03.07.2013 Views

CAPITOLUL 11 Separarea prin cromatografie de lichide (LC)

CAPITOLUL 11 Separarea prin cromatografie de lichide (LC)

CAPITOLUL 11 Separarea prin cromatografie de lichide (LC)

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

<strong>11</strong>.1. Istoric<br />

<strong>CAPITOLUL</strong> <strong>11</strong><br />

<strong>Separarea</strong> <strong>prin</strong> <strong>cromatografie</strong> <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> (<strong>LC</strong>)<br />

Începutul <strong>cromatografie</strong>i <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> este atribuit lui Ţwet (1903), care a reuşit<br />

pentru prima dată separarea unor compuşi naturali coloraţi pe o coloană umplută cu<br />

carbonat <strong>de</strong> calciu, utilizând o fază mobilă alcătuită din solvenţi organici. Dezvoltarea<br />

<strong>cromatografie</strong>i <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> ca tehnică analitică are loc ceva mai târziu şi este legată <strong>de</strong><br />

necesitatea crescândă <strong>de</strong> separare a compuşilor organici din matrici complexe.<br />

In iunie 1941, Societatea Britanică <strong>de</strong> Biochimie, îşi ţinea cea <strong>de</strong>-a 214-a şedinţă<br />

<strong>de</strong> comunicări, la Institutul Naţional <strong>de</strong> Cercetări Medicale. La această întâlnire Martin şi<br />

Synge, doi tineri chimişti (Martin avea 31 <strong>de</strong> ani; Synge – 26), au prezentat o lucrare<br />

<strong>de</strong>spre separarea şi <strong>de</strong>terminarea amino-acizilor N-acilaţi din probe <strong>de</strong> lână, <strong>prin</strong>tr-o nouă<br />

metodă analitică. Aceştia au separat acetil-prolina <strong>de</strong> acetil-leucina, utilizând o coloană<br />

umplută cu silicagel impregnat cu apă (un material foarte polar) şi cloroform ca fază<br />

mobilă. Lua naştere astfel „cromatografia <strong>de</strong> partiţie”, recunoscută apoi ca separare <strong>prin</strong><br />

<strong>cromatografie</strong> <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> în fază normală. [106,107] Exact 10 ani mai târziu, Martin şi un alt<br />

tânăr cercetător (A.James – 29 ani) trimiteau spre publicare o lucrare <strong>de</strong>scriind un proces<br />

cromatografic în care faza mobilă este un gaz. [108,109] Se puneau bazele „<strong>cromatografie</strong>i<br />

<strong>de</strong> partiţie gaz-lichid”. In anul 1948 Martin şi grupul său <strong>de</strong> cercetare încep cercetări la<br />

Institutul Naţional din Londra cu privire la problema separării cromatografice a acizilor<br />

graşi, cu catenă hidrocarbonată mare. Aplicarea separării cromatografice în fază normală<br />

nu a dat rezultatele dorite, <strong>de</strong>oarece coeficienţii <strong>de</strong> partiţie ai acestor compuşi erau<br />

aproape total în favoarea fazei mobile. Deci retenţia şi astfel separarea lor pe o coloană<br />

polară nu avea loc. I<strong>de</strong>ea <strong>de</strong> a schimba rolurile celor două faze a venit imediat. Astfel au<br />

realizat prima fază staţionară nepolară <strong>prin</strong> tratarea kiselgurului cu Si(CH3)2Cl2, care<br />

<strong>de</strong>vine total nea<strong>de</strong>rent <strong>de</strong> către solvenţi polari şi hidrofili. In anul următor au realizat<br />

pentru prima dată separarea acidului lauric (C12) <strong>de</strong> acidul stearic (C18). Mai târziu,<br />

tehnica bazată pe acest <strong>prin</strong>cipiu avea să fie cunoscută ca separare <strong>prin</strong> <strong>cromatografie</strong><br />

<strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> în fază inversă, <strong>de</strong>şi până în 1970 chiar şi IUPAC consi<strong>de</strong>ra această tehnică<br />

analitică doar <strong>de</strong> interes istoric. Prin realizarea fazelor staţionare chimic legate această<br />

tehnică ia o mare <strong>de</strong>zvoltare, în prezent fiind cea mai importantă tehnică analitică <strong>de</strong><br />

separare. [<strong>11</strong>0] Contribuţiile esenţiale ale lui Martin şi Synge la <strong>de</strong>zvoltarea <strong>cromatografie</strong>i<br />

au fost răsplătite în anul 1952 <strong>prin</strong> acordarea Premiului Nobel în Chimie.<br />

Prima fază staţionară sintetizată este atribuită autorilor Halasz şi Sebastian<br />

(1969), care au refluxat silicagelul cu 1-octanol, obţinând eterul având la bază o structură<br />

