ТеорИмба

•пиролитическая РГХ (исследуемые вещества разлагаются при высоких температурах и затем хроматографически определяются образовавшиеся продукты);

•метод «вычитания» (мешающие компоненты поглощаются специфическими реагентами и не влияют на определение определяемых компонентов).

К плюсам РГХ относятся:

-расширение области применения газовой хроматографии;

-улучшение разделения анализируемых соединений;

-увеличение чувствительности детектирования.

Недостаткам реакционной газовой хроматографии является увеличение времени анализа.

Наиболее широко применяется получение производных (дериватизация).

1.Получение силильных производных:

14

2.Алкилирование:

NaH

3.Получение сложных эфиров. На практике используют несколько методов:

-диазометановый метод, при котором реакция дериватизации проходит по уравнению:

-N2

-метанольный метод:

-пиролитический метод:

OH-

-H2O

-N(CH3)3

15

4.Получение простых эфиров. Дериватизация соединений проходит по уравнению:

-HI

5.Получение ацильных производных. Наиболее распространенными ацилирующими агентами являются ангидриды соответствующих кислот. На схеме представлены процессы дериватизации:

6.Образование оксимов и гидразинов.

7.Образование производных неорганических соединений (летучих хелатов металлов, алкилпроизводных ртути, гидридов, хлоридов).

Для подготовки данного материала была использована следующая литература

1.А. В. Гармаш. Введение в спектроскопические методы анализа. Оптические методы анализа. / Гармаш А. В. [и др.] ; под ред. А. В. Гармаш. – М. : изд-во РАН, 1995. – 39 с.

2.С. И. Карпов. Физико-химические методы анализа органических соединений: методические указания для ВУЗов. / Карпов С. И., Селеменев В. Ф., Матвева М. В., Беланова Н. А. – Воронеж : издательско-

16

полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2008.

– 94 с.

3.Е. Н. Шаповалова. Хроматографические методы анализа: методическое пособие для специального курса. / Шаповалова Е. Н., Пирогов А. В ; под ред. О. А. Шпигуна. – М. : изд-во МГУ им М. В. Ломоносова, 2007. – 109 с.

17

Жидкостная хроматография.

Жидкостная хроматография (ЖХ) - метод разделения и анализа сложных смесей веществ, в котором роль подвижной фазы выполняет жидкость. Подвижная фаза в жидкостной хроматографии выполняет две функцию: 1) обеспечивает перенос десорбированных молекул по колонке (по аналогии с подвижной фазой в газовой хроматографии); 2) регулирует константы равновесия, а, следовательно, и удерживание в результате взаимодействия с неподвижной фазой (сорбируясь на поверхности) и с молекулами разделяемых веществ. В ЖХ природа подвижной фазы имеет существенно большее значение. В результате комбинации ограниченного числа сорбентов и неограниченного числа, различных по составу, подвижных фаз становиться возможным решение чрезвычайно большого числа встречающихся на практике аналитических и препаративных задач. Жидкостная хроматография применима для разделения значительно более широкого круга веществ, чем газовая хроматография, так как в этом методе анализа вещество не должно обладать термостабильностью и летучестью. В ЖХ разделение обычно происходит при комнатной температуре. Единственное условие к разделяемым веществам это их химическая инертность по отношению к подвижной или неподвижной фазе.

В зависимости от того, какими физико-химическими процессами обусловлено разделение компонентов смесей ЖХ делят на:

•адсорбционную;

•ионообменную;

•гельпроникающую (эксклюзионную или фильтрационную).

Как и для газовой хроматографии, разделение компонентов смеси обусловлено не каким-либо одним типом взаимодействия, а их комплексом. Отдельные типы могут преобладать в том или ином виде ЖХ, встречаться в определенных сочетаниях или наоборот никогда не проявляться одновременно.

Жидкостная адсорбционная хроматография

В зависимости от природы подвижной (ПФ) и неподвижной (НФ) фазы различают нормально-фазовую (НФХ) и обращенно-фазовую (ОФХ) хроматографию.

