Диссертация (1150369), страница 11
Текст из файла (страница 11)
раздел 2.2.3). Дляэтого было рекомендовано следующее уравнение:RI(T) = A + B/T + ClnT, (4.3) (соответствует формуле 2.14)где A, B, C – эмпирические константы, T – температура колонки в °C.Несмотря на большое упоминание в литературе типичных линейных инелинейныхзависимостей,зависимостейRI(T),имеющихотчетливонебольшим (рис. 4.8 и 4.9).числовыявленныхвыраженныенамиэкстремумы,аномальныхоказалось76Рисунок 4.8. Зависимость RI(T) с экстремумом (минимум) в диапазонетемператур от 30 до 120 °С для диметилформамида (m = 4.3 мкг; RI = aT2 + bT+ c, a = 0.0013 ± 0.0001, b = -0.204 ± 0.015, c = 761.4 ± 0.5, r = 0.966).Кроме зависимостей RI(T), имеющих минимумы, мы впервые обнаружилизависимость с максимумом (рис.
4.9).Рисунок 4.9. Зависимость RI(T) с экстремумом (максимум) в диапазонетемператур от 40 до 120 °С для 1-нитропропана (С = 15.0 мкг; RI = aT2 + bT +c, a = - 0.0013 ± 0.0002, b = 0.185 ± 0.027, c = 710.5 ± 1.0, r = 0.946).77В связи с этим при обсуждении температурной зависимости мыстолкнулись с необходимостью подробного рассмотрения аномалий зависимостиRI(T) (см. раздел 2.2.3). Эта проблема оказалось настолько серьезной, что еедетальная характеристика потребовала большого количества специальныхэкспериментов, рассмотрения родственных задач (проблемы массовой перегрузкии инертности хроматографических систем), а для объяснения этих аномалийвпервые была привлечена концепция динамической модификации неподвижнойфазы аналитами.Важно отметить, что во всех опубликованных ранее работах, так или иначесвязанных с температурной зависимостью индексов удерживания, даже непредполагали возможного влияния дозируемых количеств аналитов на видзависимостей RI(T), а считали априорно, что только их химическая природа и типнеподвижной фазы колонки являются ключевыми факторами, определяющими ихвид.
Нами было впервые охарактеризовано влияние дозируемого количестваполярного аналита на вид зависимости RI(T) на неполярной колонке.4.1 Влияние дозируемого количества аналита на вид температурнойзависимости индексов удерживанияЭффект изменения знака коэффициента температурной зависимостииндексов удерживания полярных соединений на неполярных фазах и превращение монотонных зависимостей β = dRI/dT в функции, имеющие минимумы,ранее был продемонстрирован на примерах единичных соединений несколькихклассов [54-57, 59, 62].
Если этот эффект обусловлен именно полярностьюаналитов, то закономерно он должен быть более выраженным для полярныхнитроалканов (RNO2) и нитрилов алканкарбоновых кислот (RCN) [57], чем дляменее полярных алифатических альдегидов и кетонов [58, 62]. Следовательно,первоначальнодлянаспредставлялоинтересрасширениеперечня78охарактеризованных аналитов, прежде всего за счет включения в негосоединений, сравнимых по полярности с RNO2 и RCN.В таблице 4.1 для пяти соединений, для которых аномальная зависимостьRI(T) была выявлена ранее [56, 57], и охарактеризованных в данной диссертациидиметилформамида (ДМФА), диметилацетамида (ДМАА) и диметилсульфоксида(ДМСО) сопоставлены такие характеристики полярности, как диэлектрическаяпроницаемость(ε),дипольныймомент(μ),логарифмкоэффициентараспределения в системе 1-октанол/вода (lоgP) и разности индексов удерживаниянастандартныхполярныхполиэтиленгликоляхинеполярныхполидиметилсилоксановых неподвижных фазах (ΔRI = RIполярн – RIнеполярн).