Разработка методов регулирования хроматографической селективности с использованием фазовых переходов в подвижной фазе тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.20 ВАК РФ

ь п'гь q %

UM 11 1 11

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

УДК 543.344.

ПЛАТОНОВ ИГОРЬ АРТЕМЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ХРОМАТОГРАфИЧЕСКОИ СЕЛЕКТИВНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ В ПОДВИЖНОЙ ФАЗЕ

Специальность: 02-00.20 - Хроматография

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученей. степени кандя4ита химических наук

МОСКВА - 1992

Работ? выполнен? Н5 кафедре общей химик и хроматографш Самарского Государственного университета»

Научные руководители!

заслуженный деятель науки РФ,действительный член АЕН РГО, доктор химических нау>с.профессор ВИГДЕРГАУЗ М*С.? кандидат химических наук , доцент ЛОБАЧЕБ A.A.

Официальные оппоненты Г

доктор химических наук,профессор Б0Ч1САРЕВ E.H.? кандидат химических наук,доцент ЛАНИН C.H«

Ведуиее предприятие!

Всероссийский научно-исследовательский институт органичек: синтезе <Новокуйбышевский филиал).

Защита диссертации состояться "23" июня 1992 г. на заседании специализированного совета К 063.45.02. во Всероссийском заочном институте пищевой промышленности в аудитории 24 в 14 чэсое по адресу:

109В03

г.Москва,Ж-4,

ул.Земляной вал,73,ВЗИПП.

С диссертацией поено ознакомиться в библиотеке ВЗИПП.

Автореферат разослан "¿0" с/UOSL 1992 г.

Ученый секретарь специ-ализиованного совета, кандидат химических наукд^

доцент

У^аж, г.р.к

Л

;асьяненко

! ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

I.." чол

Актуальность проблемы-Одной из наиболее важных проЕ-лек хроматографии является проблема управления селективностью хроматографического разделения. Весьма перспективным в этом плане представляется обращение к концепции хроматографического процесса как результата взаимодействия движущих ) и тормозящих (ег ) сил) из которых по крайней пере одна имеет величину зависящую от структуры к физико-химических свойств веществ.Механизм регулирования селективности в газовой хроматографии изучен достаточно полно. Регулирование селективности происходи-путем варьирование величины тормозящих сил.

В жидкостной хроматографии имеются широкие возможности регулирования селективности за счет разнообразия сил,действующих в системе сорбат - подвижная фаза -адсорбент.Роль подвижной Фазы в аидкостной хроматографии не ограничивается транспортными Функциями «как в газовой хроматографии !элиент превращается в активного участникг хроматографического процесса«В жидкостной хроматографии могут быть реализованы как традиционные способы повышения селективности разделения, так и основанные на повышении роли подвижной Фазы в хрокатографическон процессе.

Учитывая большую теоретическую и практическую значимость проблемы регулирования параметров хроматографического разделения в жидкостной хроматографии исследования» направленные на изучение путей и способов управления селективность» хроматографического процесса прг. использовании жидкой подвижной Фазы, представляются весьма актуальными.

Цель работы.Цель» настоящей работы являлось изучение путей регулирования селективности разделения в жидкостной и сверхкритическои флюидной хроматографии ,а также использование установленных закономерностей в хронатог-рафическом анализе.

Научная новизна.Проведено изучение влияния агрегатного состояния подвижной Фазы на селективность хроматографического процесса в широком интервале фазовых состояний*

На базе представлений а хронатографическом процесс! как результате взаимодействия движущих и тормозящих си. разработан обобщенный принцип определения времени и объема удерживания несорбирующегося компонента "Ь0 и У0 в ши' раком интервале температуры,давления,природы подвижно! Фазы»

Определены значения времени удерживания нессрбирую щегося компонента в жидкостной и сверхкритической Флюид ной хроматографии»

Установлен факт резкого повышения селективности пр| изменении заряда поверхности частиц адсорбента .Разрабо тана методика обработки поверхности.

Показана возможность регулирования селективност) процесса путем повышения геометрической однородност: Фракций адсорбента для жидкостной хроматографии.

Изучена злияние ионной силы пробы сарбата на селек тивность разделения водорастворимых полимеров в жидкое? ной хроматографии.

Практическая значимость«Разработан действующий мака' Флюидного хроматографа на базе отечественных моделей ее рийных газового и жидкостного хроматографов.

Определены значения и0 и Ус для жидкостной к- сверхкри тической Флюидной хроматографии.

Предложен способ повышения разделяющей способнаст! колонки путем улучшения однородности Фракций адсорбента а также изменения заряда поверхности его частиц.

Разработана и внедрена.в практику работы Новакуйбы шевскага филиала 2НШ0С методика определения примесе! диолав в высших жирных спиртах»

Разработана и внедрена методика определения морфи на,кодеина , тебаина при совместном присутствии.

