CC BY
10
УДК 543.544:541.49:54.412.2
ВЛИцНИЕ ПРИРОДЫ НЕПОДВИЖНОЙ ФАЗЫ И ГИДРОФОБНОСТИ ЛИГАНДА В ИОН-ПАРНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ ХЕЛАТОВ МЕТАЛЛОВ
Е.М. Басова, О.А. Шпигун, В.М. Иванов
(кафедра аналитической химии)
Изучено удерживание хелатов Си(11), Со(111), N1(11), Ге(Ш), ОДШ), Яи(ГУ) и Р^П) с 4-(2-пиридилазо)резорцином (ПАР) и 4-(2-тиазолилазо)резорцином (ТАР) в методе ион-парной хроматографии на трех неподвижных фазах Силасорбах С2, С8 и С18 при элюировании смесями ацетонитрил - ацетатный буферный раствор, содержащими бромид тетрабутиламмония в качестве ион-парного реагента. Показано, что комплексы более гидрофобного ТАР удерживаются сильнее комплексов ПАР. Удерживание комплексов возрастает, а эффективность разделения ухудшается в ряду С18 < С8 < С2. Гидрофобные взаимодействия усиливаются в ряду С2 < С8 < С18. Вклад остаточных силанольных групп увеличивается в ряду С18 < С8 < С2. Селективность максимальна на Силасорбе С18.
При оптимизации разделений в ион-парной хроматографии (ИПХ) основными параметрами являются рН, концентрация и длина углеводородной цепи иона-модификатора, а также содержание органического растворителя в подвижной фазе [1]. Тип неподвижной фазы относят к дополнительным параметрам и практически не используют для оптимизации разделения. Действительно, поскольку в разделениях очень активно участвуют не только привитая фаза, но и адсорбированные компоненты подвижной фазы, широкий ассортимент сорбентов в большинстве случаев не нужен. Изменением состава подвижной фазы в большинстве случаев легко добиться той же селективности, что и за счет применения новой дорогостоящей привитой фазы. Только в том случае, когда задачу не удается решить варьированием состава подвижной фазы, следует рекомендовать смену неподвижной фазы.
Влияние неподвижной фазы на разделение в обра-щенно-фазовой ВЭЖХ очень велико [2]. Например, сорбенты, содержащие привитые группы октадецилси-лана на силикагеле разных фирм, могут дать для одной и той же модельной смеси отличающиеся друг от друга хроматограммы (вплоть до обращения порядка элюирования). Кроме того, даже фирмам-изготовителям чрезвычайно трудно приготовить воспроизводимый от партии к партии сорбент.
В настоящее время в обращенно-фазовой ВЭЖХ вообще и в ИПХ хелатов металлов в частности наиболее часто используют привитой октадецилсилан [3]. По применению силикагелей с привитой С8-, нит-рильной фазой, а также полимерных сорбентов имеются единичные публикации [3].
В данной работе изучено удерживание хелатов металлов с 4-(2-пиридилазо)резорцином (ПАР) и 4-(2-тиазолилазо)резорцином (ТАР), различающихся гид-рофобностью, на четырех привитых алкильных фазах
на основе силикагеля одной фирмы (Лахема, Чехия): Силасорбе С2, Силасорбе С8, Силасорбе С18 и Сепа-роне С18 с целью выяснения влияния природы неподвижной фазы на основные хроматографические характеристики.
Экспериментальная часть
Растворы комплексов хелатов металлов с ПАР и ТАР получали в среде 50%-го диметилсульфоксида по методикам [4. 5] . Разделение проводили на хроматографе «Милихром-1» на колонках из нержавеющей стали размером (64x2 мм). Длина волны детектора 254 нм. В качестве подвижных фаз использовали водно-ацетонитрильные растворы. В качестве ион-парного реагента применяли бромид тетрабутил-аммония (ТБАБ) «ч».
Результаты и обсуждение
Исследуемые сорбенты различаются природой и концентрацией привитых алкильных групп, обеспечивающих гидрофобно-дисперсионные взаимодействия. Степень экранирования непрореагировавших сила-нольных групп также может быть различной. В литературе предложен ряд тестов для оценки наиболее важных свойств обращенно-фазных сорбентов [6]. Результаты приведены в табл.1. Для характеристики абсолютной удерживающей способности рекомендовано использовать коэффициент емкости бензола или нафталина. Гидрофобные взаимодействия должны увеличиваться в ряду
Силасорб С2 < Силасорб С8 < Силасорб С18 < Сепарон С18.