Нормально-фазовая хроматография подразумевает использование в качестве неподвижной фазы полярного сорбента (чаще всего силикагеля), а в качестве подвижной фазы – неполярного органического растворителя или комбинации неполярного растворителя с полярным.

В качестве неподвижной фазы для нормально-фазовой ЖХ наиболее широкое распространение находят такие сорбенты, как силикагель, реже используется окись алюминия.

Me

Si R

Me

для силикагеля R = ОН

Рис. 5.

Воснове взаимодействий адсорбента и сорбата, определяющих разделение в НФЖХ лежат следующие взаимодействия:

1). Диполь-дипольное взаимодействие.

Диполь-дипольное взаимодействие - взаимодействие диполей, приводящее

ких взаимной ориентации и притяжению друг к другу. Энергия взаимодействия двух диполей пропорциональна произведению их дипольных моментов.

Вжидкостной хроматографии, как правило, рассматривается взаимодействие дипольного момента адсорбата с дипольными моментами полярных групп адсорбента. Диполь-дипольное взаимодействие является одной из причин удерживания молекул, обладающих дипольным моментом, на полярных неподвижных фазах в неполярных средах (рис.1).

Рис. 1 Диполь-дипольное взаимодействие.

Наиболее характерный случай диполь-дипольного взаимодействия в жидкостной хроматографии соответствует ситуации, когда поверхность полярной неподвижной фазы модифицирована адсорбированным слоем полярного компонента подвижной фазы, например, метанолом при его добавлении в

подвижную фазу (для чего это делают, поговорим позже). Для этого случая моделью однородно модифицированной поверхности неподвижной фазы является эквипотенциальная поверхность, характеризующаяся некоторым усредненным значением напряженности электрического поля. Энергия взаимодействия диполя адсорбата с электрическим полем неподвижной фазы равна произведению дипольного момента на напряженность электрического поля (рис.2).

Рис. 2. Взаимодействия диполя адсорбата с эквипотенциальной поверхностью модифицированной неподвижной фазы

Частным случаем диполь-дипольного взаимодействия является взаимодействие типа «диполь-наведенный диполь», когда молекула не имеет своего собственного дипольного момента, но поляризуется под влиянием другой полярной молекулы (рис. 3).

Рис. 3. Взаимодействие диполь-наведенный диполь. 2) Образование водородных связей

Другим важным типом взаимодействия является образование водородных связей (рис.4)

H

Si O

H

O

.

Рис. 4. Образование водородных связей между адсорбатом и адсорбентом.

В хроматографической системе водородная связь может образовываться «напрямую» между молекулой адсорбата и функциональными группами полярной подвижной фазы, и, таким образом, приводить к уменьшению времени удерживания. С другой стороны, возможно непосредственное взаимодействие молекул адсорбата с неподвижной фазой посредством образования между ними водородной. На практике такое взаимодействие встречается редко, так в качестве подвижной фазы крайне редко используется система, состоящая только из неполярного компонента. Чаще используют систему из неполярного растворителя с добавлением полярного компонента. Это приводит к так называемому

адсорбционному модифицированию полярной неподвижной фазы за счет покрытия ее адсорбционным слоем полярного компонента подвижной фазы. В результате такой модификации неподвижная фаза в гораздо меньшей степени склонна к взаимодействию с адсорбатом за счет сильных водородных связей; что влечет за собой уменьшения времени удержания. В таких случаях взаимодействие между адсорбатом и сорбентом происходит за счет диполь-дипольного взаимодействия.

Как правило, для приблизительной оценки удерживания в нормальнофазовых хроматографических системах адсорбатам приписывается некоторое свойство, характеризующее способность соединения вступать в дипольные взаимодействия и образовывать водородные связи; это свойство называется «полярностью». Полярность – это скорее качественная характеристика, в отличие от дипольного момента, являющего характеристикой количественной. Соединения, обладающие большей полярностью сильнее, удерживаются на полярных неподвижных фазах и наоборот. Полярность адсорбата можно связать с наличием в

его структуре определенных функциональных групп, которые можно расположить в следующем ряду в порядке увеличения их полярности:

