Adsorpsjonsmiddelet ( adsorbenten ) (eng.: adsorbent)

Transkript

1 S. 1 (av 8) II Adsorpsjonskromatogafi C. Adsorpsjonsmiddelet II. C. Adsorpsjonsmiddelet ( adsorbenten ) (eng.: adsorbent) Polare adsorpsjonsmidler virker gjennom (primært) : dipol-dipol-krefter, H-bindinger evt. (helst ikke) Coulomb-krefter. Upolare adsorpsjonsmidler virker gjennom (primært) : Van der Waals-krefter (dispersjons- og dipol - indusert dipol-krefter).

2 S. 2 (av 8) II.C. 1. Polare adsorpsjonsmidler II Adsorpsjonskromatogafi C. Adsorpsjonsmiddelet 1 Polare adsorpsjonsmidler a. Adsorpsjons-isotermer Ulike og til dels ulik sterke krefter ved polar adsorpsjon fører som regel til at adsorpsjonskoeffisienten ikke er konstant. II.C. 1. a) Adsorpsjons-isotermen Kurven c SF (= c ads ) = f(c MF ) ved konstant temperatur (=isotermisk) er oftest ikke-lineær - som regel konveks : Sonene (toppene / flekkene) har da tailing / haledannelse. Konveks adsorpsjons-isoterm Topp med haledannelse (tailing) M.dok...\fag\fag-bmp\52isot-knv.bmp M.dok...\fag\fag-bmp\gssfkt-asm.bmp Isotermer som registreres i forbindelse med kromatografi er : - lineære (ideell), - konvekse (rel. vanlig, særlig i ads.-kro.) og - konkave (motsatt av konveks, fører til fronting, særlig ved masseoverbelastning i fordelingskromatografi). - Ikke-linearitet gjør fordelingkoeffisientene og dermed også retensjonsparametrene mengdeavhengig og mindre reproduserbare, toppene skjeve og vanskeligere kvantifiserbare / detekterbare.

3 S. 3 (av 8) isoterm lineær konveks konkav topp-profil Gauss hale fronting t R, V R stabil minker øker med mengde analytt R F stabil øker minker med mengde analytt (Jfr. Kromatografi 3. utg. fig 2.1. s. 27 (f.eks.).)

4 S. 4 (av 8) Den konvekse isotermen i LSC kan forsøkes å forklare med en modell som forutsetter at det på overflaten til adsorpsjonsmiddelet er ulike typer adsorpsjons-seter - med ulik aktivitet (styrke) : Ved lav kons. av analytt x : De fleste x får tak i sterke ads.-seter S på SF, og avspises mindre grad med svake setene s. sterk retensjon Paint bilde : 52adsmek.bmp Ved høy kons. av x : x har i gjennomsnitt mindre adgang til det begrensede antall S, flere x må te til takke med de svake s i stedet. kortere SF-oppholdstid (i gjennomsnitt) svakere retensjon Paint bilde : 52adsmek.bmp I utkanten av toppene, der konsentrasjonen av x er lavest forflytter derfor analytten seg noe saktere : Forkanten av toppen blir defor forsøkt innhentet av den raske(re) mer konsentrerte sonen nærmere topmaksimum. Bakparten av toppen blir samtidig forsøkt frakjørt av det raskere toppmaksimum: asymmetri i form av haledannelse (tailing).

5 S. 5 (av 8) II.C. 1. b. Aktivitet - deaktivering II Adsorpsjonskromatogafi C. Adsorpsjonsmiddelet 1 Polare adsorpsjonsmidler b. Aktivitet - deaktivering Asymmetriske topper er en konsekvens av rekken - Ulik sterke adsorpsjonsseter - konveks isoterm - haledannelse, m.m.,.. Den er uønsket og forsøkes redusert / unngått. Aktuelt mottiltak : Bruk av moderator, deaktivering : Moderatoren (et sterkt adsorbert stoff (ved normal-fase kromatografi vanligvis vann, evt. et annet polart stoff) tilsettes til adsorpsjonsmiddelet. Hensikten er å utjevne aktiviteten av de ulik sterke adsorpsjonssentra. De meget polare (vann-)molekylene vil da adsorberes av de mest aktive sentra - som dermed modereres. Adsorpsjonssentrenes aktivitet utjevnes ved at de mest aktive dempes noe, ned på nivået av de svakre. større linearitet, mindre asymmetri svakere retensjon. Paint-bilde : 52isot-deak.bmp