<strong>de</strong>stul <strong>de</strong> instabilă în prezenţa apei, caraterizată <strong>de</strong> legăturile Si-O-C:<br />

Si OH + HO-(CH2 ) 7CH3 Si O (CH ) CH + HOH<br />

2 7 3<br />

In 1970 Kirkland şi DeStefano au ataşat lanţuri hidrocarbonate la structura silicagelului<br />

<strong>prin</strong> utilizarea reactivilor <strong>de</strong> <strong>de</strong>rivatizare <strong>de</strong> tip silanic, obţinând structuri mult mai stabile<br />

179


pe bază <strong>de</strong> legături Si-O-Si, ca în exemplul următor:<br />

CH 3<br />

Si OH + Cl Si (CH2 ) 7CH3 CH 3<br />

180<br />

CH 3<br />

Si O Si (CH ) CH 2 7 3 + HCl<br />

Horvath, Knox, Soczewinski, Sny<strong>de</strong>r, Scott, Kirkland, Guiochon sunt doar câteva<br />

nume mari <strong>de</strong> oameni <strong>de</strong> ştiinţă care au adus contribuţii fundamentale, teoretice sau<br />

experimentale, la <strong>de</strong>zvoltarea <strong>cromatografie</strong>i <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> ca tehnică analitică <strong>de</strong> mare<br />

performanţă.<br />

CH 3<br />

<strong>11</strong>.2. Clasificarea separărilor <strong>prin</strong> cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong><br />

Retenţia în cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> este un proces complex, care implică<br />

interacţii ale speciilor din proba injectată atât cu faza mobilă, cât şi cu faza staţionară.<br />

Cunoaşterea mecanismului după care se <strong>de</strong>sfăşoară procesul <strong>de</strong> retenţie are ca prim<br />

avantaj pentru analist posibilitatea predicţiei acestuia şi mai ales alegerea acelor condiţii<br />

experimentale pentru atingerea unor selectivităţi maxime între analiţi. Cea mai importantă<br />

clasificare a separărilor <strong>LC</strong> este bazată pe mecanismul care stă la baza separării, care la<br />

rândul său <strong>de</strong>pin<strong>de</strong> <strong>de</strong> natura celor faze (staţionară şi mobilă) participante în procesul <strong>de</strong><br />

separare cromatografică. Cele mai importante clase <strong>de</strong> separări <strong>LC</strong> sunt următoarele:<br />

A) Cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> în fază normală (NP-<strong>LC</strong> – „ normal-phase liquid<br />

chromatography”) în care faza staţionară este polară, iar faza mobilă este alcătuită dintrun<br />

solvent nepolar cu un conţinut mic <strong>de</strong> modificator polar.<br />

B) Cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> în fază inversă (RP-<strong>LC</strong> – „reversed-phase liquid<br />

chromatography”) în care faza staţionară este nepolară şi hidrofobă, iar faza mobilă este<br />

alcătuită dintr-un solvent polară.<br />

C) Cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> <strong>prin</strong> mecanism <strong>de</strong> schimb ionic (IC – „ion<br />

chromatography”), în care faza staţionară este un schimbător <strong>de</strong> ioni, iar faza mobilă este<br />

apoasă cu un pH controlat.<br />

D) Cromatografie <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> <strong>prin</strong> mecanism <strong>de</strong> exclu<strong>de</strong>re (sau <strong>cromatografie</strong> pe<br />

gel), în care faza staţionară este un gel cu porozitate controlată, iar componenţii probei<br />

sunt separaţi în funcţie <strong>de</strong> forma şi dimensiunea moleculară.<br />

E) Cromatografie <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> bazată pe interacţia diferită a compuşilor asimetrici<br />

cu anumite structuri din faza staţionară (numite selectori <strong>de</strong> chiralitate).<br />

Cele mai importante separări cromatografice se efectuează în prezent pe o<br />

coloană cromatografică, confecţionată dintr-un metal. In interiorul coloanei se găseşte<br />

faza staţionară, fixată la capete între două frite. Diametrul şi lungimea sunt parametri<br />

constructivi, funcţie <strong>de</strong> care coloanele se împart în mai multe clase, <strong>de</strong>scrise în tabelul<br />

următor.<br />

Cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> planară este o tehnică cu aplicaţii din ce în ce mai puţin<br />

utilizate în practică analitică. Cromatografia pe hârtie sau cromatografia în strat subţire în<br />

diverse variante (ascen<strong>de</strong>ntă sau <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>ntă) pot <strong>de</strong>curge <strong>prin</strong> unul din mecanismele<br />

<strong>de</strong> mai sus, iar vizualizarea compuşilor separaţi sub forma <strong>de</strong> spoturi se poate face<br />

utilizând proprietatea <strong>de</strong> absorbţie sau <strong>de</strong> fluorescenţă a analiţilor separaţi, cu sau fără<br />

reactiv <strong>de</strong> <strong>de</strong>rivatizare (aşa-numita <strong>de</strong>velopare). Există şi posibilitatea ca spoturile<br />

rezultate să fie izolate şi apoi <strong>prin</strong>tr-o procedură <strong>de</strong> extracţie cu un solvent a<strong>de</strong>cvat,<br />

analitul conţinut să fie <strong>de</strong>terminat <strong>prin</strong>tr-o tehnică spectrometrică.