Апробация работы и публикации.Отдельные разделы раб| ты докладывались и обсуждались на областной научно-тех нической конференции "Молодые ученые и специалисты - на родному хозяйству" (г«Куйбышев,19В6 г.),на областном не ,¡¡отраслевой научнотехническом семинаре "Современны! достижения и перспективы применения храматаграфически: величин" (г.Дзержинск, 19В7 г.),на областном межатрасле

— О .—

вам научно-технической семинаре "Современнее состояние и применение жидкостной хроматографии в народном хозяйстве" <г.Дзержинск,198В г.)»на X Всесоюзной конференции по газовой хроматографии (г.Казань,1991 г.),на IV Осесоизной конференции "Водорастворимые полимеры и их прияенение" <г«Иркутск,1991 г.), доклад на Сессии Научного Совета по хроматографии АН СССР (г.Дагомыс)1991 г.), доклад на Всесоюзном Семинаре С г.Москва,ГИАП,1939г.)•

По материалам диссиртации опубликовано 9 работ, получена авторское свидетельство•

Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения! шести глав, выводов, списка литературы (415 источников) и приложения.Рабата изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка,24 таблицы и 5 страниц приложения.

На защиту автор выносит следующие положения: Использование концепции хроматографическсго процесса как результата взаимодействия движущих и тормозящих сил и реализация такого подхода для регулирования селективности разделения в жидкостной и сверхкритической флюидной хроматографии.

Возможность управления селективностью путем :

- Варьирования агрегатного состояния подвижней Фасы;

- Повышения однородности Фракций адсорбента па размерен ;

- Изменения заряда поверхности частиц адсорбента;

- Изменения ионной силы-раствора пробы сорбата-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1.Литературным обзор.Анализ литературы,пос-посвященной использовании сверхкритической флюидной хроматографии для определения различных веществ,показал, что самой ыирокоупотребляемой подвижной Фазой является СО,<см.таблицу 2).Реже-употребляются нормальные углеводороды ;этан,бутан,пентан ,оксиды азота ,Фторпроиз-вадные серы и углеводородов, инертные газы. Предясчтя-тельное использование в качестве подвижной Фазы неполяр-най С02 мажет быть объяснена,с одной стороны,мягкостью критических параметров \31,3 °С;7,3 МПа!,делающей зсс-

ножкыгс анализ при обычных температурах i с друг-ай - воз можностью варьирования бе селективности путей введени модификаторов различной природы!метанола ,кзопропанол£ хлорпроизводных метана ,нитрометана ,диоксана и т.д..

Как и в классических вариантах хроматографии, можн говорить о Флюид-адсорбционной и флиид-жидкостнсЯл хро матографии.

При работе с насадочными колонками во Флюид-адсорБ Uhdhhom варианте в качестве адсорбентов используются,ка правило!силшсагель,лихросорб,пористые стеклянные шарик PSG ,полимерный сорбент PRP-1«Практически не использу ется окись алюминия »очевидно,вследствие своей высоко каталитической активности в условиях существования флюи дов. Предпочтение при работе с насадочными колонками от дается сорбентам с привитыми , СК.- ,СЫ- , хиральны

ми группами и др•, традиционно используемые в »идкостно хроматографии.

При рассмотрении динамики процесса создания аппара туры мохно отметить два основных направления¡усовер ишнствование конструкций детекторов и переходных уст роиств для соединения сверхкритического флнидного хрома тографа с другой аппаратурой для физикс-химических иссле дований;развитие технологии pectpwktofdb и техники ввод пробы.

Показано,что е сверхкритической Флюидной хроматогра Фии для детектирования чаще всего используются пламен но-ионизационный и ультрафиолетовый детекторы.

Один из основных недостатков сверхкритической флюид ной хроматографии - трудность воспроизведения идентичны условий .разделения,связанная с резким изменением свойст Флюида вблизи критической точки.Другой - необходимост использования адсорбентов и сорбентов с привитыми груп пами,характеристики которых не столь хорошо воспраизво дятся,как в газовой хроматографии«Как показывает анали литературы,большинство авторов для целей идентификаци используют образцы сравнения. Делаются попытки создани стандартных шкал индексов удерживания.

При проведении количественного анализа чаще всег используются как площадь хроматографическго пика«так

высота•

Обзор по сверхкритической Флюидной хроматографии позволяет сделать следующие выводы:

1-Развитие сверхкритической флюидной хроматографии подтверждает представление о хроматографии как о едином процессе,осуществляемом в широком спектре экспериментальных условий (подвижная фаза-газ,флнид или.жидкость).

2-Хроматографическое разделение объекта любой природы может быть проведено при использовании однотипной аппаратуры. Варьирование условий эксперимента (давления и температуры) позволяет реализовать нужный вариант,являющийся наиболее эффективным для решения конкретной аналитической проблемы.

Глава 2.Экспериментальная часть*Представляла интерес рассмотреть возможность управления селективностью в жид-костно-адсорбционной хроматографии и сверхкритической Флюидной хроматографии с учетом движущих и тормозящих Факторов при использовании в качестве сорбатов следующих модельных смесей¡полиароматических углеводородов^алкил-бензолов и их изомеров*- подвижных фаз »обладающих различной элюирующей силой адсорбентов различной-природы.

В качестве объектов исследования служили также ¡Силикон DC-550 - высокотемпературная силиконовая- жидкость, применяемая в качестве неподвижной Фазы в газовой хроматографии! тяжелая смола пиролиза - смесь полиядерных и полиароматических углеводородов•

В работе были использованы следующие адсорбенты:Си-лохром С-120;КСК N25 Силикагель LL 2545 Силасарб 300? Сепаран? Сферисорб? Окись алюминия; Силасорб-С^; Си-ласорб-С^ ? Силасорб-ЫНг. J Силасорб-Диол«

Заполнение колонок для молекулярной хроматографии осуществляли суспензионным методом при давлении 35 МПа.

