Адсорбційна хроматографія

В адсорбційному варіанті рідинної хроматографії залежно від полярності нерухомої і рухомої фаз розрізняють нормально-фазну (НФХ) і обернено-фазну (ОФХ) хроматографії. В НФХ використовують полярний сорбент і неполярні рухомі фази, ОФХ – неполярний адсорбент і неполярні рухомі фази. У обидвох випадках вибір рухомої фази є важливішим, ніж вибір нерухомої. Нерухома фаза повинна затримувати досліджувані речовини. Рухома фаза, тобто розчинник, повинна забезпечити ефективне розділення за прийнятний час.

Нерухомі фази. Адсорбенти різних типів (полярні і неполярні) проявляють неоднакову селективність до аналізованих речовин. Як адсорбенти використовують тонкодисперсні пористі матеріали з питомомю поверхнею більше 50 м²/г.

Полярні адсорбенти (силікагель, оксид алюмінію, силікат магнію, оксиди металів) мають на своїй поверхні слабокислі ОН-групи, які здатні утримувати речовини з основними властивостями. Ці адсорбенти використовують головним чином для розділення неполярних сполук і сполук з середньою полярністю.

Недолік полярних адсорбентів – висока чутливість до вмісту води у розчинниках: наприклад, силоксанові групи –Si-O-Si- на поверхні SiO₂ у присутності води переходять у силанольні =Si-OН, при цьому міняються властивості поверхні і результати стають невідтворюваними. Для ВЕРХ використовують полярні сорбенти з привитими полярними групами (аміни, діоли та ін.), що дозволяє міняти селективність, підбираючи відповідний елюент.

Неполярні адсорбенти (активоване вугілля, кизельгур, діатоміт) не проявляють селективності до неполярних молекул. Використовують також сорбенти з привитими фазами, наприклад силікагель з алкілсилильними групами від С₂ до С₂₂.

Екранувати силанольні ОН-групи силікагелю можна аліфатичними вуглеводнями з С₃ і С₄, але отримати відносно високі значення ємності і великі значення утримування вдається при введенні довших алкільних ланцюжків, переважно з С₁₈. Такі сорбенти успішно використовуються для визначення багатьох сполук.

Крім названих сорбентів, використовують поверхово-пористі носії (ППН). Це можуть бути жорсткі непористі носії (скляні кульки), покриті тонким пористим шаром активного полярного або неполярного сорбента. Таким сорбентам властивий низький опір потоку, за рахунок чого збільшується швидкість аналізу.

Рухомі фази. У рідинній хроматографії особливо важливий вибір рухомої фази, оскільки вона має значний вплив на селективність розділення, ефективність колонки і швидкість руху хроматографічної смуги. Рухома фаза повинна розчиняти досліджувану пробу, мати малу в’язкість (коефіцієнти дифузії компонентів досліджуваної проби повинні бути достатньо великими), з неї повинно бути можливим виділення розділених компонентів (процес сорбції-десорбції повинен бути зворотнім). Рухома фаза повинна бути інертною у відношенні до матеріалів, з якими вона контактує, безпечною, дешевою, підходити до даного детектора.

Розділення досягають, міняючи елююючу силу рухомої фази – розчинника. Елюююча сила розчинника показує, у скільки разів енергія сорбції даного елюента є більшою, ніж енергія сорбції елюента, вибраного в якості стандарту, наприклад н-гептану. Розчинники (елюенти) ділять на слабкі і сильні. Слабкі розчинники слабко адсорбуються нерухомою фазою, тому коефіцієнти розподілу сорбованих речовин (сорбату) високі. Сильні розчинники сильно адсорбуються, тому коефіцієнти розподілу є низькими. Розчинник тим сильніший, чим вища розчинність у ньому досліджуваної проби, чим сильніша взаємодія розчинник-сорбат.

Є дані про відносну силу розчинників для різних адсорбентів. Для силікагелю сила розчинників збільшується в ряді: пентан (0)< чотирихлористий вуглець (0,11) < бензол (0,25) < хлороформ (0,26) < дихлоретан (0,32) ацетон (0,47) < діоксан (0,49) ацетонітрил (0,50) .

Елюююча сила визначається полярністю розчинника. У нормально-фазовій хроматографії із збільшенням полярності розчинника елюююча сила розчинника росте, в обернено-фазовому варіанті – зменшується. Розташування розчинників відповідно до зростання елююючої сили називається елюотропним рядом. У рідинній адсорбційній хроматографії елюотропний ряд Снайдера має вигляд ( у дужках наведено значення елююючої сили): пентан (0)< н-гексан (0,01)< гептан (0,01) < циклогексан (0,04) < чотирихлористий вуглець (0,18) < бензол < (0,32) хлороформ (0,38) < ацетон (0,51) < етанол (0,88) < вода .

Часто використовують не індивідуальні розчинники, а їхні суміші. Незначні

добавки іншого розчинника, особливо води, суттєво збільшують елююючу силу елюента.

Для розділення речовин різної полярності і для розділення сполук різних класів речовин використовують нормально-фазову хроматографію: з неполярних рухомих фаз сполуки різних класів виходять із колонки з полярним адсорбентом з різним часом (час утримування сполук з різними функціональними групами збільшується при переході від неполярних сполук до слабополярних). Для дуже полярних молекул t_R настільки великий, що при використанні неполярного елюента аналіз неможливий. Для зменшення часу утримування полярних сорбатів переходять до полярних елюентів.

В обернено-фазовому варіанті нерухома обернена фаза сильніше адсорбує неполярні компоненти із полярних елюентів, наприклад із води. Знижуючи полярність елюента додаванням менш полярного розчинника (метанол), можна зменшити утримування компонентів.