Tabel <strong>11</strong>.1. Clasificarea coloanelor în <strong>LC</strong> în funcţie <strong>de</strong> dimensiuni. [<strong>11</strong>1]<br />

Descriere i.d. (mm) d.p. (μm) Debit optim fază mobilă<br />

Coloane <strong>de</strong>schise < 0,025 - < 25 nL/min<br />

Coloane nanobore 0,025 – 0,1 - 25-4000 nL/min<br />

Coloane capilare 0,1 - 1 - 0,4 – 200 μL/min<br />

Coloane microbore 1 - 2 3 - 5 0,05 – 1 mL/min<br />

Coloane narrow-bore 2 - 4 3 - 5 0,3 – 3 mL/min<br />

Coloane normal-bore 4 - 5 3 - 7 1 – 10 mL/min<br />

Coloane semi-preparative 5 - 10 5 - 12 5 – 40 mL/min<br />

Coloane preparative > 10 5 - 20 > 20 mL/min<br />

<strong>11</strong>.3. Faze mobile în cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong><br />

Faza mobilă (nepolară) în cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> în fază normală (NP-<strong>LC</strong>) este<br />

alcătuită din două componente <strong>prin</strong>cipale:<br />

a) solventul nepolar, care poate fi unul dintre solvenţii: pentan, hexan, ciclohexan;<br />

b) modificator polar (într-un procent foarte mic): tetrahidrofuran, 2-propanol, acetonitril,<br />

eteri, esteri, cloroform, etc.<br />

Aceştia pot fi clasificaţi în solvenţi slabi (cu putere elutropică mică) şi solvenţi tari<br />

(putere elutropică mare, după cum se poate observa din tabelul <strong>11</strong>.2).<br />

Faza mobilă (polară) în RP-<strong>LC</strong> este în general alcătuită din două componente<br />

<strong>prin</strong>cipale: componenta apoasă şi componenta organică. Parametrii fazei mobile care<br />

influenţează retenţia în RP-<strong>LC</strong> sunt următorii:<br />

• Natura modificatorului organic (acetonitril, metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol,<br />

tetrahidrofuran, dioxan, etc); puterea elutropică a modificatorului organic este o măsură a<br />

capacităţii sale <strong>de</strong> a micşora factorul <strong>de</strong> capacitate (timpul <strong>de</strong> retenţie) al analiţilor: cu cât<br />

puterea elutropică este mai mare, cu atât timpul <strong>de</strong> retenţie va fi mai mic.<br />

• Conţinutul modificatorului organic (% în volume): <strong>de</strong> regulă, cu cât concentraţia<br />

modificatorului organic este mai mare, cu atât timpul <strong>de</strong> retenţie al analiţilor este mai mic<br />

(<strong>prin</strong> creşterea solubilităţii analiţilor în faza mobilă);<br />

• pH-ul şi componentei apoase din faza mobilă influenţează retenţia analiţilor cu<br />

proprietăţi acido-bazice;<br />

• Natura acidului (acizi formic, acetic, trifluoracetic, tricloracetic) sau a tamponului utilizat<br />

în componenta apoasă (se pot utiliza soluţii tampon pe bază <strong>de</strong> fosfat, borat, acetat, etc,<br />

cu amoniac, trietilamina, dar cu pH-ul cu<strong>prin</strong>s între 2 şi 8);<br />

• Tăria ionică a componentei apoase (care <strong>de</strong>pin<strong>de</strong> <strong>de</strong> concentraţia unor săruri adăugate,<br />

sau <strong>de</strong> concentraţia soluţiei tampon);<br />

• Natura şi concentraţia agenţilor <strong>de</strong> formare <strong>de</strong> perechi ionice (R4N + - -<br />

; R-SO3 ; R-O-SO3 ,<br />

etc).<br />

Solvenţii folosiţi în <strong>LC</strong> trebuie să fie filtraţi (pentru a nu conţine particule în<br />

suspensie), <strong>de</strong>gazaţi şi <strong>de</strong> puritate cromatografică. Folosirea unor solvenţi cu particule<br />

soli<strong>de</strong> în suspensie conduce la colmatarea coloanei cromatografice şi a sistemului<br />

cromatografic. Prezenţa unor gaze (N2 sau O2) dizolvate în faza mobilă poate influenţa<br />

