Применение газовой хроматографии для разделения многих групп веществ ограничивается низкой летучестью. Огромное количество веществ, которые не способны переходить в парообразное состояние без разложения, либо требуют очень высоких температур, не могут быть проанализированы методом газовой хроматографии.
Жидкостная хроматография в ее классическом варианте (при атмосферном давлении) и высокоскоростная, или высокоэффективная, жидкостная хроматография (ВЭЖХ) при повышенном давлении позволяет разделять химические соединения, ионы, вирусы и т.д. в широком диапазоне молекулярных масс – от 50 до 106. Это оптимальный метод анализа смесей химически и термически нестойких веществ, высокомолекулярных соединений с пониженной летучестью, что объясняется особой ролью подвижной фазы: в отличие от газа-носителя, элюент в жидкостной хроматографии выполняет не только транспортную функцию, способствуя перемещению разделяемых веществ по слою сорбента; подвижная фаза, обладая высокой растворяющей способностью, влияет и на селективность разделения. Изменение природы элюента может привести к изменению факторов емкости аналитов в 1000 – 10 000 раз. Практически реализуемый диапазон факторов емкости 1 – 20.
Активное развитие ЖХ начинается с 1960 г. в связи с разработкой новых методов детектирования. Кроме того возможность проведения разделения аналитов в мягких условиях стимулировала ее дальнейшее развитие. Существует большое число видов и вариантов хроматографии. Их различают по: агрегатному состоянию фаз; механизму взаимодействия сорбента и сорбата; по технике выполнения; способу относительного перемещения фаз; способу элюирования сорбированного вещества.
Среди объектов жидкостной хроматографии белки, нуклеиновые кислоты, аминокислоты, красители, полисахариды, лекарственные препараты, взрывчатые вещества, метаболиты растений и животных., неорганические соединения (ионные и комплексные соли металлов).
Основное отличие хроматографического разделения в жидкостной хроматографии по сравнению с газовой связано с различиями в вязкости подвижных фаз, и как следствие – различие в коэффициентах диффузии.
Подготовка подвижной фазы
Дегазация
Перед началом работы подготовленную подвижную фазу необходимо дегазировать – освободить от растворенных пузырьков воздуха, которые нарушают работу детектора, вызывают дрейф нулевой линии, снижают разрешение компонентов.
Дегазацию осуществляют одним из следующих способов: продувкой током гелия, перемешиванием с использованием вакуума водоструйного насоса или ультразвуковым перемешиванием. Дегазация гелием основана на низкой растворимости этого газа в жидкостях. При барботировании через слой растворителя продувочный газ захватывает и уносит из системы растворенный воздух. Этот способ особенно предпочтителен при использовании легко окисляющихся растворителей.
Очистка растворителя.
Растворители должны быть тщательно очищены и освобождены от взвешенных частиц. Простейший способ очистки – пропускание его через мембранный фильтр с размером пор 0,5 мкм под вакуумом.
Следует избегать использования растворителей, кипящих ниже 500 С, поскольку это может вызвать резкие перепады давлений, появление пузырьков.
Требования к чистоте растворителя, в первую очередь, определяются выбранным детектором. Незначительная примесь непредельных углеводородов в алканах практически не сказывается на работе рефрактометрического детектора, но не позволяет использовать УФ-детектор с поглощением на длине волны 260 нм. При этом добавка гептана к гексану не влияет на работу УФ-детектора.
Элюенты, представляющие собой алканы, очищают от непредельных углеводородов, концентрированной серной кислотой с последующим промыванием дистиллированной водой до нейтральной реакции и осушкой. Высушенные растворители затем подвергают перегонке. Алкены можно также удалить колоночной хроматографией на силикагеле, пропитанным раствором нитрата серебра.
Хлорсодержащие элюенты част имеют в качестве примеси HCl. Образующийся при их хранении. Под действием НСl могут подвергаться коррозии металлические детали и разрушаться адсорбенты. Удаляют НСl адсорбционной очисткой на щелочном оксиде алюминия.
При очистке метанола наиболее трудно отделяемой примесью является ацетон, который удаляют обработкой гипойодитом натрия.
При проведении хроматографического анализа в режиме адсорбционной хроматографии необходима тщательная осушка растворителя, т.к. наличие влаги в элюенте заметно изменяет факторы удерживания разделяемых компонентов. При градиентном элюировании требования к чистоте растворителей сильно возрастают, поскольку примеси в элюенте могут концентрироваться на начальном участке колонки и при увеличении полярности подвижной фазы элюироваться, что является причиной появления на хроматограмме ложных пиков.
Выбор метода жидкостной хроматографии
При выборе условий разделения (природы подвижной и неподвижной фаз) необходимо учитывать молекулярную массу разделяемых компонентов, полярность, природу сопутствующих соединений, от которых необходимо отделить исследуемое вещество.
Если молекулярная масса определяемого вещества превышает 2000 у.е., то метод анализа, к которому следует обратиться – эксклюзионная хроматография.
Для разделения ионогенных соединений целесообразно применение ионообменной хроматографии. В остальных случаях решение задачи разделения многокомпонентной смеси возможно либо в нормально-фазовом, либо в обращенно-фазовом режимах.
Нормально-фазовый режиме хорошо зарекомендовал себя в случае разделения соединений с различными функциональными группами; в обращенно-фазовом – хорошо разделяются гомологи.
Если при изократическом элюировании не удается достичь требуемой селективности разделения, используют градиентный режим.
Элюирующая сила подвижной фазы может быть изменена варьированием рН или добавлением ион-парных агентов. Проведением дериватизации (введением в разделяемые компоненты хромофорных или электрофорных групп) изменяют хроматографические характеристики аналитов, уменьшая время анализа и снижая предел их обнаружения.
Выбор подвижной фазы в жидкостной хроматографии является важным фактором. Наиболее существенной ее характеристикой является полярность. В принципе сначала выбирают неподвижную фазу, имеющую полярность, близкую к разделяемым компонентам, а уж затем подбирают элюент так, чтобы значения факторов емкости оказались в интервале от 2 до 5.
Если полярность подвижной фазы близка полярности неподвижной, времена удерживания аналитов будут слишком малы для их полного разделения; если же полярности подвижной и неподвижной фаз различаются существенно, времена удерживания окажутся очень большими, т.е. заметно возрастет общее время анализа.
В жидкостной хроматографии необходимо соблюдение требования растворимости образца в подвижной фазе, что, в свою очередь, определяется балансом гидрофильность/гидрофобность.
Существует два вида элюирования: изократическое и градиентное. При изократическом – состав элюента не меняется. При градиентном элюировании состав элюента меняется по определенной программе. В последнем случае достигается лучшее разделение. Градиентный анализ позволяет осуществить разделение веществ различной полярности более эффективно.