6 S. 6 (av 8) Den vanlige deaktiveringsprosedyren (moderator tilsettes SF): Adsorpsjonsmiddelet aktiveres fullt (tørkes godt i varmen ( timer ved C). en definert mengde moderator (vann) tilsettes etter nedkjøling i tørr atmosfære. Adsorpsjonsmiddelet settes til likevektsinnstilling (noen timer i lukket kar) og er så klart til bruk. Må lagres godt lukket. Den definerte mengden tilsatt moderator velges som regel slik at det kan oppnås bestemte aktivitetsnivå. Den mest kjente skalaen av aktivitetstrinn er fra Brockmann, der aktiviteten kan bestemmes v.h.a. retensjonen (R F -verdier) målt i tester med standard-fargestoffer. Det er publisert resepter for fremstilling av adsorpsjonsmidler med gitte Brockmann-aktivitetstrinn : For ønskede aktiviteter av aluminiumoksid, silikagel og magnesiumsilikat (Florisil). Gjennomsnittsverdier for vann-tilsats til fullt aktivert adsorpsjonsmiddel (aktivitet I). (N.B. gram vann tilsatt 100 g tørt adsorpsjonsmiddel) Aktivitet aluminium-oksid silikagel Florisil I II III IV V Aktiviteten kan variere noe med produsent og evt.produksjonsnummer spesielt for silikagel 1 ). Det er også publisert rel. enkle oppskrifter for bestemmelse av aktivitet for adsorpsjonsmidler for kromatografi etter Brockmann. 1 Ifølge B. Loev, M.M. Goodman, "Dry Column Chromatography: A Preparative Chromatographic Method with the Resolution of Thin-Layer Chromatogaphy", Chemistry & Industry (1967), s

7 S. 7 (av 8) Et eksempel er her gitt for aluminiumoksid-tlc : Bestemm RF-verdier for referansestoffer, eluert med CCl4 i testtynnsjiktkromatogram med 0,6-mm sjikt uten tilsatt bindemiddel. Mål R F - verdiene, og sammenlign med nedenforstående tabell : Azo-fargestoff RF-verdier for Aktivitet (0,4 % w/v i tørr CCl 4 ) II III IV V 0,59 0,74 0,85 0,95 Azobenzene (0,6 % w/v i tørr CCl 4 ) p-metoksyazobenzen 0,16 0,49 0,65 0,89 Sudan Yellow 0,01 0,25 0,57 0,78 Sudan Red III 0,00 0,10 0,33 0,56 p-amino-azobenzen 0,00 0,03 0,08 0,19 H. Brockmann & H. Schodder, Chemische Berichte 74B, s. 73 (1941) som sitert i : O.Motl & L. Novotny, "Adsorption Column Chromatography", kap. 4 i "Laboratory Handbook of Chromatographic and Allied Methods", ed. O. Mikes, Ellis Horwood Ltd., Chichester, GB, 1979, s En alterantiv enkel testprosedyre som kan brukes til adsorpsjonsmidler for kolonnekromatografi 2 : Utført i 75 x 1 mm-kapillærer, eluert m. benzen, med p-amino-azobenzen (for aluminiumoksid) eller p-dimetylamino-azobenzen (for silikagel). Slikagel aluminium-oksid % vanntilsats % vanntilsats aktivitet (ut fra % vanntilsats) RF-verdi for p-dimetylaminoazobenzen aktivitet (ut fra % vanntilsats) RF-verdi for p-aminoazobenzen 0 I 0,15 0 I 0 3 0,22 3 II 0,12 6 ca. II 0,33 6 III 0,24 8 0,46 9 0,44 10 IV 0, ,55 15 III 0,65 Gjennomføring : Et 1,0 mm i.d. x kapillærør (f.eks.7,5 mm lang) fylles med adsorpsjonsmiddel. En liten dråpe benzen appliseres på toppen, Hvis det er brukt lukket smp.-rør, snues det og bunnen kappes. Den benzen-fuktede enden av røret plasseres i et lite prøveglass som inneholder en 0,5 %-løsning (i benzen) av fargestoffet, noen få mm høyt, inntil en dråpe av fargestoffet er trukket opp i kapillæren. Røret settes så i et lite prøveglass som inneholder benzen, noen få mm høyt, og kapillærkolonnen utvikles. R F -verdien bestemmes.

8 S. 8 (av 8) En annen mulighet å foreta deaktivering : Tilsats av moderator til mobilfasen, d.v.s. kondisjonering og eluering ved bruk av (delvis) vann-mettet elueringsmiddel (f.eks. ved 50 % metning - blandet av like deler helt tørr og helt mettet væske). Det er til og med mulig å anvende gradient eluering, når vann-metningsgraden holdes likt for de ulike MF ene i gradienten (s.k. isohydriske MF). Gradienteluering med deaktiverte SF er derimot ikke mulig (d.v.s. ikke repeterbar på en enkel måte ) II Adsorpsjonskromatogafi C. Adsorpsjonsmiddelet 1 Polare adsorpsjonsmidler c. Surhet av adsorbenter II.C. 1. c. Surhet av adsorpsjonsmiddelet ( ph-verdi ) : Har stor innflytelse av retensjon og toppformen av sure og basiske stoffer (og av og til på gjenvinningen, ved ulike grader av irreversibel adsorpsjon). Surt adsorpsjonsmiddel - sterk retardering av baser Basisk adsorpsjonsmiddel - sterk retardering av syrer. Nærmere beskrivelse av egenskaper og årsaker gis ved beskrivelse av de enkelte polare adsorpsjonsmidlene