181


<strong>de</strong>tecţia, <strong>de</strong>oarece după ieşirea din coloana cromatografică fluxul mobil are o presiune<br />

mai mică <strong>de</strong>cât în coloană şi astfel se pot forma bule gazoase care pot perturba în<br />

procesul <strong>de</strong> <strong>de</strong>tecţie.<br />

<strong>11</strong>.4. Faze staţionare în cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong><br />

Fază normală<br />

Cea mai importantă fază staţionară în cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> în fază normală<br />

este silicagelul (SiO2). Acesta este consi<strong>de</strong>rat un adsorbant foarte polar, datorită<br />

grupărilor silanol reziduale din matricea sa. De asemenea, Al2O3, ZrO2, sau TiO2 sunt<br />

menţionate <strong>de</strong>s ca faze staţionare polare în NP-<strong>LC</strong>. Fazele staţionare polare legate sunt<br />

<strong>de</strong>rivate din silicagel; acestea conţin grupări funcţionale polare X, precum hidroxil, nitro,<br />

cian, sau amino, legate <strong>prin</strong>tr-un lanţ hidrocarbonat scurt R:<br />

Dintre acestea, aminopropil-silicagelul sau dihidroxipropil-silicagelul sunt cele mai<br />

utilizate faze staţionare legate în separările <strong>LC</strong> <strong>prin</strong> acest mecanism.<br />

Utilizând tehnica <strong>de</strong>rivatizării amino-silicagelului cu acidul do<strong>de</strong>camolibdofosforic<br />

s-au realizat noi faze staţionare polare, utilizate în separarea compuşilor aromatici.<br />

Retenţia puternică a compuşilor aromatici pe astfel <strong>de</strong> faze staţionare polare se explică<br />

<strong>prin</strong> interacţia puternică a orbitalilor π din nucleele aromatice cu orbitalii d ai Mo. [<strong>11</strong>2]<br />

Fază inversă<br />

Si O Si<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

CH 2 CH 2 CH 2<br />

Aminopropil-silicagel<br />

Si OH<br />

O<br />

Si<br />

O<br />

Si<br />

O<br />

Si<br />

CH 3<br />

Si O Si<br />

O<br />

O<br />

CH 3<br />

NH 2<br />

In cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> în fază inversă (RP-<strong>LC</strong>) fazele staţionare sunt<br />

hidrofobe. Acestea se pot obţine <strong>prin</strong> modificarea chimică a silicagelului (sau chiar<br />

182<br />

R X<br />

+<br />

(CH2 ) 3-NH3 +<br />

(CH2 ) 3-NH3 +<br />

O (CH2 ) 3-NH3 Si O<br />

CH 3<br />

Si CH 2 CH CH 2<br />

CH 3<br />

OH OH<br />

Dihidroxipropil-silicagel<br />

3-<br />

PMo12O40


aluminei) sau pot fi <strong>de</strong> natură polimerică. De aceea, aceste faze staţionare se mai<br />

numesc şi faze chimic legate („bon<strong>de</strong>d phases”). Principiul <strong>de</strong> sinteză a fazelor chimic<br />

legate se bazează pe reacţia grupărilor silanol reziduale din matricea silicagelului tratat<br />

termic cu un agent <strong>de</strong> silanizare. In figura următoare, <strong>prin</strong> reacţia <strong>de</strong> <strong>de</strong>rivatizare, în una<br />

din cele două modalităţi menţionate, s-a introdus radicalul hidrocarbonat octa<strong>de</strong>cil legat<br />

<strong>de</strong> matricea silicagelului. [<strong>11</strong>3,<strong>11</strong>4]<br />

In funcţie <strong>de</strong> natura radicalului R grefat <strong>prin</strong> intermediul reactivului <strong>de</strong> <strong>de</strong>rivatizare<br />

<strong>de</strong> tip silanic se disting următoarele faze staţionare (redate în ordinea <strong>de</strong>screscătoare a<br />