Хроматографические исследования проводили на газовых хроматографах: ЛХМ-БМД, Л)<И-30, "Цвет-132", "Хром-5", "Цвет-560", "Цвет-570","Цвет-1000"?на аидкост-ных хроматографах: "Цвет-304", "Цвет-305" ,"Цвет-306"-, "Милихром-1" ,ХЖ-13С5, "Sistem Gold - Beckman", "Waters".

С целью постановки эксперимента по изучению регули-

рования селективности хроматографического процесса путег изменения фазового состояния подвижной фазы нами смонтирован сверхкритический Флюидный хроматограф на базе газового хроматографа ЛХМ-ВМД и высокоэффективногс жидкостного хроматографа "Цвет-304". Выбор базовых моделей обусловлен наиболее широким распространением указанных приборов на территории страны.

Для решения поставленной задачи предложены функциональная и блок-схемы сверхкритического Флюидного хроматографа (рис-1). Предложенная схема сверхкритическоп Флюидного хроматографа позволяет проводить исследовани; возможностей трансклассификационных методов в широко! интервале температур и давления, охватывающем облает; ВЗЙС{ и СфХ-Такая универсализация аппаратуры дает возмож ность изучать закономерности хроматографического про цесса при плавном изменении Фазового состояния подвижно Фазы от жидкости к сверхкритическому Флюиду через мно жество промежуточных фазовых равновесий в хроматографи ческой колонке.При этом исключаются .объективные ошиб ки,неизбежные при смене колонок, инжектора, детектора других элементов аппаратуры.

Глава 5.Время удерживания несорбирующегося веществ в хроматографии*Все известные в литературе методы опре деления "мертвого" времени в газовой хроматографии высокоэффективной жидкостной хроматографии можно условн разделить на шесть групп.'

1.Методы непосредственного измерения "мертвого" вре мени по времени удерживания несорбирующегося вещества*

2.Методы определения "мертвого" времени ,основаннь на учет^. размеров колонки и долей ее объема ,занимаемс подвижной Фазой*

• 3>Расчетные методы ,основанные на использовании вре мен удерживания трех гомологов.

4.Расчетные или графические методы опредвлет "мертвого" времени с использованием более чем трех гомс логов ,основанные на известных допущениях и корреляции'

5.Расчетные методы определения "мертвого" времени использованием более чем трех гомологов для случаев н< рушения корреляции.

кис. I

Ч- У К) :ЦИ О Н ЛЪ К а л б/10К-СХ2Кй СБЕрХКрКТИЧЕСКОГи

Флюидного хроматографа

1.Баллон с азотон;

2.Регулятор давления?

3.Насос Н-45!

4.Вентиль тонкой регулировки 5

5■Образцов!®: манонетр?

б.Колонка-фклътр?

7■Кондиционируемая трубка?

В.Хрокатографическая колонка?

9■Воздушный термостат колонок;

10.Кран-дозатор?

11.Капилляр с обратным холодильником!

12.Детектор;

13.Образцовый манометр;

14.Успокоитель потока?

15.Рестриктор;

16.Емкость для сброса подвижной Фазы,

¿•Расчетные методы ,основанные на использовании "объективных" закономерностей.

Описанные методы находят применение прежде всего в газовой хроматографии , где природа подвижной Фазы (газа-носителя) при давлениях?близких к атмосферному, практически не влияет на величины удерживания и коэффициент распределения Г=С*/Сгстремится к нулю.

Детальное рассмотрение природы и структуры "мертвого" времени позволяет выделить следующие моменты.

Под Ъ» правильнее понимать "геометрическую" величину,которая определяется из величины "мертвого" объема и не зависит от сорбента,природы подвижной фазы и сорбата.

При введении несорбирующегося вещества на хроматог-рамме возможно наряду с пиком несорбирующегося компонента ("Сга) появление пика,соответствующего по времени удерживания подвижной Фазе (^). Величина (<:„„) является временем удерживания подвижной Фазы и есть,по сути,характеристика времени пребывания сорбата в ней*

На практике возможны следующие варианты!

а) и—? Ъ^щ >Ь0 при Г™ —Г,* <0,<1Пф» й* !

б) ^ = при —* 0,с^ -НЮ,т.а.Гп0 О , 0; где:с!ти с1„,- соответственно,диаметр молекул малосорбирун-щегося компонента и молекул подвижной Фазы!

Гт и Гм- коэффициенты распределения молекул малосорбируи-щегося компонента и молекул подвижной фазы,'

в) Ъ »где: 0 , с!вд» с!т;

г) ? Ь0 ,Ь„>Ъп9 .

В случае,когда для определения величины Ъ, используют минимально-модифицированную подвижную Фазу справедливо следующее положениеАдсорбция частиц подвижной Фазы и несорбирующегося тестового вещества практически одинакова (ГдаН Гт ) и,соответственно,П.—-М.При этом объем,занимаемый в колонке подвижной Фазой:

где: У, - истинное значение "мертвого объема" колонки.

Наиболее объективный и универсальный характер носит определение ^ через "мертвый" объем колонки.3 этом слу-

чае получаемая величина не зависит от свойств подвижном Фазы и сорбатав.

Таким образом,для определения Ья с целью получения приведенных величин удерживания,индексов удерживания и других величин, используемых для идентификации компонентов,как правила,достаточно прямого метода (Ьаравно времени удерживания низкамолекулярного и несорбирующегося вещества) .

