Ю.А. Золотов - Общие вопросы, методы разделения (Основы аналитической химии, том 1) (1110133), страница 70
Текст из файла (страница 70)
8.46. Схема прибора капиллярного злеатрофореза: 1 — сосуды с платиновыми электродами 2; 3 — амперметр; 4 — источник высокого напряжения; 5 — гибкий кварцевый капилляр; б — зона детектирования тометрического и других детекторов. В зоне детектирования компонентов имеется прозрачное для УФ излучения окно — участок капилляра, с которого удалено полиимидное покрытие. Дополнительные устройства позволяют автоматизировать подачу образцов, обрабатывать данные по специальным компьютерным программам. После введения пробы в капилляр, заполненный подходацим буферным раствором (электролит), и подачи напряжения к концам капилляра компоненты пробы анализируемого раствора перемещаются по капидляру с разной скоростью, зависящей ог их заряда и массы, и в разное время достигают зоны детектирования. В этой зоне возможно прямое или косвенное детектирование соединений, Для косвенного детектирования катионов щелочных и щелочноземельных металлов в ведущин электролит вводят катионы ароматических аминов (протонированный бензимидазол), а дпл косвенного детектирования анионов — хромат-ион.
Аналогичные способы детектирования в ВЭЖХ описаны в разд. 8.5.2. Таким образом получают электрофореграмму, которая как и хроматограмма, используется для идентификации и количественного определения компонентов смеси. Качественной характеристикой является время миграции, количественной — высота или плошадь пика. Время получения электрофореграммы составляет от десятков секунд до десятков минут. Миграция ионов и массоперепос в уехавши КЗЭ Капиллярный зонный электрофорез основан на явлениях электрофореза и электроосмоса.
Эти злекгрокинетические процессы протекают в капилляре при наложении электрического поля вдоль оси капилляра. Рассмотрим их подробнее. 343 1. При наложении электрического поля возникает электромиграция катионов пробы к катоду, а анионов — к аноду в соответствии с их электрофоретической подвижностью. Элекгрофорегическая подвижность иона — скорость перемещения частицы, отнесенная к единице напряженности электрического поля. Практически это расстояние в см, пройденное частицей за одну секунду под действием электрического поля напряженностью 1 В/см. При одних и тех же условиях скорость движения частиц величина постоянная. При изменении условий подвижность частиц должна определяться экспериментально, поскольку на их движение влияет сразу несколько факторов. Чем больше размер и меньше заряд иона, тем медленнее он движется под действием электрического поля.
Незаряженные частицы, а также частицы, имеющие одинаковое число положительно и отрицательно заряженных групп, не должны двигаться в процессе элекгрофореза. Однако при действии электрического поля в капилляре возникает злектроосмотический поток, который переносит незаряженные частицы и существенно влияет на скорость перемещения заряженных частиц.
2. Как возникает в капилляре элекгроосмотический поток? Поверхность кварцевого капилляра, контактируюшего с электролитом, при рН > 2,5 заряжена отрицательно за счет диссоциации поверхностных силанольных групп -з (К„= 4 . 10 ). Это приводит к образованию в капилляре двойного электрического слоя, диффузная часть которого подвижна. Расчетами показано, что фактически это вся жидкость, заполняющая капилляр. При наложении электрического поля катионы диффузной части двойного электрического слоя вместе со всей массой жидкости в капилляре перемещается к катоду. Возникает электроосмотический поток, скорость которого зависит от рН и концентрации электролита.
Чем больше рН и меньше концентрация буферного раствора, тем больше скорость ЭОП. Электроосмотический поток осуществляет пассивный перенос частиц. Обычно скорость ЭОП больше электрофоретической подвижности и составляет примерно 2 ммlс. Таким образом, массоперенос определяется электрофоретической подвижностью частиц и электроосмотическим переносом жидкости в капилляре.
Общая электромиграционная скорость равна сумме электрофоретической и электроосмотической скоростей. Частицы одинаковон формы и с равной плотностью поверхностного заряда в условиях КЗЭ имеют одинаковую электрофоретическую подвижность (р,е). В условиях конкретного эксперимента р,е = ЕЕт, где ! — расстояние, на которое переместился компонент; т — продолжительность миграции. Расстояние между зонами двух мигрантов И пропорционально разности их элекгрофоретических подвижностей, Е и т: и! = Лр,еЕт.
В капилляре на электрофоретическую подвижность частицы оказывают влияние ее параметры (знак, величина заряда, размер, форма) и параметры буферного электролита (состав, ионная сила, рН, вязкость, температура). 344 Истинное перемещение мигранта ! складывается из экспериментально зафиксированного расстояния 1,„и расстояния ! „, пройденного вместе с осмотическим потоком: ! = ! „+ ! „. Знак в этом выражении характеризует направление перемещения мигранта и электроосмотического потока — в одну и ту же сторону или в противоположные. Разность увеличивается с ростом приложенного напряжения и продолжительности миграции.