hidrofobicităţii lor):<br />

• -C18H37 (octa<strong>de</strong>cil-silicagel, sau C18);<br />

• -C8H17 (octil-, sau C8);<br />

• C6, C4, C2<br />

• -C6H5 (fenil-);<br />

• -C6H4-NO2 (nitrofenil);<br />

• -(CH2)3-CN(cianopropil).<br />

CH 3<br />

Si OH + X Si (CH 2 ) 17 CH 3<br />

Si OH<br />

O<br />

Si OH<br />

O<br />

Si OH<br />

Silicagel<br />

pKa = 5-7<br />

Densitate:<br />

8 ± 1 μmol/m 2<br />

CH 3<br />

X O<br />

+ X Si (CH 2 ) 17 CH 3<br />

X<br />

183<br />

CH 3<br />

Si O Si (CH2 ) 17CH3 Si<br />

Si<br />

O<br />

Si<br />

O<br />

O<br />

O<br />

Si<br />

O<br />

Si<br />

O Si<br />

CH 3<br />

Si<br />

(CH 2 ) 17 CH 3<br />

(CH 2 ) 17 CH 3<br />

(CH 2 ) 17 CH 3<br />

(CH 2 ) 17 CH 3<br />

Densitate:<br />

4,5 μmol/m 2<br />

Fig. <strong>11</strong>.1. Modalităţi <strong>de</strong> obţinere a fazelor staţionare chimic modificate din silicagel,<br />

utilizând reactivi <strong>de</strong> <strong>de</strong>rivatizare mono-funcţionali sau tri-funcţionali, şi unele caracteristici<br />

ale suprafeţei silicagelului înainte şi după <strong>de</strong>rivatizare.<br />

Cu toate acestea, în materialul rezultat după reacţia <strong>de</strong> silanizare o parte<br />

însemnată a grupărilor silanol rămân intacte. Prezenţa acestora în compoziţia fazei<br />

staţionare poate influenţa mecanismul <strong>de</strong> separare, datorită interacţiunilor dipol-dipol sau


<strong>prin</strong> legături <strong>de</strong> hidrogen cu grupări similare din moleculele <strong>de</strong> analit. Derivatizarea<br />

completă a acestora conduce la faze staţionare complet inertizate (cunoscute în literatura<br />

<strong>de</strong> specialitate ca faze staţionare <strong>de</strong> tip „end-capped”) şi se poate efectua <strong>prin</strong> utilizare<br />

unui reactiv <strong>de</strong> <strong>de</strong>rivatizare trifuncţional, plus aplicarea în final a unei silanizări cu<br />

trimetilclorsilan, care datorită volumului său mai mic poate accesa restul <strong>de</strong> grupări<br />

silanol, ecranate steric <strong>de</strong> grupările chimic legate <strong>de</strong>ja introduse anterior.<br />

Fazele staţionare chimic modificate <strong>de</strong> tip monolitic, conţinând radicali<br />

hidrocarbonaţi R, se obţin <strong>prin</strong> procese sol-gel. Aceste materiale au un aspect ceramic,<br />

caracterizate <strong>de</strong> o porozitate înaltă, iar radicalii R sunt orientaţi în afara matricei soli<strong>de</strong>.<br />

Prepararea unor astfel <strong>de</strong> materiale <strong>de</strong> tip ceramic porneşte <strong>de</strong> la reactivul <strong>de</strong> bază<br />

tetrametoxisilan, care <strong>prin</strong> hidroliză acidă (în prezenţă <strong>de</strong> HCl) formează compuşi<br />

intermediari cu legături Si-OH, datorată reacţiei: [<strong>11</strong>5]<br />

Si(OCH3)4 + n HOH → Si(OCH3)4-n(OH)n + n CH3OH<br />

In continuare au loc reacţii <strong>de</strong> con<strong>de</strong>nsare ce conduc la formarea <strong>de</strong> legături siloxanice,<br />

iar structura <strong>de</strong>vine tridimensională:<br />

Si OH + HO<br />

Si<br />

Si O Si + HOH<br />

Si OCH HO<br />

Si<br />

3 + Si O Si + CH3OH Dacă alături <strong>de</strong> tetrametoxisilan se adaugă într-un raport molar ales trimetoxialchilsilan;<br />

structura tridimensională rezultată va conţine radicali hidrocarbonaţi R legaţi <strong>de</strong> atomul <strong>de</strong><br />

siliciu. Ecuaţia reacţiei poate fi scrisă în mod simplificat astfel:<br />

OCH 3<br />

R<br />

O R<br />

HOH<br />

x CH3O Si OCH3 + y CH3O Si OCH ( Si O)<br />

( Si O<br />

3<br />

)<br />

x y<br />

O O<br />

OCH 3<br />

OCH 3<br />

La încălzire, molecule <strong>de</strong> apă şi metanol sunt eliminate din porii materialului format.<br />

Acesta poate lua forma unei bare care apoi se introduce în coloana cromatografică.<br />

Fazele staţionare modificate din silicagel au o mare aplicabilitate în cromatografia<br />

<strong>de</strong> lichi<strong>de</strong>, dar prezintă şi unele inconveniente. Două dintre inconvenientele cele mai<br />

serioase ale acestor faze staţionare sunt:<br />

- domeniul <strong>de</strong> pH al componentei apoase utilizate este relativ restrâns (2-8); la pH-uri sub<br />