При изучении сорбционных процессов, определении полярности, других физико-химических величин необходимо применять также и расчетные, более трудоемкие, но и более тачные методы определения Ъ, .

Сравнительная оценка статического и геометрического методов определения "мертвого времени" и "мертвого объема" з высокоэффективной .хидкостно-адсорбцисннай хроматографии проверялась методом температурных вариаций.Суть метода заключается в том,что параметры храматографи-ческога процесса являются Функцией температуры,тогда как не зависит от нее.

Результаты определения Ъ, и У0 в яидкостно-адсарбцин-ном варианте приведены в таблице 1.

Значения и V«, были также получены расчетным методом по временам удерживания трех и более гомологов (таблица 2).В нашем случае з качестве сорбатов использовали гомологический ряд высших жирных спиртов покомпонентное разделение которых было достигнуто при работе с неполярными неподвижными фазами.

К числу практических методов определения "мертвого времени" и "мертвого объема" в ВЭ)КХ и СЕерхкритической Флюидной хроматографии или методов непосредственного измерения У0 па времени удерживания несорбирующегося компонента можно отнести следующие!

- ввод слегка видоизмененной подвижной фазы;

- ввод пробы подвижной фазы,насыщенной газам!

- добавление з подвижную Фазу Флуоресцирующих за-щестз,звод нормальной подвижной Фазы л измерение понижения Флуоресценции;

- ввод растворенных о подвижной заза палых молекул неудеряиваемых защЕств |

Теблица "i

Результаты определения "нертеого" бремени б жкдкостно-адсорбционнок к сверхкрктической Флюидной хроматографии

1 — ■ ...... ! Сверхкритичес-|кая Флюидная хроматография* Методы определения "мертвого" объема, Ч, ,мл Жидкостко-адсорбционна?. хроматография*

1 О 3 i о з

;i,4s 1,43 1,4В геометрический метод, у'о (геоч) 4,25 4,40 3,95

|l ,47 1,45 1, dO статический метод, 4,30 4,42 4,05

j - - метод температурных вариаций, 4,59 4,47 4,06

: i ,4В 1,46 1,52 по времени удерживания нессрбируишегося компонента (воздух) е интервале температур от 200 до 270 °С - 1 ! { ! 1 " ! i t i i

i - - газо-хроматографи-ческий метод (по времени удерживания несорбирующегося вещества ) 4,06 >г> м га 3,91

1 ,46 1,45 1,50 среднее значение 4,30 4,37 3,99

* колонка 150 х 4 ми,заполнена Силасорбом 600 (5 мкм),.

подвижная Фаза - н-гексан ? **колонка 200 х 6 мм,заполнена Силаоорбом 600 (7 мкм).

- использование радиоактивных компонентов растворителей.

Время удерживания несорбирующегося компонента, оп ределенное нани по удерживанию слегка видоизменение подвижной Фазы,не зависит от температуры и хорошо сог

ласуется с величиной "мертвого" времени, определенной графическими к расчетными методами (табл.2).

Таблица 2

Результаты определения У0 на колонке, заполненной Силасорбом с привитыми группами

' Метод определения ч . мл

¡Графическое определение по зависимости 1д У^ от до

| от 1/Т

'Графическое определение по температурной зависи- 5 90

мости Ук для спиртов С,0 Нг1 ОК и С,г Н^ОН

! Удерживаемый объем видоизмененной подвижной фазы 93

Одерживаемый объем этанола применяющегося 931

|б качестве несорбирующегося компонента

•расчет по трек температурам для одного компонента' 93

¡Расчет по трем гомологам В4

|Расчет по трем гомологам через селективность ВЗ

[Расчет по четырем гомологам 4, 74

| Среднее значение

Нами были определены значения и У0 для колонок ■150 х 4 мк) при использовании в качестве подвижной сперхкритического н-гексана (таблица 1).Как видке к;, таблиц,значения Ус и практически совпадают-

Таким образом,реализация предложенного подходе к определении вренени удерживание несорбирующегося компонента позволяет сделать следующие выводы:

- результаты определения расчетными методани совпадают с результатами прямого определения?

- все методы определения 1;0 ,известные в газовой и Ехдкйстнзк хрзкатеграфик,могут применяться в сеерхкритк-

ческой флкидной хроматографии.

Следует отметить,что подученные результаты не могут быть применены в гель- и иолекулярно-ситовой хроматографии без соответствующей теоретической адаптации.Такая адаптация не являлась целью настоящей работы.

Глава 4-Регулирование селективности разделения в жидкостной хроматографии.Одним из путей управления эффективностью и селективностью хроматографического про-

цесса является изменение геометрических размеров зерен сорбента•

Уравнение Ван-Деемтера справедливо как для газовой, так и для жидкостной хроматографии ,т.е. носит, по сути, трансклассификационный характер.

н = а + + с4* сг* ¿г + е * а. ; <2

где : А = 2 * л * С13 ; В=2*у*0*эе;

гт ¿п ' га а*

Е = о-

где!Н - высота(Эквивалентная теоретической тарелке? Д -коэффициент неоднородности насадки! •у - коэффициент извилистости; ¿з- диаметр зерна! - толщина пленки! «Ьг «Ьь - константы! <*• - скорость газа-носителя! Г'- частный коэффициент Генри! С - фактор емкости,коэффициент извлечения! О - коэффициент диффузии.