Чем выше Е, тем быстрее будут перемещаться ионы. Для разделения двух компонентов необходимо, чтобы Л! было больше Зо, где а — стандартное отклонение распределения концентрации компонента в зоне. Рассмотрим, как происходит разделение анализируемой смеси в капилляре. Разделение катионов. Если полярностьвходнойчастикварцевого капилляра положительна (анод), то при введении пробы анализируемой смеси ЭОП будет переносить ее к катоду. Катионные компоненты пробы, отличаюшиеся от компонентов ведушего электролита, будут обгонять ЭОП и в соответствии со своей электрофоретической подвижностью в разное время достигать катодного выхода из капилляра, вблизи которого установлен детектор. Нейтральные компоненты пробы будут перемешаться пассивно только с ЭОП.
Они также детектируются и на элекгрофореграмме им соответствует системный пик. Поведение анионов зависит от соотношения скоростей ЭОП и электро- миграции анионов. Только в том случае, если скорость миграции аниона меньше скорости ЭОП, он может быть зафиксирован на электрофореграмме после выхода катионов и системного пика.
Если скорость электромиграции аниона больше скорости ЭОП, то он не достигает детектора. Схема разделения частиц представлена на рис.8.47. Разделение авионов. Чтобы методом КЗЭ разделить и определить азличные анионы, изменяют полярность прикладываемого напряжения и модифицируют поверхность кварцевого капилляра катионным поверхностно-активным веществом или полимером, вводя его в буферный раствор.
Катион-модификатор сорбируегся на поверхности капилляра, поверхность приобретает положительный заряд. Таким образом, первый слой двойного электр ического слоя становится положительным, а второй, в том числе его диф- ы — хиз Рис. 8.47. Схема разаеления часпш методом КЗЭ 345 фузная часть — отрицательным.
ЭОП движется от входной части капилляра к зоне детектирования. Быстрее, чем ЭОП, к этой зоне мигрируют анионы, происходит их разделенке в соответствии с их электроосмотической подвижностью. Разделение молекулярных форм соединений. Для разделения и определения молекулярных форм в пробах используют мицеллярную электрокинетическую хроматографию. Суть этого варианта КЗЭ состоит втом,чтовб фе уф рный электролит вводят анионное поверхностно-активное вещество (АПАВ), концентрация которого превышает критическую концентрацию мицеллообразования. В этом случае АПАВ находится, главным образом, в виде отрицательно заряженных мицелл, которые не адсорбируются на поверхности кварцевого капилляра.
При подаче иа капилляр высокого напряжения они мигрируют к аноду. Если полярность входного конца капилляра положительна, в противоположном направлении — от анода к катоду— ЭОП пе реносит зону пробы. При этом молекулярные компоненты пробы распределяются между мицеллярной фазой и фазой распюра в соответствии со своими коэффициентами распределения. В зону детектирования попадают индивидуальные молекулярные компоненты пробы, каждому нз которых на электрофореграмме соответствует пик. Таким образом, капиллярный зонный электрофорез позволяет анализировать водорасгворимые обьекты, компоненты которых находятся в форме катионов, анионов и н " ов и нейтральных частиц, а также контролировать распределение частиц по форме и диаметру. Селективность, эффективность и воснроизеодимость КЗЭ По ижн дв ость сферических частиц в электрическом поле описывается формулой Стокса: ХеЕ )2 = —, бнг2) ' где е — заряд электрона; 2 — число элементарных зарядов; Š— градиент потенциала; г — радиус частицы; 21 — коэффициент вязкости среды, Коэффициент селективности для элекгромиграционного метода равен отношению подвижностей разделяемых ионов: У,гз а=и,~рз = — ".
2э г2 Учитывая небольшой диапазон изменения 2 и незначнтел ны и незначительные различия в радиусах конов, электромиграционный метод разделения не должен обладать высокой селективностью. 346 Поэтому для эффективного разделения особенно важен выбор оптимальных условий, учет всех взаимосвязанных факторов, влияющих на разделение. Например, можно изменить значения и знаки зарядов разделяемых веществ, изменяя или подбирая рН, вводя с ведущим электролитом подходящие для образования комплексных соединений лигаиды и др.
Так, от рН зависит степень ионизапни молекул слабых кислот и оснований, при некоторых рН могут сосуществовать две коинзированные формы, перемещающиеся к электроду с разными скоростями. Помимо этого знак заряда можно изменять, используя комплексообразование. Скорость и направление движения комплексных частиц зависит от их устойчивости в условиях эксперимента. Поэтому изменяя рН и концентрацию буферного раствора, природу лиганда, можно влиять на электрофоретическую подвижность частиц.
Аналогичные приемы используют в хроматографических методах. Увеличение концентрации буферною раствора, уменьшая подвижность частиц, позволяет улучшить разделение. С ростом напряжения уменьшается время анализа, увеличивается эффективность разделения, разрешение и производкгельность. Однако повышение температуры электролита в капилляре может увеличить размывание пиков на электрофореграмме. Обычно прикладывают максимально допустимое напряжение для достижения эффективного разделения за минимальное время. Градиент потенциала при этом составляет 200 — 400 В/см. Высота, эквивалентная теоретической тарелке, в данном методе определяется как толщина слоя электролита, при миграции через который соотношение концентраций разделяемых компонентов меняется в сг раз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
