда
требуется селективность, отличная от селективности силикагеля, оксид алюминия
применяют [17].
Сорбенты
с химически привитыми фазами на основе силикагеля появились позже сорбентов, на
которые неподвижная фаза (в виде индивидуальных веществ или, чаще, полимеров
различной структуры и полярности) наносилась физически. Нанесенная фаза
довольно быстро смывается растворителем (гораздо быстрее, чем она испаряется
или изменяется в газожидкостной хроматографии), параметры удерживания постоянно
меняются, препаративно собираемые фракции загрязняются фазой. Использование
растворителя, насыщенного неподвижной фазой, позволило несколько повысить
стабильность таких сорбентов и колонок, однако большинство недостатков при этом
осталось.
Эти
проблемы можно решить, если химически привить органическую неподвижную фазу к
силикагелевой матрице. Силанольные группы, находящиеся в большом количестве на
поверхности силикагеля (особенно полностью гидроксилированного), обладают слабокислыми
свойствами и довольно легко вступают в многочисленные реакции. Первые из
полученных таким путем привитофазных сорбентов, названных «щеточные» (привитые
молекулы, как щетина в щетке, покрывали поверхность силикагеля), изготовляли
этерификацией силанолов спиртами с образованием простой эфирной связи. Однако,
обратимость реакции, особенно в кислой и щелочной средах и в присутствии водных
подвижных фаз, в большой мере ограничивала, как срок работы таких сорбентов,
так и области их применения. Позднее были разработаны методы получения привитых
фаз разного типа с использованием гораздо более прочных и устойчивых к
гидролизу связей Si-О–Si и Si-С. Практически все имеющиеся в продаже привитофазные
сорбенты относятся к этому типу, их более 200 [15, 17].
Привито-фазные
сорбенты сейчас наиболее популярны, несмотря на их высокую стоимость. Более 60%
разделений методом ВЭЖХ выполняют с использованием только обращенно-фазных
привитых сорбентов, основным из которых является сорбент с привитой фазой C18.
Можно
отметить следующие преимущества, обеспечивающие преобладающее использование
привитых сорбентов на основе силикагеля: механическая устойчивость к высоким
давлениям; отсутствие перехода привитой фазы в растворитель в процессе
хроматографического разделения (если не протекают реакции, приводящие к
химическому отщеплению привитой фазы); устойчивость к действию растворителей,
температуры, воды, рН; возможность варьировать в широких пределах селективность
за счет изменения степени прививки, дополнительной химической обработки и
замены растворителя.
2.
Экспериментальная часть
2.1 Выбор и описание метода проведения эксперимента
Целью
курсовой работы является экспериментальное исследование зависимости свойств
сорбентов на основе силикагеля от пористости структуры и химической природы
поверхности («привитой фазы») методом обращено-фазной высокоэффективной
жидкостной хроматографии (далее по тексту ОФ ВЭЖХ).
ОФ
ВЭЖХ -
вариант распределительной хроматографии, в котором используют сорбент с привитыми
неполярными (как правило, длинными алкильными или алкилсилильными) группами и
полярный растворитель.
При
проведении анализов методом ОФ ВЭЖХ хроматографическую колонку промывают
подвижной фазой, обладающей меньшей сорбируемостью, чем любое из разделяемых
веществ. При этом подвижную фазу, вводимую в слой неподвижной фазы, называют
элюентом, а подвижную фазу, выходящую из колонки и содержащую разделенные
компоненты, - элюатом. После промывания в колонку вводят разделяемые вещества,
растворенные в элюенте, и продолжают непрерывно пропускать элюент (процесс
элюирования). Разделяемые вещества перемещаются вдоль колонки с разными
скоростями в соответствии с их сорбируемостью. Если скорости перемещения
компонентов достаточно различаются, то на выходе из колонки сначала вместе с
элюатом появляется наименее сорбируемый компонент, затем следующий компонент и
т.д. Хроматограмма, полученная таким образом, представляет собой несколько
пиков, имеющих форму гауссовой кривой (рис. 2.1).
Рисунок
2.1. Хроматограмма, полученная методом элюентной хроматографии – сорбируемость
веществ увеличивается в ряду А<В<С
Самый
простой вариант элюирования - изократический, при котором состав элюента не
меняется. Его используют при разделении соединений с близким сродством к
неподвижной фазе. В некоторых случаях используют градиентное элюирование, при
котором состав элюента в процессе разделения компонентов изменяют по заданному
закону. В этом случае элюирующая сила подвижной фазы возрастает, в результате
чего сокращается время удерживания сильно сорбируемых веществ и улучшается
разделение смеси.
Простое
эмпирическое правило для оценки удерживания в ОФ ВЭЖХ можно сформулировать так:
чем гидрофобнее соединение, тем сильнее оно удерживается.
Самой
распространенной неподвижной фазой для ОФ ВЭЖХ является силикагель, химически
модифицированный алкилсиланами Сl-Si(CH3)2-R, где R – алкильная цепь
с числом атомов углерода от 1 до 18 (рис. 2.2).
Рисунок
2.2. Распределительная хроматография с привитой фазой
Среди
химически модифицированных силикагелей наибольшее распространение получили фазы
с восемью (С8) и восемнадцатью (С18 или
октадецилсилильный силикагель) атомами углерода. Также в ОФ ВЭЖХ
применяются силикагели Фенил (R= – (CH2)3Ph) и Циано (R=
– (СH2)3CN). Строение поверхности силикагеля с
«привитыми» октильными (С8) группами показано на рис. 2.3 [15].
Рисунок
2.3. Строение поверхности силикагеля с «привитыми» октильными (С8) группами
Основной
характеристикой обращенно-фазного адсорбента на основе силикагеля является
массовая доля углерода. Эта величина отражает гидрофобность неподвижной фазы и,
таким образом, и ее адсорбционную способность. Массовая доля углерода
стандартной С8 фазы составляет величину порядка 12%; стандатной С18
фазы – 16–20%.
ОФ
ВЭЖХ как метод анализа обладает рядом преимуществ по сравнению с другими
методами ВЭЖХ:
-в настоящее время
разработаны и внедрены в производство сорбенты для этого метода, имеющие привитые
алкилсилильные группы разной длины (от С2 до С32 с прямой
алкильной цепью, фенильной и дифенильной группами);
-растворители,
используемые в обращенно-фазных разделениях, относительно легко растворяют
практически все важнейшие группы веществ, находящихся в организме человека,
биологических объектах, используемых в виде лекарственных препаратов,
пестицидов, гербицидов широко используемых в органической химии, нефтехимии,
биоорганической химии;
-сорбенты в ОФ ВЭЖХ быстро
приходят в равновесие с новыми растворителями и при изменении состава
растворителя, что позволяет переходить от одной методики к другой с
использованием одной и той же колонки. Сорбенты дают возможность использовать
растворители в широком диапазоне свойств, а также добавки разных типов (соли,
кислоты и основания, органические модификаторы);
-загрязненный сорбент в
колонке может быть промыт и приведен снова в рабочее состояние при прокачивании
через колонку растворителей, удаляющих загрязнения.
Для
оценки селективности сорбента и эффективности колонки в целом используют
основные параметры хроматографического разделения.
2.2 Основные параметры хроматографического разделения
Основными хроматографическими параметрами,
характеризующими поведение вещества в колонке, являются время удерживания
компонента смеси и удерживаемый объем. Время от момента ввода анализируемой пробы до
регистрации максимума пика называют временем
удерживания (элюирования) tR.
Время удерживания складывается из двух составляющих - времени пребывания
вещества в подвижной t0 и
неподвижной ts фазах [13]:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 |