В уравнении (2) первый член описывает вихревую диффузию, второй - продольную диффузию, третий - внутренне-диффузионную массопередачу, четвертый - внешнюю диффу злю, пятый - стеночный эффект.

Таким образом,эффективность разделения является Функцией диаметра частиц сорбента,причем показатель степени колеблется от 1 до 2.Очевидно,что в зависимости от преобладания вклада того или иного процесса в размытие зоны сорбата экспериментаторы получали различный вид Функции Н = Г С сЗ" ) -

Нами изучалось влияние размеров зерна и качества Фракционирования на эффективность и селективность разделения з ЗЗЖХ.В качестве объектов исследования выбраны

□кись алюминия и силикагель-Сорбаты - полиароматические углеводороды.

В таблице 3 представлены данные по эффективности хро-матограФической колонки в зависимости от геометрии частиц адсорбента.

Таблица 3

Зависимость эффективности колонки от геометрии частиц адсорбента (колонка 10 х 0,6 си ^элюент^н-гексан? ил/мин

сорбатыбензол,нафталин,антрацен)

N ко- Тип форма Размер Число теор.|

лонки адсорбента частиц частиц тарелок |

1 Силикагель н 10-15 330 |

2 Силикагель н 15 700 ;

3 Силикагель н 5-10 ЗВО !

4 Силикагель ЬЬу* н 7 1300 |

5 Силикагель [Л-^ н 5 2500 |

6 Сепарон с 5 5000 ;

• 7 Силасорб-600 н 7 2500 |

В Силасорб-600 н 5 3700 ;

9 Окись алюминия н 5-15 260 :

10 Окись алюминия н 15 620 1

И Окись алюминия н 5-10 320 1

12 Окись алюминия н 10 аоо |

4 Г* ю Окись алюминия н »-1 и 1500 '

14 Сферисорб с 10 2700 !

* н-неправильная

с-сферическая

Как вилно из таблицы 3, влияние на эффективность разделения размеров частиц,сравнимо с влиянием качества Фракционирования■

Таким образом ,оптимальным размер зерна адсорбента и в газовой хроматографии должен быть около 4-5 мкм-При этом вклад внутренней диффузии уменьшается,что ведет к уменьшении размытия зоны и увеличении эффективности-

Седиментациснный способ узкого Фракционирования, примененный нами для повышения эффективности,можно рассматривать как пример использования храматографичес-

-А4-

кого процесса»продукт которого, е свок, очередь,находит применение е хроматографии.

Действительно, седиментация - типичный хроиатографк-ческии процесс, где в качестве тормозящих сил выступает вязкость к сила Архимеда,а в качестве движущей силы сила земного тяготения.Узкая фракции А1; Си. или скликаге-ля ,полученная методом седиментации, используется е качестве адсорбенте для ЕЭЖ5' пли СфХ-

Нами изучено влияние природы растворителя про5ь: кг. характер разделения сорбатоЕ на примере смеси изокероп бромфенолоЕ при использовании колонки,заполненной нейтральной окись» алюминия ,где с качестве подвижной еазь: использовали 5*,^ раствор изопропанола с н-гексанЕ-. Пробе представляла совок растворы изомэрое бромфенола п октане к изопропаноле.

Показано,что природе нсстворителе вводимой проб* оказывает существенное влияние на селективность хронг-тографического процесса.Б частности,при разделении изомеров бромфенола степень разделения при вводе пробы, растворенной б спирте,уменьшаются в 1,5 раза,е тс время как удерживание увеличивается е 1,5 раза.

Влияние ионной силы раствора изучалось нами на примере определения полиакриламида СПАА) е водных и бодно-со-левых растворах«Присутствие е системе солеЕог; о:ок£ приводит к изменении Бремени злкирования ПАР. е 1,5-2 раза*

Таким образом,изменение ионной силы раствора пробы, также, как и изменение природы растворителя пробы,является Еажным и перспективным фактором регулирования селективности хроматографического процесса.

Таким образок 3 регулирование селективности возможнс путем!

- изменения заряда частиц адсорбента;

- повышения геометрической однородности зерен сорбента?

- варьирования ионной силы к природы растворителя пробы«

Одним из инструментов управления селективностью хроматографического процесса является кислотность <основность! подвижной ■

Влияние рН среды на селективность разделения пожне рассматривать со следующих позиций!

1) основное вещество,подвижная Фаза,непосредственна взаимодействует с кислотой,при этом меняется природа подвижной фазы?

2)добавка б подвижную Фазу кислоты или оснований приводит к изменению свойств сорбента;

3)изменение рН меняет Форму,в которой сорбел учавстЕует в хроматографическом процессе.Обычно это сей-зано с протолитическими равновесиями в колонке.

В реальных системах,видимо,все три Фактора работают одновременно.Нами изучено влияние кислотности подвижной Фазы на примерЕ разделения смеси морфин-кодеин-тебаин,г также изоиероЕ о-,м-,п-нитротолуола,полиароматических углеводородов,алкилбензолов.Разделение смеси морфина,кодеина, тебаина проводили на колонке с химически модифицированным адсорбентом при различных значениях рН подвижной Фазы. Показано,что при использовании в качестве подвижной фазы смеси изопропанола с 0,1 М буферным раствором КНгР04 <рН=4,7) наблюдается полное разделение смеси. При использовании подвижной Фазы состава изопропано/. - вода < 1'.4) при рН=6,4 разделения смеси не наблюдается .Дальнейшее увеличение содержания воды е системе приводит к резкому ухудшению разделения.