2 are loc hidroliza grupărilor –O-Si(CH3)2-R, iar la pH-uri mai mari <strong>de</strong> 8 are loc dizolvarea<br />

silicagelului;<br />

- acestea nu pot fi utilizate în separări cromatografice pentru concentraţii ale componentei<br />

apoase în faza mobilă apropiate <strong>de</strong> 100%. In acest caz lanţurile hidrocarbonate legate <strong>de</strong><br />

structura silicagelului colapsează, ele neputând a reveni la conformaţia iniţială după<br />

utilizarea <strong>de</strong> faze mobile total sau aproape total apoase (mai mari <strong>de</strong> 98%).<br />

Colapsarea lanţurilor hidrocarbonate este similară formării micelelor, lanţurile<br />

hidrocarbonate având tendinţa <strong>de</strong> a micşora suprafaţa <strong>de</strong> contact cu mediul apos. In Fig.<br />

<strong>11</strong>.2 sunt redate tendinţele unei suprafeţe <strong>de</strong> silicagel chimic modificat cu lanţuri<br />

184<br />

+ (4x + 3y) CH 3 OH


hidrocarbonate, în prezenţa unei faze mobile conţinând un procent semnificativ <strong>de</strong><br />

modificator organic, comparativ cu o fază mobilă cu un conţinut apropiat <strong>de</strong> 100% apă.<br />

CH 3<br />

O Si<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

O Si<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

O Si<br />

CH 3<br />

Fig. <strong>11</strong>.2. Conformaţii ale lanţurilor C18 în prezenţa unui mediu apă + modificator (solvent) organic<br />

(partea stângă) şi în prezenţa unui mediu total apos (partea dreaptă).<br />

Acest ultim inconvenient s-a putut rezolva <strong>prin</strong> realizarea <strong>de</strong> faze staţionare<br />

chimic modificate, conţinând grupări polare intercalate între lanţul hidrocarbonat şi atomul<br />

<strong>de</strong> siliciu. O astfel <strong>de</strong> structură este mai flexibilă la faze mobile total sau aproape total<br />

apoase. Sinteza lor presupune două etape, una <strong>de</strong> introducere a grupării polare, urmată<br />

<strong>de</strong> introducerea radicalului hidrofob R. Două dintre posibilităţile aplicate în obţinerea<br />

fazelor staţionare chimic legate cu grupări polare intercalate sunt prezentate în<br />

continuare. Calea <strong>de</strong> sinteză a fazelor staţionare legate, cu grupare polară intercalată <strong>de</strong><br />

tip amidică este următoarea: [<strong>11</strong>6]<br />

OH<br />

OH<br />

OH<br />

OH<br />

(silicagel)<br />

Mediu polar (solvent organic / apă) Mediu foarte polar (100% apă)<br />

Lanţuri hidrocarbonate <strong>de</strong> tip C18<br />

+ CH 3 CH 2 O Si<br />

O<br />

OH<br />

O<br />

OH<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

Si<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

Si<br />

CH 3<br />

NH 2<br />

Grupa amidica<br />

NH CO R<br />

NH CO R<br />

Fig. <strong>11</strong>.3. Proce<strong>de</strong>u <strong>de</strong> <strong>de</strong>rivatizare a silicagelului pentru obţinerea fazelor staţionare chimic legate<br />

cu grupare polară amidică intercalată.<br />

185<br />

O<br />

OH<br />

O<br />

OH<br />

CH 3<br />

Si<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

Si<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

O Si<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

O Si<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

O Si<br />

CH 3<br />

+ R C<br />

NH 2<br />

NH 2<br />

O<br />

Cl


Calea <strong>de</strong> sinteză a fazelor staţionare legate, cu grupare polară intercalată <strong>de</strong> tip<br />

carbamic, este redată mai jos: [<strong>11</strong>6]<br />

OH<br />

OH<br />

OH +<br />

OH<br />

Fig. <strong>11</strong>.4. Proce<strong>de</strong>u <strong>de</strong> <strong>de</strong>rivatizare a silicagelului pentru obţinerea fazelor staţionare<br />

chimic legate cu grupare polară carbamică intercalată.<br />

Introducerea grupării polare influenţează procesul <strong>de</strong> retenţie cromatografică.<br />

Gruparea polară poate interacţiona cu grupări polare din moleculele <strong>de</strong> analit. In cazul<br />

grupărilor polare intercalate <strong>de</strong> tip amidic sau carbamic, pot interveni interacţii π-π între<br />

analit şi gruparea polară din faza staţionară. Astfel, în exemplul redat în Fig. <strong>11</strong>.5, ordinea<br />

<strong>de</strong> eluţie se poate modifica în cazul perechii <strong>de</strong> analiţi trans-stilben şi dibenzil la eluţia<br />