Как следует из сопоставления данных таблицы 4.1, значения ε, μ, lgP и ΔRIдля ДМФА, ДМАА и ДМСО ближе к значениям для CH3NO2 и CH3CN, чем кхарактеристикам ацетона и бутаналя, что позволяло рассчитывать на проявлениедля этих аналитов аномалий зависимостей RI(T), аналогичных наблюдавшимсяранее в работах [54-57].Таблица 4.1 Характеристики полярности некоторых модельных соединений,использованных для выявления зависимости RI(T)Соединение, ссылкаεμ, DlgPRIнеполярнΔRIАцетон [56]20.7 ± 0.4** 2.8 ± 0.1 -0.24472 ± 12348Бутаналь [56]13.42.7580 ± 7299Нитрометан [57]37.2 ± 1.43.4 ± 0.2 -0.34±0.01531 ± 6621Ацетонитрил [57]37.3 ± 1.03.7 ± 0.2 -0.34460 ± 13542Пропионитрил [57]28.1 ± 0.83.8 ± 0.3 0.16544 ± 20478Диметилформамид*37.1 ± 0.83.8 ± 0.1 -1.01749 ± 16576Диметилацетамид*37.83.8833 ± 9573Диметилсульфоксид*47.1 ± 1.24.0 ± 0.1 -1.35790 + 187790.88-0.77Примечание к таблице 4.1: * Некоторые из соединений, охарактеризованных вданной диссертации, (характеристики остальных соединений, использованных79при характеристике зависимости RI(T) перечислены в таблице 3.1); ** «±»указаны стандартные отклонения средних значений, вычисленные на основаниинескольких приведенных в литературе величин; RIнеполярн – справочное значение;ΔRI = RIполярн – RIнеполярн.Однако из всех компонентов, охарактеризованных в таблице 3.1, аномалиизависимости RI(T) были выявлены только для ДМФА и не обнаружены даже длятакого близкого к нему по химической природе и характеристикам полярностисоединения как диметилацетамид.
Не удалось обнаружить минимум зависимостиRI(T) и для диметилсульфоксида. Слабо они выражены для алифатическихспиртов ROH, для которых на стандартных неполярных фазах преобладает«нормальная» убывающая зависимость (β < 0). Видимо, относительно «редким»проявлениемрассматриваемыхэффектовобусловлентотфакт,чторассматриваемые аномалии RI(T) были выявлены для единичных соединенийтолько в середине 1990 - начале 2000 гг., спустя почти 50 лет после появлениясамой газовой хроматографии.В отличие от литературных данных (в которых все эксперименты былипроведены при постоянстве дозируемых количеств аналитов) в нашем случаезависимости RI(T) для ДМФА были проверены для его растворов с различнымиконцентрациями, в том числе соответствующими его абсолютным дозируемым вхроматографическую колонку количествам 0.6 мкг (I), 4.3 мкг (II) и 16.9 мкг (III)(при дозируемом объеме 0.5 мкл). Значения RI и асимметрии пиков ДМФА вдиапазоне температур 120 – 30 °С для трех серий экспериментов приведены втаблице 4.2.Выявленные различия в виде зависимостей RI(T) в этих трех случаяхнастолько важны, что данные этой таблицы заслуживают графическогопредставления, приведенного на рисунке 4.10.80Таблица 4.2 Различия в температурной зависимости индексов удерживания иасимметрии пиков диметилформамида при вариациях его количеств,дозируемых в хроматографическую колонкуКонцентрация диметилформамида в образце, мкг/мкл(количество аналита в дозируемой пробе, мкг)T, 0C9.0 (0.6) (I)63.3 (4.3) (II)250 (16.9) (III)RIA*RIA*RIA*120750.01.17756.21.11762.20.64110748.41.07755.11.01763.40.35100746.71.03754.10.69764.60.2290745.50.99753.60.56764.20.1780744.20.94753.40.47765.20.1470743.00.76753.90.39765.10.0960742.50.78754.00.33765.90.1050741.90.76754.50.28766.90.1240741.80.77755.60.27768.20.0630741.60.83756.20.32767.00.11Вопреки характеристике аномалий RI(T) в работах [54-57], особенности егопроявления оказались сильно зависящими от дозируемых количеств полярныханалитов [97].