Для проверки гипотезы о влиянии кислотности подвижной Фазы на свойства адсорбента п процессе разделения нами проведено исследование сорбционной способности А1г. 0Ь и силикагеля по отношению к алкилбензолам и полиароматическим углеводородам.При этом разделение проводилось:

а)в условиях различной кислотности подвижной Фазы на обычных адсорбентах?

б) при рН=7 на адсорбентах,предварительно обработанных кислотой и щелочью.

В результате обработки концентрированным раствором аммиака и 10^-нон растворе соляной кислоты были получень: образцы,водные суспензии которых имели соответственно рН:В,9 и 5,5.

На колонке с основный адсорбентом (рН водных суспензий В,9) нафталин и антрацен не разделяются.В тоже время при переходе к колонке с кислотным адсорбентом наблюдается почти полное разделение пиков компонентов смеси.

Следует отметить,что эффективность колонки,заполненной основным силикагелем,была почти в два раза выше эффективности колонки,заполненной кислым адсорбентом (6500 и 3500 теоретических тарелок,соответственно)•

Было найдено,что аналогичным образом изменяются селективность разделения и времена удерживания при разделении нафталина и антрацена на колонках,заполненных образцами окиси алюминия с различным значением рН их водных суспензий»

Одним из Факторов,определяющих селективность разделения в жидкостной хроматографии,наряду с кислотностью,является состав элюента.

Изучение влияния состава элюента на селективность разделения нами проводилось на примере разделения изомеров положения.

Проведено разделение изомеров бромфенола,нитротолуола, нитроанилина,алкилбензолов,высших жирных спиртов,Силикона БС-550,тяжелой смолы пиролиза методом жидкостно-адсорбционной хроматографии на окиси алюминия,силикагеля, а также на колонках с привитыми полярными и неполярными Функциональными группами.

Глава 5.Влияние Фазовых переходов элюента на селективность* Несмотря на-ряд весьма интересных эффектов, описанных в литературе и обнаруженных нами,ясно,что возможности управления селективностью в классической БЭЯСС практически исчерпаны*В этой ситуации, очевидно, не приходится надеяться на некий "прорыв" в неизвестное» Объективной необходимостью является,на наш взгляд, включение новых Факторов, влияющих на характеристики хроматографи-ческого процесса,что,в свою очередь, позволит сделать шаг к дальнейшей универсализации возможностей хроматографии. Сочетание в едином цикле анализа различных способов реализации процессов сорбции - десорбции, разработка, по сути, трансклассификационных хроматографических методов, открывает перспективу решения весьма важной проблемы проведение анализа объектов, содержащих широкий круг веществ: от низкокипящих легких газов до термически нестабильных, либо зообще "нерастворимых" компонентов.

Сверхкритическая флюидная хроматография,на наи

взгляд, представляется наиболее перспективным методом »сочетаищим преимущества газовой и жидкостной хроматографии.

Важнейшими факторами,влияющими на Фазовое состояние вещества, являются температура и давление.Влияние температуры на характер разделения носит весьма сложный и неоднозначный характер. Храматографическое поведение вещества вблизи критической тачки практически непредсказуемо. Причина этого - нелинейность зависимости плотности сверхкритического Флюида от температуры в критической области. С теоретической точки зрения рост температуры (Р=сопз1:) привадит,с одной стороны,к уменьшению плотности подвижной Фазы,т.е. к уменьшению растворяющей способности Флюида и,как следствие,« увеличению удерживания.С другой стороны,повышение температуры влечет за сабой уменьшение удерживания из-за ускорения десорбции сорбата с поверхности адсорбента-

Повышение давления в храматографической колонке в предкритическом и критическом состоянии подвижной Фазы в какой-то степени аналогично процессу программирования температуры в газовой хроматографии.Действительно,увеличение давления приводит к повышению плотности элюента и росту ага растворяющей способности.Следствием этого является увеличение концентрации сорбата в подвижной ?азе и уменьшение его времени удерживания.При давлениях , значительна превышающих критическое,сверхкритический флюид превращается,па сути,в жидкость.В результате резко уменьшается коэффициент дишфузии,процвсс десорбции замедляется и время удерживания сорбата увеличивается.Таким образом, сочетание программирования температуры и давления с "плюс-плюс","минус-минус", "минус-плис" я "плюс-минус" градиентами является уникальным инструментом регулирования селективности и реализации трансклассификационного подхода к хроматографическому анализу.

Коренным отличием разработанной нами системы СфХ от всех ранее известных является использование з конструкции узлов и деталей только отечественного производства-Такой подход объясняется желанием показать,что практически любая исследовательская лаборатория может иметь С?"-хрома-

1

r H'

к

i

il

[f-/>—

1'пригшл З.Ппфталин гчнрн

п. ft нгг

lili_

í<?

ig тл

IU.3 k

ILL

1'ДодЕцилбРнапл 2. Ггчсси лг?<?изпл 3«Толуол

Ж

СП

I

е jo мм

Рис ■ 3

Рис. 2

Хгпматагрдинн разделения пнрсп ароматических соплчнрний < рис.2) и алкилСоняолоп (счс.З) на колонке 150 х 4 им с; Пиласорбом <>00 приЛ~254 нм,\{/п0,4 «л/мнн,зл!пр[1т

г - oh V ' г;

V '-IT-in/lV ».