-Cl, -Br < -Ar < -OR < -NO2 < -COOR < =C(O) <

< -COOH* < -NH2, -OH < -CN < -NHC(O)R* << -SO3H*

Звездочкой отмечены функциональные группы, способные образовывать сильные водородные связи. Наличие таких групп в структурах адсорбатов приводит к необходимости применять для их хроматографирования нормальнофазовые системы с адсорбционным модифицированием неподвижной фазы. Кроме того, для этих групп не соблюдается аддивность их вкладов в «полярность». Наличие еще одной полярной функциональной группы в дополнение к уже имеющейся приводит к резкому увеличению удерживания в нормально-фазовых условиях. К примеру, бензойная кислота (с одной карбоксильной группой) легко элюируется с силикагеля 1% уксусной кислотой в гексане, а для элюирования фталевой кислоты (с двумя карбоксильными группами), или миндальной кислоты (с карбоксильной и гидроксильной группами) требуются элюенты с предельно большой (для нормально-фазовой хроматографии) элюирующей силой: хлороформ-вода-уксусная кислота или гексан-изопропанол-вода-уксусная кислота.

При каждом типе взаимодействия между адсорбентом и адсорбатом образуется некий комплекс. Разрушая этот комплекс действием различных компонентов подвижной фазы, мы добиваемся продвижение зон веществ по колонке.

Полярность растворителей, применяемых в нормально-фазовой хроматографии для составления подвижных фаз, также является важным параметром, поскольку позволяет прогнозировать их элюирующую силу.

Ряд растворителей, расположенных в порядке увеличения элюирующей силы, называется элюотропным рядом. Усредненный параметр элюирующей силы больше всего подходит для оценки реальной способности растворителя элюировать полярные адсорбаты, хотя в ряде случаев такая оценка может быть весьма неточной. Одним из таких примеров является «аномально» высокая элюирующая способность спиртов по отношению к гидроксилсодержащим соединениям. По всей видимости, «аномалии» встречаются в тех случаях, когда сольватный комплекс адсорбатов имеет достаточно сложное строение.

Основой нормально-фазовых подвижных фаз обычно является алифатический углеводород, к примеру, гексан, обладающий чрезвычайно слабой элюирующей силой. К которому добавляется полярный компонент подвижной фазы, обладающий большой элюирующей способностью, называемый полярной добавкой. Удерживание в нормально-фазовом режиме уменьшается при увеличении доли полярной добавки в подвижной фазе.

Третьим используемым в ряде случаев компонентом системы подвижной фазы для нормально-фазовой хроматографии является, так называемый, модификатор. В нормально-фазовой хроматографии модификатором называется чрезвычайно полярное вещество, значительно изменяющее адсорбционные свойства полярной неподвижной фазы. За счет образования водородных связей с поверхностью неподвижной фазы модификатор уменьшать ее способность к образованию сильных водородных связей с молекулами адсорбата, в результате уменьшая время удержания молекул адсорбата. Если доля полярной добавки может быть сравнима и даже больше доли неполярной «основы», то доля модификатора в подвижной фазе обычно невелика: от сотых процента до нескольких процентов.

В качестве модификатора чаще всего применяется уксусная кислота (ее применение обязательно при разделении соединений кислого характера), реже – муравьиная кислота, вода. В случаях разделения сильнополярных веществ основного характера в качестве модификатора применяют алифатические амины (диэтиламин, триэтиламин),

Допиться оптимального разделения можно за счет изменения селективность разделения, модифицируя состав подвижной фазы или изменяя тип неподвижной фазы (переход от нормально-фазовой хроматографии к обращено-фазовой).

Другой способ состоит в применении в качестве одной из полярных добавок сильно (а главное – избирательно) сольватирующего растворителя, к примеру, алифатического спирта. С помощью такого приема можно значительно улучшить селективность разделения адсорбатов, не содержащих гидроксильных групп, от гидроксилсодержащих адсорбатов (удерживание первых изменяется плавно, а удерживание последних резко уменьшается при увеличении доли сольватирующего растворителя, за счет образования сольватов между молекулами спирта подвижной фазы и компонентом, содержащим гидроксильные группы).