Способность сорбентов к силанофильному удерживанию можно оценить по удерживанию нафталина и нафтола. На всех колонках первым элюируется 2-на-фтол, затем нафталин, что свидетельствует о незначи-
Т а б л и ц а 1
Объемы удерживания (¥п, мкл) модельных сорбатов на использованных сорбентах
Сорбат Подвижная фаза Силасорб С2 (5 мкм) Силасорб С8 (7.5 мкм) Силасорб С18 (4.8 мкм) Силасорб С18 (5 мкм)
Бензол (50:50) Ацетонитрил - 0.1 М фосфатный буферный раствор (рН 2.5) - - 411 501
2-Нафтол (75:25) Ацетонитрил - вода 194 207 174 236
Нафталин (75:25) Ацетонитрил - вода 218 267 278 305
Бензол н-Гептан 159 160 139 150
Нитробензол н-Гептан 263 213 188 340
Рис. 1. Хроматограммы хелата N1(11) с ПАР на: а - Силасорбе С2, 6 -Силасорбе С8, в - Силасорбе С18. Подвижная фаза (30:70) ацето-нитрил - ацетатный буферный раствор (рН 5.2, 5 • 10 М ТБАБ; расход подвижной фазы 100 мкл/мин; 1=254 нм; колонка 64X2 мм)
тельном вкладе в удерживание остаточных силанольных групп. Удерживание 2-нафтола увеличивается в ряду
Силасорб С18 < Силасорб С2 < Силасорб С8 < Сепарон С 18.
Однако эти данные включают удерживание по двум механизмам: с алкильными радикалами и остаточными силанольными группами.
Для выделения вклада в удерживание остаточных силанольных групп изучено удерживание бензола и нитробензола с неполярным элюентом - н-гептаном [7]. В этих условиях основным типом взаимодействий сор-бат-сорбент, особенно для полярного нитробензола, будет образование водородных связей с остаточными силанольными группами. Действительно, как видно из табл. 1, нитробензол удерживается значительно сильнее бензола, который элюируется в объеме, близком к мертвому объему колонки (121 мкл) на всех колонках. Участие силанольных групп в удерживании возрастает в ряду
Силасорб С18 < Силасорб С8 < Силасорб С2 < Сепарон С 18.
Ранее нами выбраны оптимальные условия разделения смеси тиазолилазорезорцинатов металлов на Сепа-роне С18 [5]. В этих условиях изучено удерживание хе-латов металлов с ПАР и ТАР на остальных неподвижных фазах (табл. 2). Реагенты различаются лишь
природой гетероцикла диазосоставляющей, состав и стехиометрия комплексов одинаковы. Видно, что на всех неподвижных фазах хелаты с ТАР удерживаются сильнее хелатов с ПАР, что согласуется с данными по гидрофобности лигандов: ТАР более гидрофо-бен и растворим только в органических растворителях в отличие от водорастворимого ПАР. Хелаты Бе(Ш) с ТАР разрушаются во время хроматографи-рования: на хроматограмме проявляется лишь высокий пик реагента. Это находится в соответствии с уменьшением устойчивости комплексов при замене пиридинового кольца на тиазольное [8]. Комплекс N1(11) с ТАР в отличие от комплекса с ПАР сильно удерживается на колонке и не элюируется при пропускании ~1500 мкл подвижной фазы. На сильное удерживание комплекса, а не его разрушение, как в случае хелата Бе(Ш), указывает тот факт, что пик реагента на хроматограмме значительно ниже пика на хроматограмме контрольного опыта. Кроме того, проведение хроматографирования на пластинках «ЯР-18Б254» показало, что пятно хелата N1(11) с ТАР остается на стартовой линии, а пятно хелата N1(11) с ПАР движется. Возможно. образуются комплексы разного состава с этими реагентами.
Рис. 2. Хроматограммы смесей хелатов металлов с ПАР при элюировании подвижной фазой (25:75) ацетонитрил - ацетатный буферный раствор (рН 5.2, 510 2 М ТБАБ; колонка 64X2 мм; неподвижная фаза Силасорб С18; 1=254 нм; расход подвижной фазы, мкл/ мин: а - 50, : 6 - 100
Т а б л и ц а 2
Зависимость объемов удерживания (мкл) хелатов металлов с ПАР и ТАР от природы неподвижной фазы. Подвижная фаза (30:70) ацетонитрил - ацетатный буферный раствор (рН 5.2; 510-2 М ТБАБ)
Неподвижная фаза Лиганд Cu(II) Ni(II) Co(II) Fe(In) Rh(III) Ru(III) Pd(II)
ПАР (666) 228 410 498 404 507 484 416
Силасорб С2 ТАР (803) 263 * 697 ** 810 538 ***
ПАР (776) 230 312 304 354 320 455 350
Силасорб Се ТАР (1170) 245 * 503 ** 525 520 ***
ПАР (535) 186 301 237 279 225 356 282
Силасорб С18 ТАР (745) 198 * 342 ** 380 450 ***
Сепарон С18 [5] ТАР (1460) 356 * 865 ** 958 773 ***
Примечания. * - Сильно удерживается на колонке, **- разрушается во время хроматографирования, ***- выпадает в осадок при получении.