При этом специальные критерии, которые будут рассмотрены вследующих разделах, показали, что наблюдаемый эффект не связан ни сперегрузкой хроматографической колонки [98, 99], ни с недостаточнойинертностью хроматографической системы [18].81Рисунок 4.10. Графическое представление данных табл. 4.2 позависимости индексов удерживания диметилформамида от температуры дляего различных дозируемых количеств: 0.6 (I), 4.3 (II) и 16.9 мкг (III) вхроматографической зоне.При малых дозах ДМФА (рис. 4.10 (I), 0.6 мкг в пробе) зависимость RI(T)нормально возрастает, не имеет минимума, но при температурах ниже 80 °Сначинает заметно проявляться ее нелинейность. В целом, в соответствии слитературными рекомендациями, в этом случае такая зависимость может бытьаппроксимирована полиномом второй степени:RI = aT2 + bT + c,где a = (1.08 ± 0.01)(4.4) 10-3; b = -0.068 ± 0.009; c = 742.7 ± 0.3; r = 0.998.При увеличении дозируемых количеств ДМФ приблизительно на порядок(до 4.3 мкг, рис.
4.10 (II)) зависимость RI(T) превращается в зависимость,имеющую минимум RIмин(Тмин) = 753.4 при температуре ~ 80 °С. Следуетподчеркнуть, что эта температура не является фиксированной для этогосоединения и выбранной хроматографической колонки, так как при изменениидозируемого количества ДМФА значения как RIмин, так и Tмин заметно варьируют.Такая зависимость также может быть аппроксимирована полиномом второйстепени (4.4), а ее параметры равны:a = (1.33 ± 0.10) 10-3; b = -0.204 ± 0.015; c = 761.4 ± 0.5; r = 0.966.82И, наконец, при увеличении дозируемого количества ДМФА до ~ 17 мкг(рис.
4.3 и 4.10 (III)) зависимость RI(T) трансформируется в монотонноубывающую, для аппроксимации которой следует использовать уже не полиномвторого порядка, а уравнение линейной регрессии:RI = aT + b,где a = (-56.6 ± 6.5)(4.5) 10-3; b = 769.5 ± 0.5; r = -0.951.Следует отметить, что при увеличении дозируемых количеств полярныхкомпонентов заметно возрастают значения свободных членов уравнений (4.4) и(4.5) (коэффициентов c и b, соответственно), которые формально эквивалентызначениям RI при температуре 0 °С, а коэффициенты корреляции, наоборот,уменьшаются,чтоотражаетнекотороеувеличениеразбросаданных.Аналогичные вариации зависимости RI(T) при изменении дозируемых количестваналитов наблюдаются и для других соединений.Аномальная температурная зависимость ИУ полярных соединений нанеполярных фазах означает, что их значения не могут быть меньше некоторойминимальной величины, а при повышении температуры и при ее понижениитолько увеличиваются.
Таким образом, такую зависимость можно считать однойиз существенных причин (но не единственной) снижения межлабораторнойвоспроизводимости этих параметров и асимметрии массивов справочныхзначений индексов, что можно проиллюстрировать на примере гистограммы длятакого полярного соединения как 1-бутанол. Аналогичные гистограммы можнопостроить и для других соединений.831513N(RI)1197531-1635-639 640-644 645-649 650-654 655-659 660-664 665-669 670-674 675-679RIРисунок 4.11. Гистограмма распределения изотермических индексовудерживания бутанола - 47 значений для капиллярных WCOT колонок настандартных неполярных фазах по данным [84].Указанная особенность, наглядно иллюстрирующая существенное влияниенаблюдаемых эффектов на межлабораторный разброс газохроматографическихиндексов удерживания, должна быть обязательно учтена в рамках модели,предлагаемой для объяснения аномалий зависимости RI(T) (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
