Жидкостная хроматография при высоких давлениях - Энгельгардт Х.
Скачать (прямая ссылка):
Б. Основы ситовой хроматографии
Пористые тела характеризуются удельной поверхностью, объемом пор и диаметром пор или распределением пор по размерам. Объем пор твердых тел доступен только для таких молекул, наибольший диаметр которых меньше, чем диаметр устья пор. Молекулы, диффундирующие в поры, попадают в пространство, в котором не происходит никакого движения, в «стоячую» подвижную фазу, поэтому они передвигаются по колонке медленнее тех молекул,
* В дальнейшем мы будем пользоваться принятым в отечественной литературе термином «ситовая хроматография»,— Прим. перев.
Ситовая хроматография
205
которые слишком велики, чтобы диффундировать в поры. Распределение пор по размерам никогда не бывает строго монодисперсным, поэтому резкую границу между исключенными и проникшими молекулами получают только в том случае, когда проба является индивидуальным веществом, т. е. имеет единственную степень полимеризации. Если зто условие не выполняется, то все молекулы, которые велики, чтобы диффундировать внутрь пор, элюируются с объемом удерживания, равным объему элюента между частицами (межчастичный объем). Разделительная колонка ведет себя таким образом, как будто она заполнена непорисгыми инертными стеклянными шариками (см. гл. II, разд. Б). Молекулы, диаметр которых меньше, чем диаметр устья пор, могут в большей или меньшей степени диффундировать внутрь них. При зтом скорость движения молекул вдоль колонки замедляется по сравнению со скоростью исключенных молекул, т. е. находящихся вне пор. Снижение скорости движения вдоль колонки и увеличение объема элюирования тем больше, чем дальше молекула может диффундировать в поры, т. е. чем больше доступная часть объема пор. Поскольку в ситовой хроматографии взаимодействие молекул пробы с поверхностью неподвижной фазы обычно мало, то элюирование всех молекул, разделяемых в соответствии с их размерами, заканчивается в тот момент, когда наименьшая молекула, для которой доступны все поры, появляется на выходе из колонки. Этому объему VQ разделительной колонки соответствует мертвое время t0. Все компоненты пробы, элюируемые по истечении мертвого времени, соответствующего элюированию инертного вещества, удерживаются в колонке, т. е. вступают в какой-либо форме во взаимодействия с неподвижной фазой. Мертвый объем V0 состоит из объема между частицами Vz и объема пор Vp внутри частиц. Разность между объемами удерживания наименьшей молекулы и полностью исключенных молекул соответствует объему пор твердого тела в разделительной колонке.
Это соотношение схематически показано на рис. IX. 1. В верхней части рисунка приведены кривые элюирования отдельных стандартов полимера, в нижней части — зависимость объема элюирования от молекулярной массы полимера. С помощью подобной калибровочной кривой можно, исходя из объемов элюирования пробы, установить распределение Молекулярных масс полимеров (см. гл. IX, разд. Г.1). Разумеется, молекулярная масса служит только мерой величины клубка молекулы полимера в растворителе. В ситовой хроматографии нецелесообразно пользоваться обычными хроматографическими величинами: время удерживания, величина к', относительное удерживание и т. д. Наименьшая молекула всегда имеет наибольшее время удерживания. Для того чтобы избежать ошибок, обычно говорят об объеме элюирования Ve. Объем элюирования зависит от диаметра молекулы пробы и равен сумме межчастичного объема Vz и доступного для пробы объема пор Vv. Полностью исключенные
206
Глава IX
Рис. IX. 1. Разделение полистиролов различной молекулярной массы [14]. Вверху: хроматограмма, полученная прн разделении полистиролов с мол. массой от 2100 до 2,6 ¦ 106 (бензол использован в качестве наименьшей молекулы). Внизу: калибровочная кривая, полученная по приведенным результатам.
Колонка: 30 см х 4 мм (внутр.); неподвижная фаза: силикагель (проф. Унгер), 4, % 10 мкм; Vp - 2,05 мл/г; V% - межчастичиый объем; Ур — объем неподвижной фазы; элюент: хлористый метилен; и « 0,12 см/с; Др « 22 атм.
молекулы элюируются с объемом элюирования Ve = Vz, а самые мелкие молекулы, например молекулы растворителя,— с объемом элюирования Ve = Vz + Vp = V0 (рис. IX.l).
Вместо объема Ve обычно используют пористость — величину, отнесенную к объему пустой колонки Vk (см. гл. И, разд. Б) [7]. Ее лег-
Ситовая хроматография
207
ко найти из хроматограммы, и она не зависит от характеристик разделительной колонки (плотности насадки и т. д.). Мертвому объему V0 соответствует полная пористость ет= Vq/Vk — часть объема колонки доступна для «стоящего» и движущегося элюента. Объем колонки можно определить с достаточной точностью. В ситовой хроматографии применяют только пористость ер, пропорциональную объему пор (Vp) твердого тела (ер = Vp/Vk). С увеличением размера молекулы доступная часть пористости ер уменьшается и соответственно сокращается время элюирования.
Для хорошего разделения, помимо определенного числа ступеней разделения, необходим возможно больший объем пор и при этом важна не столько величина удельного объема пор насадки (см3/г), сколько величина доступного объема пор в разделительной колонке (см3/см3). Из-за того что с изменением удельного объема пор меняется и кажущаяся плотность материала, даже большое различие в удельных объемах пор не сказывается на разделении, проводимом методом ситовой хроматографии, хотя на первый взгляд это представляется неожиданным. При увеличении удельного объема пор от