<strong>prin</strong>tr-o coloană umplută cu fază staţionară C18 cu grupare polară intercalată, comparativ<br />

cu una C18 clasică. Spre <strong>de</strong>osebire <strong>de</strong> dibenzil, molecula <strong>de</strong> trans-stilben posedă în plus<br />

o dublă legătură carbon-carbon, care <strong>de</strong>termină o interacţie mai puternică cu legăturile π<br />

din grupările polare ale fazei staţionare. In schimb, în cazul separării pe o coloană clasică<br />

C18, ordinea <strong>de</strong> eluţie este dată <strong>de</strong> ordinea hidrofobicităţii; trans-stilbenul este mai puţin<br />

hidrofob <strong>de</strong>cât dibenzilul, datorită dublei legături (vezi Tabelul 2.4), astfel că va elua<br />

primul din coloana cromatografică.<br />

Răspuns <strong>de</strong>tector<br />

Răspuns <strong>de</strong>tector<br />

CH 3<br />

Cl Si<br />

CH 3<br />

O<br />

O N H<br />

R<br />

Grupare<br />

carbamica<br />

Fig. <strong>11</strong>.5. Compararea separării unui amestec <strong>de</strong> trans-stilben şi dibenzil, pe o coloană<br />

cu fază staţionară C18 (sus) şi fază staţionară C18 cu grupare polară intercalată (jos).<br />

Condiţiile <strong>de</strong> separare i<strong>de</strong>ntice pentru cele două coloane: faza mobilă compusă din<br />

70% CH3OH şi 30% H2O; <strong>de</strong>bit – 1 mL/min; 40°C; <strong>de</strong>tecţie UV 254 nm. [<strong>11</strong>7]<br />

186<br />

- HCl<br />

O<br />

OH<br />

O<br />

OH<br />

min<br />

Si<br />

min<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

Si<br />

CH 3<br />

O<br />

O N H<br />

O N H R<br />

O<br />

R


<strong>11</strong>.5. Mecanismul <strong>de</strong> separare <strong>LC</strong> în fază normală<br />

Cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> în fază normală se aplică <strong>de</strong> obicei la separarea<br />

compuşilor organici foarte polari, cum sunt aminoacizii.<br />

Cromatografia lichid-solid (LSC) este <strong>de</strong> obicei <strong>de</strong>numită ca o tehnică <strong>de</strong><br />

separare în fază normală, caracterizată <strong>de</strong> utilizarea unui adsorbant anorganic sau a unei<br />

faze staţionare chimic legate cu grupări funcţionale polare, iar ca fază mobilă neapoasă –<br />

unul sau mai mulţi solvenţi organici apolari (în special hexanul) în amestec cu un solvent<br />

polar, până la realizarea unei valori optime a „tăriei” solventului din punct <strong>de</strong> ve<strong>de</strong>re al<br />

polarităţii. In cadrul acestei separări, pe suprafaţa fazei staţionare se formează un strat<br />

<strong>de</strong> molecule adsorbite ale fazei mobile, cu o compoziţie ce <strong>de</strong>pin<strong>de</strong> <strong>de</strong> alegerea fazei<br />

mobile, care <strong>de</strong> multe ori nu reflectă compoziţia acesteia sau modificarea ei în timpul unui<br />

proces <strong>de</strong> separare în gradient <strong>de</strong> solvent. Retenţia unui solut este <strong>de</strong>terminată <strong>de</strong><br />

balanţa interacţiunilor moleculei <strong>de</strong> solut cu moleculele fazei mobile şi a moleculelor<br />

adsorbite pe suprafaţa fazei staţionare. Pentru acest proces s-au propus până în prezent<br />

două mo<strong>de</strong>le <strong>de</strong> retenţie: [30] a) mo<strong>de</strong>lul competiţional <strong>de</strong>zvoltat <strong>de</strong> Sny<strong>de</strong>r şi Soczewinski;<br />

b) mo<strong>de</strong>lul interacţiilor <strong>de</strong> solvent, propus <strong>de</strong> Scott şi Kucera.<br />

In forma cea mai simplificată, mo<strong>de</strong>lul competiţional presupune că suprafaţa<br />

întreagă a adsorbantului este acoperită <strong>de</strong> un monostrat <strong>de</strong> molecule ale fazei mobile.<br />

Retenţia are loc <strong>prin</strong> dislocuirea unui număr <strong>de</strong> molecule <strong>de</strong> fază mobilă, adsorbite la<br />

nivelul centrilor activi ai fazei staţionare, echivalente ca volum cu molecula <strong>de</strong> solut. In<br />

următoarea etapă are loc dislocuirea moleculei <strong>de</strong> solut adsorbită <strong>de</strong> către molecule ale<br />

fazei mobile. O reprezentare schematică a acestui mo<strong>de</strong>l simplu <strong>de</strong> explicare a retenţiei<br />

