Характеристика нерухомої фази
Природа нерухомої рідини є тим основним фактором, який визначає послідовність виходу компонентів з колонки і відношення часу утримання максимумів їх зон. Крім того, вплив нерухомої рідини розповсюджується і на характер розмитості хроматографічних зон.
Основною вимогою до нерухомої рідини є селективність, яка визначає здатність до зміщення максимумів зон індивідуальних сорбатів відносно один одного. При розділенні багатокомпонентної суміші сорбент, що забезпечує розділення пари речовин з дуже близькими максимумами зон, може або викликати взаємне накладання зон інших компонентів, або різко збільшити час аналізу. Тому вибір нерухомої фази повинен бути з урахуванням її селективності, сорбційної ємності по відношенню до компоненту, який найбільш сорбується, та дифузійних характеристик, що визначаються в’язкістю.
Як нерухомі рідини в газорідинній хроматографії використовують декілька сотень різних речовин, хоча в багатьох випадках вони можуть заміняти одна одну.
До нерухомої рідини пред’являються такі вимоги:
§ селективність;
§ відсутність хімічної взаємодії з речовинами, які розділяються, твердим носієм, стінкою колонки, газом-носієм;
§ низький тиск пари при робочих температурах;
§ хімічна стабільність в умовах застосування;
§ мала в’язкість;
§ відсутність домішок.
Якість розділення в газорідинній хроматографії визначають сили взаємодії між молекулами розчинників і розчинених речовин. Якщо розчинник і сорбат або хоча б один з них неполярні, то вирішальну роль відіграють сили дисперсійної взаємодії. Ці сили, як правило, більші для тих сорбатів, які мають більш високу температуру кипіння. Дисперсійні сили зменшуються при зменшенні молекулярної маси і збільшенні розгалуженості молекули досліджуваної речовини. Так, у зв’язку з цим, естери розгалужених і ненасичених кислот рухаються вздовж хроматографічної колонки з більшою швидкістю, ніж естери насичених кислот.
Прикладом дії індукційних сил є процес розділення естерів ненасичених кислот з використанням в якості нерухомих фаз адипінатів поліетиленгліколя та поліпропіленгліголя. Під дією цих рідин відбувається поляризація подвійних зв’язків естерів ненасичених кислот і зростає утримуваний об’єм їх.
Особливо великий вплив на якість розділення компонентів суміші має здатність до утворення водневих зв’язків. Так, властивість гліцерину утворювати водневий зв’язок з водою дозволяє застосовувати його для розділення сумішей, що містять воду. Розділення первинних, вторинних і третинних амінів на поліетиленоксиді пояснюється різною здатністю амінів утворювати водневі зв’язки з нерухомою фазою. Наприклад, третинні аміни зовсім не утворюють водневих зв’язків з поліетиленоксидом, тому утримувані об’єми третинних амінів мінімальні. Частка водневого зв’язку у загальній енергії взаємодії речовин зменшується в міру збільшення їх молекулярної маси. Тому, наприклад, при розділенні спиртів на дигліцерині чи поліестерній смолі спочатку елююється етанол, а потім метанол.
При хроматографічному розділенні речовин можна застосовувати також нерухомі фази, які утворюють з компонентами, що розділяються, комплексні сполуки різної стабільності. Так, при розділенні ненасичених вуглеводнів широко застосовують розчини арґентум нітрату, а для розділення амінів – солі жирних кислот.
При виборі нерухомої фази необхідно перш за все враховувати, що неполярні речовини, як правило, краще розділяються на неполярних фазах. Такі нерухомі фази, як нормальні парафіни С12 – С18, сквалан, медичне вазелінове масло широко застосовуються при аналізі нафтопродуктів і інших вуглеводневих сумішей, коли необхідно елюювати речовини в порядку збільшення температур їх кипіння.
Суттєву роль при підготовці колонки відіграє метод нанесення рідини на твердий носій чи стінку капілярної колонки, який повинен забезпечувати максимальну рівномірність товщини плівки. Є декілька способів нанесення нерухомої рідини на твердий носій. Але найбільш рівномірне нанесення рідини забезпечується двома методами:
1. Рідку фазу розчиняють у леткому розчиннику (ацетоні, диетиловому чи петролейному етері, дихлоретані, ССl4, метанолі) і вміщують у круглодонну колбу, в яку потім насипають носій. Кількість розчинника повинна бути такою, щоб весь носій був занурений в рідину. Колбу ставлять на водяну баню чи приєднують до вакуум-насоса і видаляють розчинник при безперервному перемішуванні вмісту колби.
2. Лійку з сіткою вміщують у рідинну баню, температура якої приблизно на 10 0С нижча температури кипіння розчинника. На сітку насипають твердий носій і пропускають знизу сухий газ. Зверху в лійку спрямовують розпилений розчин нерухомої фази. При цьому одночасно відбувається обробка носія рідиною та випаровування розчинника.
Підготовлену колонку кондиціонують в потоці газу-носія при робочій температурі протягом 12-16 годин.
Особливо сильно адсорбційна активність носія проявляється при розділенні полярних сполук на колонці з неполярною фазою. У зв’язку з цим в нерухому рідину доцільно вводити незначні добавки полярних речовин, що мають в молекулах гідроксильну або амінну групу, які взаємодіють з активними центрами носія, дезактивуючи їх.
Взаємодія носія з полярною добавкою у більшості випадків обумовлена утворенням водневих зв’язків з поверхневими гідроксильними групами носія. Введена добавка, блокуючи такий активний центр, перешкоджає взаємодії його з компонентом суміші, яка розділяється.
Активність носія можна також зменшити, застосовуючи певний спосіб нанесення нерухомої фази. Так, на поверхні подрібненої цегли можна провести затвердження поліестерної смоли, наприклад, отриманої із стиролу та продуктів конденсації диетиленгліколя з малеїновим та фталевим ангідридами.
На ефективність хроматографічного розділення речовин суттєво впливає розмір частинок сорбента. Для сортування носія за розміром частинок застосовують як метод, заснований на швидкості седиментації частинок, так і просіювання крізь відповідні сита.
Із зменшенням розмірів частинок носія зростає ефективність колонки, що можна пояснити тим, що у випадку грубих зерен збільшуються розміри пустих порожнин, внаслідок чого збільшується нерівномірність потоку газу-носія через переріз та шлях зовнішньої дифузії. Однак сильне зменшення розмірів частинок призводить до суттєвого збільшення гідравлічного опору. Таким чином, необхідно вибирати оптимальний розмір зерен носія, причому суттєве значення має діаметр колонки. Так, для колонок діаметром 4-8мм оптимальним вважається розмір частинок в межах 0,15-0,5 мм.