Удерживание хелатов металлов с ПАР увеличивается в ряду
Силасорб С18 < Силасорб С8 < Силасорб С2,
а хелатов металлов с ТАР увеличивается в ряду
Силасорб С18 < Силасорб С8 < Силасорб С2 < Сепарон С18,
который совпадает с рядом сродства к силанофиль-ному удерживанию. Исключение составляют сами реагенты, удерживание которых возрастает в ряду
Силасорб С18 < Силасорб С2 < Силасорб С8 < Сепарон С18 (в случае ТАР),
который совпадает с рядом удерживания 2-нафтола (табл. 1).
Т а б л и ц а 3
Число теоретических тарелок по пикам хелатов для различных колонок размером 64x2 мм
Сорбент ПАР Fe Co Ni
Силасорб С2 144 114 178 114
Силасорб Се 567 484 324 484
Силасорб С18 615 - - 576
Рис. 3. Хромато грамма смеси хелатов металлов с ПАР при элюи-ровании (30:70) ацетонитрил - ацетатный буферный раствор (рН 5.2, 5-10 М ТБАБ; колонка 64X2 мм; неподвижная фаза Силасорб С8 (7.5 мкм); 1=254 нм; расход подвижной фазы 100 мкл/мин)
Т а б л и ц а 4
Хроматографические параметры смесей пиридилазорезорци-натов металлов
Хроматографическая система Хелат или k' a Rs
реагент
Cu 0.74 2.12 1.22
Co 1.56 1.61 1.37
Fe 2.51 2.51 -
Силасорб С18- (25:75) ПАР 6.31 - -
ацетонитрил - ацетатный Cu 0.71 2.17 1.00
буферный раствор (рН 5.2;
5-10-2 M ТБАБ) Rh 1.55 1.71 1.33
Fe 2.63 1.39 1.14
Ru 3.65 1.71 2.20
ПАР 6.23 - -
Cu 1.10 1.85 1.50
Rh 2.03 1.42 2.00
Ru 2.88 1.91 1.67
Силасорб С8- (30:70) ПАР 5.50
ацетонитрил - ацетатный
буферный раствор (рН 5.2; Cu 0.93 2.23 4.00
5-10-2 M ТБАБ)
Fe 2.08 1.24 1.64
Ru 2.69 2.00 4.20
ПАР 5.36 - -
Cu 0.57 2.44 2.00
Ni 1.39 1.27 1.08
Ru 1.77 1.96 2.82
Силасорб Cis (30:70) ПАР 3.47 - -
ацетонитрил - ацетатный Cu 0.57 1.59 0.43
буферный раствор (рН 5.2;
5-10-2 M ТБАБ) Ni 0.91 1.63 1.25
Rh 1.48 1.25 0.47
Ru 1.84 1.84 2.38
ПАР 3.38 - -
Размывание пиков на хроматограммах при переходе от Силасорба С18 к Силасорбу С8 и особенно Си-ласорбу С2 (рис.1) свидетельствует об увеличении вклада остаточных силанольных групп в удерживание. Эффективность колонок уменьшается в отмеченном ряду (табл. 3).
Как видно из табл 2, селективность разделения (последовательность элюирования) различна на разных сорбентах, особенно для хелатов ПАР. Наибольшая селективность разделения хелатов ПАР достигнута на колонке с Силасорбом С18, на которой удалось разделить четыре комплекса (рис. 2), а для хелатов ТАР -на Сепароне С18 [5]. На колонке с Силасорбом С8 разделены трехкомпонентные смеси хелатов (рис. 3).
Хроматографические параметры смесей хелатов металлов приведены в табл. 4. Поступила в редакцию 04.07.97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Схунмакерс П. Оптимизация селективности в хроматографии. М., 1989. С. 30.
2. Стыскин Е.Л., Ициксон Л.Б., Брауде Е.В. Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография. М., 1986.
3. Алимарин И.П., Басова Е.М., Большова Т.А., Иванов В.М. // ЖАХ. 1990. 45. С. 1478.
4. Иванов В.М. Гетероциклические азотсодержащие азосоедине-ния. М., 1982.
5. Басова Е.М., Большова Т.А., Шаповалова Е.Н., Иванов В.М. // ЖАХ. 1990. 45. С. 1947.
6. Шатц В.Д., Сахартова О.Д. Высокоэффективная жидкостная хроматография. Рига, 1988.
7. Иванов В.М. // Успехи химии. 1976. 45. С. 456.