н гекпан <Tïp 234 С), а ) Т= 20 С ; г.' ) Т~ 170 С ? в) 1=234 "С ?г)Т=270 С-

тограф на базе отечественных моделей газовых и жидкостных хроматографов.

Изучено хроматографическое поведение ряда полиароматических углеводородов (ПАУ) и полиалкилбензолов (ПАБ) при температурах от 20 до 270 °С (Р::сап5-Ь,У = соп5-Ь).

На рис.2 представлены хроматограммы разделения бензола, нафталина, антрацена при температурах,которые наиболее наглядно отражают хроматогрэфическое поведение данных сорбатов.Из рисунка 2 видно,что при 20 °С наблюдается полное разделение компонентов смеси.Время анализа составляет 20 минут.С ростом температуры при давлении Р=1,0?2,0;3,0 МПа наблюдается уменьшение времени элюирова-ния бензола,нафталина и антрацена,а при температуре 170 полного разделения смеси не наблюдается.Переход в предкри-тическую область <234 °С) сопровождается постепенным увеличением степени разделения компонентов смеси,при этом Бремя анализа уменьшается и составляет 9 минут.Дальнейшее увеличение температуры до 270 °С приводит к монотонному уменьшению времени элюирования и полному разделению компонентов, время анализа уменьшается.Такое поведение хроматог-рафической системы отражает изменение характера межмолекулярных взаимодействий в системе сорбат - сорбент, сорбат -элюент,элюент - адсорбент.

Наиболее интересные результаты,иллюстрирующие установленные закономерности для удерживания нафталина и антрацена относительно бензола приведены на рис.4.

Для изучения влияния длины углеводородного радикала на характер сорбции при изменении Фазового состояния эли-ента нами исследовано хроматографическое поведение ряда алкилбензолов (рис.3).При повышении температуры происходит постепенное уменьшение степени разделения и вещества при 170 °С элнируются практически одновременно,разделение отсутствует.Дальнейшее повышение температуры до Тур. вновь приводит к разделению компонентов.При этом наблюдается изменение порядка элюирования веществ.Данный Факт наблюдался нами впервые и представляет интерес с точки зрения теории и практики хроматографии.

На рис.5 представлена логарифмическая зависимость относительного удерживания алкилбензолов от обратной тем-

Рис.4 Рис-5

Зависимость логарифма относительного удерживания от обратной абсолютной температуры при Р=2,0 МПа для нафталина (Н) и антрацена (А) относительно бензола (рис.4)i и для толуола (Т) и гексилбензола (Г) относительно до-децилбензола*Колонка 150 х 4 им с Силасорбом 600 (5 мкм Я=254 HM,4t=0i4 мл/мин)элюент - н-гексан

Рис.6 Рис.7

Хроматограммы разделения тяжелой смолы пиролиза (рис.6 Силикона DC-550 (рис.7) на колонке 150 х 4 мм£Силасар 600 (5 мкм)Д=254 НИ|УЛ::0,4 мл/мин,элюент - н-гексан? а) Т=20°С (ВЭЖХ) ?б) Т=234°С (СфХ)

пературы.На кривых наблюдается минимум при Т=170 °С I четкий излом при температуре,близкой к критической.Установленный Факт изменений селективности разделения в зависимости от Фазового состояния элюента и, в особенности, изменение порядка элюирования,открывают широкие перспективна первую очередь,в плане идентификации компс-нвнтое сложных смесей.

Для проведения сравнения возможностей ВЗЖК и СфХ нами изучено хроматографическое поведение тяжелой смолы пиролиза и силикона 0С-550-Результаты представлены н; рисунках 6 и 7-Как видно из рисунков разрешающая способность колонки при переходе элюента во Флюидное состояние резко увеличивается.Наблюдается также значительное уменьшение времени анализа.

Полученные результаты - еще один шаг к реализации идеи создания универсальной хроматографическом системы, способной проводить процесс разделения-определения с режимах: ■

- газовой хроматографии (при высокой температуре и низке давлении) - определяются летучие компоненты ,нелетуча часть остается в колонке!

- жидкостной хроматографии (при высоком давлении и низке температуре) - элюируется и определяется растворимая подвижной фазе часть пробы!

- флюидной хроматографии (при температуре и давлении выи критических) - элюируется "нерастворимая" часть пробы. Особенно важно,что хроматограф позволит решить,наконЕ важнейшую задачу - за один ввод пробы полностью ' проанали зировать такой объект как нефть.Такой хроматограф можн использовать также для работы в режимах плотностной хрома тографии,барохроматографии,паровой хроматографии. Исполь зование при этом стандартного набора универсальных высс костабильных неподвижных Фаз в сочетании с изменением се лективности разделения путем варьирования фазового состоя ния либо иных свойств подвижной Фазы,а также применени детекторов различной природы позволит на качественно ново уровне решать проблему идентификации компонентов сложны смесей.

Глава 6•Применение полученных результатов в хрона-тографическом анализе■Традиционным методом получения узких Фракйий адсорбентов для заполнения колонок в жидкостной хроматографии является диспергирование с последующим разделением Фракций методом седиментации.

Известно,что диспергирование материалов может быть облегчено при использовании эффекта Ребиндера - адсорбционного понижения прочности твердых тел.

Представляло интерес использовать указанный эффект для получения высокодисперсной Фракции оксида алюминия.В качестве жидких сред были выбраны водаIводные растворы электролита (аммиака) и этиловый спирт.

