Диссертация (1150369), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Следовательно,разделение энантиомеров в ахиральных газохроматографических системахдолжно наблюдаться в ограниченной с двух сторон достаточно «узкой» областиколичеств аналитов, приблизительно так, как это изображено на рис. 4.21. Состороны больших количеств аналитов эта область ограничена закономернымуширением их хроматографических зон при приближении к границам массовой116перегрузки колонки (см.
раздел 4.2). При уменьшении же количеств аналитовстановятся все менее выраженными проявления эффектов динамическоймодификациинеподвижныхфаз.Болеетого,можнопредставитьсебесуществование хроматографических колонок, для которых левая и праваяграницыобластивозможногоразделенияэнантиомеровнарис.4.21перекрываются, в результате чего подобные эффекты перестают наблюдаться.Вполне возможно, таких колонок большинство, что объясняет относительнуюредкостьсообщенийоразделенииэнантиомероввахиральныххро-матографических системах. В нашем случае частичное разделение энантиомеровоказалось возможным для колонки с толщиной пленки фазы 0.25 мкм, но невыявлено для взятой для сравнения так называемой megabore-колонки столщиной пленки фазы 2.65 мкм.Рисунок4.21.Схематическоеизображениедиапазонамасс,соответствующего возможному частичному разделению энантиомеров (эллипсА) в ахиральных газохроматографических системах; ухудшение разделения: а – засчет уширения пиков при приближении к границам массовой перегрузки колонки,б – за счет уменьшения динамической модификации неподвижных фаз приуменьшении количеств сорбатов в хроматографической зоне.Схематическоеахиральныхизображениенеподвижныхэкспериментальнымифазахданными.области(рис.Нарис.разделения4.21)4.22энантиомеровполностьюнаподтверждаетсясопоставленыфрагменты117хроматограмм, иллюстрирующие разделение (-)- и (+)-энантиомеров α-пинена водинаковых условиях, но для разных суммарных количеств сорбатов вхроматографических зонах (от 71 (а) до 5 (г) нг).
При их минимальныхколичествах (5 (г) и 15 (в) нг), недостаточных для результативной динамическоймодификациинеподвижнойфазы,регистрируютсявполнесимметричныехроматографические пики. Увеличение количества сорбатов до 33 нг (б) приводитодновременно как к уширению пиков (первые признаки проявления эффектовперегрузки), так и к частичному разделению энантиомеров. И, наконец,дальнейшее увеличение проб до 71 нг (а) влечет за собой прогрессирующееуширение пиков, сопровождающееся ухудшением разделения энантиомеров.
Темсамым подтверждается, что области их разделения соответствуют лишь крайненезначительным диапазонам шкал масс определяемых соединений.Рисунок 4.22. Фрагменты хроматограмм, иллюстрирующие разделение (–)и (+)-энантиомеров α-пинена на WCOT-колонке RTX-5 для разных суммарныхколичеств аналитов в хроматографических зонах: а – 71, б – 33, в – 15, г – 5 нг.Наблюдаемые особенности проявления частичного разделения компонентовне представляются сколько-нибудь необычными для газовой хроматографии. Этоположение можно проиллюстрировать на примере простейших углеводородов.118Известно, например, что изомерные п- (Ткип = 138.4 °C) и м-ксилолы (Ткип = 139.1°C) можно разделить только с использованием колонок с эффективностью неменее 100 тыс.
теоретических тарелок. Поскольку большая часть наиболееупотребительныхгазохроматографическихколонокимеетменьшуюэффективность, эти изомеры обычно регистрируют в виде неразделенных пиков,ноиногда(приотсутствииперегрузкиколонокидругихфакторов,способствующих уширению пиков) наблюдается частичное разделение. Этообъясняет достаточно разнородные и невоспроизводимые данные для указаннойпары изомеров, но, поскольку их причина хорошо известна, они не вызываютособого удивления.
Можно полагать, что поведение энантиомеров некоторыхсоединений на ахиральных неподвижных фазах представляет собой подобный, ногораздорежевстречающийсяпримеробъективнойневоспроизводимостирезультатов хроматографического разделения.Особогообсужденияэлюированияэнантиомеровнеподвижныхфазвзаслуживаетвпорядокрезультатехроматографическогодинамическойгазохроматографическомвариантемодификацииихразделения.Особенности происходящих при этом процессов существенно отличаются отприроды разделения как с использованием хиральных неподвижных фаз, так иразделения в случае добавок хиральных модификаторов в элюенты (ВЭЖХ).
Вобоих указанных случаях каждый из хроматографических пиков принадлежитодномуизиндивидуальныхэнантиомеров.Этопозволяетиспользовать«традиционные» способы интерпретации хроматограмм, поскольку соотношениеплощадей пиков непосредственно соответствует массовым долям энантиомеров, ипозволяетрассматривать,например,такуюзадачукакпредсказаниепоследовательностей элюирования энантиомеров [122]. Для иллюстрации жерассматриваемого в настоящей работе случая целесообразно сопоставитьрезультаты разделения смеси энантиомеров в соотношении 3(–) : 1(+) (рис. 4.18 а)и индивидуального (+)-α-пинена, оптическая чистота которого, как указано выше,меньше 100% (рис. 4.20 а).
На рис. 4.18 (а) первый по порядку элюирования пикможно соотнести с (-)-α-пиненом, тогда как на рис. 4.20 (а) преобладающий119первый по порядку элюирования пик принадлежит (+)-α-пинену. В таком случаевторой пик также не может относиться к какому-либо индивидуальномуэнантиомеру, а, скорее всего, соответствует их смеси, приближающейся посоставу к рацемической [123]. Важно отметить, что при таком разделениисоотношение интенсивностей пиков на хроматограммах не соответствуетсоотношению количеств энантиомеров в образцах.