în NP-<strong>LC</strong> este redată în figura următoare.<br />

187<br />

Analit<br />

Fig. <strong>11</strong>.6. Reprezentarea schematică a mo<strong>de</strong>lului competiţional <strong>de</strong> retenţie<br />

în cromatografia <strong>de</strong> lichi<strong>de</strong> în fază normală.<br />

Modificator<br />

polar<br />

Conform mo<strong>de</strong>lului competiţional dat în Fig. <strong>11</strong>.6, retenţia se bazează pe<br />

următoarele două procese fizice care au loc la suprafaţa fazei staţionare:<br />

Si-OH + nS → Si-OH⋅(S)n<br />

Si-OH⋅(S)n + A → Si-OH⋅(S)n-x⋅A + xS<br />

, în care Si-OH reprezintă centrul <strong>de</strong> adsorbţie <strong>de</strong> pe suprafaţa adsorbantului (consi<strong>de</strong>rat<br />

ca fiind gruparea silanol reziduală din structura silicagelului), la care se adsorb n<br />

molecule <strong>de</strong> solvent polar S din faza mobilă, iar molecula <strong>de</strong> analit A va dislocui x dintre<br />

moleculele <strong>de</strong> solvent adsorbite.


Pentru ca analitul să elueze din coloana cromatografică este necesar ca acest<br />

proces să fie reversibil. De aceea tăria interacţiei sale cu centrul activ nu trebuie să fie<br />

foarte puternică. După cum se poate observa, mo<strong>de</strong>lul competiţional neglijează orice<br />

interacţie între molecula <strong>de</strong> analit şi moleculele fazei mobile. Predicţia retenţiei este<br />

redată <strong>de</strong> relaţia simplificată:<br />

k<br />

log 1 = α(<br />

ε1<br />

− ε2<br />

)<br />

(<strong>11</strong>.1)<br />

k2<br />

ε reprezintă parametrul <strong>de</strong> tărie al fazei mobile (putere elutropică), care semnifică energia<br />

liberă <strong>de</strong> adsorbţie a moleculelor <strong>de</strong> solut per unitate <strong>de</strong> suprafaţă <strong>de</strong> fază staţionară, iar<br />

parametrul α este specific moleculei <strong>de</strong> solut (în <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nţă <strong>de</strong> volumul molar). In tabelul<br />

<strong>de</strong> mai jos sunt redate valorile parametrului ε pentru cei mai importanţi solvenţi utilizaţi în<br />

mecanismul <strong>de</strong> fază inversă în HP<strong>LC</strong>.<br />

Tabel <strong>11</strong>.2. Valorile parametrului ε pentru solvenţi utilizaţi în NP-<strong>LC</strong>. [<strong>11</strong>8]<br />

Solvent<br />

188<br />

ε pentru<br />

Silicagel Alumina<br />

n-hexan 0,01 0,01<br />

1-clorbutan 0,20 0,26<br />

cloroform 0,26 0,40<br />

izopropileter 0,34 0,28<br />

acetat <strong>de</strong> etil 0,38 0,58<br />

tetrahidrofuran 0,44 0,57<br />

acetonitril 0,50 0,65<br />

Mo<strong>de</strong>lul bazat pe interacţia moleculelor <strong>de</strong> solut, respectiv a modificatorului polar<br />

din faza mobilă, presupune formarea a două straturi adsorbite, ca urmare a interacţiilor<br />

dipol-dipol. Atunci când concentraţia modificatorului polar este mică, formarea celui <strong>de</strong>-al<br />

doilea strat <strong>de</strong> molecule <strong>de</strong> modificator polar adsorbite, în interacţie cu primul strat şi cu<br />

centrul activ, nu are loc, iar interacţia moleculei <strong>de</strong> solut cu centrul activ <strong>de</strong>vine mai<br />

puternică, conducând la timpi <strong>de</strong> retenţie mari. Dimpotrivă, atunci când concentraţia<br />

modificatorului polar creşte, are loc formarea celui <strong>de</strong>-al doilea strat <strong>de</strong> molecule<br />

adsorbite, iar molecula <strong>de</strong> solut va interacţiona mult mai slab cu centrul activ, datorită<br />

ecranării celor două straturi adsorbite. Ca urmare, timpul <strong>de</strong> retenţie al solutului va fi <strong>de</strong><br />

data aceasta mai scurt, fiind dat <strong>de</strong> relaţia simplificată:<br />

1<br />

= α + β ⋅ Cmodificator<br />

polar<br />

(<strong>11</strong>.2)<br />

tr<br />

Această relaţie este însă valabilă pentru un domeniu relativ îngust al concentraţiei<br />

modificatorului polar din faza mobilă.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!