Выделение Фракции проводили путем многократной седиментации из водных суспензий.

Предложенным методом удалась выделить узкую Фракции адсорбента окиси алюминия.

Разработана методика определения примесей диолов в высших жирных спиртах.С помощью этой методики выбраны оптимальные условия количественного определения примесей диолов в ВЖС на уровне долей процента с использованием отечественного жидкостного хроматографа "Цвет-305" с дифференциальным рефрактометром в качестве детектора.

В процессе работы были проанализированы смеси жидких < С8Н*,г ОН - С,о Нг1 ОН) и твердых спиртов С С1г На5 ОН -С ¡а Н.41 ОН) *

Относительная погрешность не превышает 9,9'/.

Разработаны также методики определения морфина ; присутствии кодеина и тебаина в растительном материале н; жидкостном хроматографе "Вескгаап" ( США).

Таким образам,изученные в диссертационной работе закономерности позволили разработать я внедрить ряд хрс-матографических методик!

Методика выделения высокодисперсных Фракций адсар бентов для молекулярной хроматографии(защищена А.с.ССС! N1446562 22.03.19ВВ).

Методика определения морфина в присутствиии кодеин, и тебаина в растительном материале.

Методика определения примесей диалсв з высших лирны спиртах.

вывода

1.Предложена концепция регулирования селективности хроиатографического процесса путем варьирования Фазового состояния подвижной фазы в хроматографической колонке«

2-Сформулирована и реализована идея универсального хроматографа(Позволяющего проводить разделение в широком интервале температуры и давления, реализовать- на практике трансклассификационный подход.

3.Разработан и апробирован обобщенный принцип определения времени удерживания несорбирующегася компонента в газовой^ »жидкостной, сверхкритической Флюидной хроматографии ■

4.Установлен Факт резкого повышения селективности при изменении заряда поверхности частиц адсорбента.

5tПоказана возможность регулирования селективности хроматографического процесса путем повышения геометрической однородности зерен адсорбента для молекулярной хроматографии.

6.Установлен Факт влияния ионной силы и природы растзорителя пробы на селективность процесса разделения в жидкостной хроматографии.

7.Разработан и внедрен з практику метод получения узких Фракций сорбента для ВЗЖ'.

В.Разработана хроматографическаа методика определения микрапримесей диолав в высших жирных спиртах < внедрена з Филиале ЗНИИОС,г.Новокуйбышевск).

9.Разработана и внедрена (з криминалистической лаборатории Самарского облисполкома) методика определения морфина в растительном материале.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

¿•Вигдвргауз М.С.,Лобачеза И.З.,Лобачев А«Л.,Платонов И»А. Хроматография з потека сверхкритического Флюида // Журнал успехи химии. 1992. T5I.N3. С.

2.3игдергауз М.С.,Лсбачез A.A.»Платонов И*А.»Лобачева М-3.»Качалов А.3.Влияние температуры и давления на эф-

Фектибность разделения полиарокатическкх углевода; дое»моно- е оиьлкилое»тяжелой сколы пиролиза,силккое 00-550 в потоке Флюида«// X Всесоюзная конференции I газовой хроматографии.Тез.докл. Казань.1991.С.104-10:

3.ЛобачЕЕ А.А., Лобачева К.Б., Платонов И.А., Тройнике

B.А. Определение микропримесей азота в аргоне // Всесоизная конференция по газовой хроматографии.Те:

дои.л 'козаьь •17 71 «с и ¿1-1/о >

4.Лобачев А.А.»Лобачева И.В.«Платонов И.А.,ЛангЕ П.К. Тройников В.А» Система полуавтоматического контроу состава агрессивного раствора стенда испытания матерк алов на коррозионную устойчивость.// X Всесоюзная ко* Ференция по газовой хроматографии.Тез.докл.Казань.199

C.В0-В1.

5-Онучак А.А.»Платонов И.А.,0кучак В.К.,Назарова А.К Прямой анализ полиакриламида с водно-солевых растворе методом высокоэффективной жидкостной хроматографии / IV Всесоюзная конференция "Водорастворимые полимеры их применение".Тез.докл.Иркутск.1991.С.141-142.

б.Онучак В.Н.-,0нучак А.А. »Платонов И.А. Способ получены высокодисперсного адсорбента для высокоэФФективнс жидкостной хроматографии. // А.С-1446562, СССР, 19Б7 опубл•Б.И.Ы47,193В.

7-Вигдергауз И.С.»Платонов И.А.»Лосев Е.К.»Лаптева ф.И Определение "мертвого" времени удерживания в выстсоэф Фективной жидкостной хроматографии.// Областной межот раслевой научно-технический семинар.Тез.докл.Дзер жинпс.19В7. С.39-40.

В.Платонов И«А. Определение диодов в высших жирных спир тах иэ-тодом жидкостной храиатогс.=*кг высокого давле ния. -Тез«докл.межотраслевого научно-технического семи нара.Дзержинск.19ВВ.С.24-25.

9.Платонов И-А.,Машукова Г.А.»Лаптева Ф>И- Определени примесей диолое во фракииях высших жирных спиртов ме тодон высокоэффективной жидкостной хроматографии./ Обл«науч.-тех.конф."Молодые ученые и специалисты на родному хозяйству." Тез.докл.Куйбышев.19В6.С.57.