Следует также учесть, чтодинамическая модификация неподвижных фаз в газовой хроматографиипринципиально не может привести к полному разделению энантиомеров (всегдабудет наблюдаться только их частичное разделение), а оценки площадейнеразделенных пиков возможны лишь с невысокой точностью.Подобная интерпретация данных достаточно необычна для хроматографии,но полностью согласуется с наблюдаемыми особенностями разделения. Дляиндивидуальных (–)- и (+)-α-пиненов, содержащих заметные количества другихэнантиомеров, закономерно наблюдается их частичное разделение (рис.
4.20),тогда как для их рацемической смеси (∼1 : 1) никакого разделения нет. Пики сминимальнымипараметрамиудерживаниямогутпринадлежатьлюбомупреобладающему в образце энантиомеру.Такимобразом,полученныерезультатыпозволяютпризнать,чтогазохроматографическое разделение энантиомеров на ахиральных колонкахпринципиально возможно, но оно всегда будет только частичным, наблюдаетсядля колонок не всех типов и только для отдельных соединений, причем для ихколичеств, близких к границам массовой перегрузки хроматографических систем.Тем не менее, можно полагать, что такое сложное сочетание условий в некоторыхслучаях может быть реализовано, что объясняет ранее упоминавшиеся влитературеи,казалосьбы,невероятныепримерыхроматографическогоразделения энантиомеров в ахиральных хроматографических системах.1205.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫВрезультатевыполнениядиссертационнойработыкритическипереосмыслена аномальная температурная зависимость газохроматографическихиндексов удерживания полярных соединений на неполярных фазах, известная ссередины 1990-х – начала 2000-х годов. Физико-химическое обоснование этогоэффекта до последнего времени оставалось неизвестным, было предложено лишьэмпирическое соотношение для аппроксимации такой зависимости.Нами установлено, что причиной этой аномальной зависимости являетсядинамическая модификация неподвижной фазы хроматографической колонкиполярными аналитами. Для более надежной интерпретации этого эффектапроведена детальная характеристика способов выявления и оценки массовойперегрузки хроматографических колонок.
Показано, что эффекты динамическоймодификации неподвижной фазы наблюдаются еще до достижения границымассовой перегрузки колонки.Логическимзавершениемрассматриванияконцепциидинамическоймодификации неподвижной фазы аналитами стало ее распространение дляпредсказания, объяснения и экспериментального подтверждения возможностичастичного разделения энантиомеров на ахиральных неподвижных фазах.Итоги выполненной работы могут быть изложены в виде следующихрезультатов и выводов:1. Показано, что температурные коэффициенты газохроматографическихиндексов удерживания, ранее считавшиеся постоянными для конкретных аналитов и неподвижных фаз, могут менять знаки в зависимости от количества полярных аналитов в хроматографических зонах;2.
В результате сравнительной характеристики известных ранее критериевмассовой перегрузки хроматографических колонок предложено несколько ихмодифицированных вариантов, обеспечивающих получение сопоставимых значений границ перегрузки для разных аналитов;1213. Критически переосмыслена известная с середины 1990-х гг.
аномальнаятемпературная зависимость индексов удерживания, заключающаяся в изменениизнаков температурных коэффициентов индексов при разных температурах.Показано, что этот эффект обусловлен динамической модификацией неполярнойфазы полярными аналитами и не связан с перегрузкой хроматографическихколонок;4. Предложена физико-химическая модель эффекта динамической модификации неполярных фаз полярными аналитами, основанная на известных принципах хроматографии;5. Показана связь между аномальной температурной зависимостью индексов удерживания и вариациями фактора асимметрии хроматографических пиковполярных соединений.
Установлено, что увеличение коэффициентов температурной зависимости с повышением температуры сопровождается уменьшениемасимметрии пиков;6. Концепция динамической модификации неполярных фаз аналитами вгазовой хроматографии позволила предсказать, объяснить и на примере смесей(+) и(-)-α-пиненов экспериментально подтвердить возможность частичногоразделения энантиомеров на ахиральных фазах.122СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ[1] Zenkevich I.G. Kovats’ Retention Index System. In Encyclopedia ofChromatography. 3rd Edn. Ed.
J. Cazes. Boca Raton: CRC Press, 2010. P. 1304-1310.[2]KovatsE.Gas-chromatographischeCharakterisierungorganischerVerbindungen. Teil 1: Retentionsindices aliphatischer Halogenide, Alkohole, Aldehydeund Ketone // Helv. Chim. Acta. 1958. Vol. 41. №. 7. P. 1915-1932.[3] Lee M.L., Novotny M.V., Bartle K.D. Analytical Chemistry of PolynuclearAromatic Hydrocarbons. New York: Academic Press, 1981.[4]KaliszanR.QuantitativeStructure–ChromatographicRetentionRelationships. New York: John Wiley & Sons, 1987.[5] Rijks J.A. Ph.D. Thesis.
Eindhoven University of Technology. TheNetherlands. 1973.[6] Hayes Jr. P.C., Pitzer E.W. Characterizing petroleum- and shale-derived jetfuel distillates via temperature-programmed kováts indices // J. Chromatogr. A. 1982.Vol. 253. P. 179-198.[7] Johansen N.G., Ettre L.S., Miller R.L. Quantitative Analysis of Hydrocarbonsby Structural Group Type in Gasolines and Distillates : I. Gas Chromatography // J.Chromatogr. A.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
