Hét kereskedelmi forgalomban lévő ionos folyadék kapilláris GC oszlop fő komponens analízise (PCA) értékelése
Reporter US Volume 33.1
Az alábbiakat egy külső forrás segítségével állítottuk elő a Sigma-Aldrich termékek felhasználásával. A technikai tartalmat a következő személyek generálták és biztosították:
S. Rodríguez-Sáncheza, P. Galindo-Iranzob, A.C. Soriaa, M.L. Sanza, J.E. Quintanilla-Lópeza, és R. Lebrón-Aguilarb
aInstituto de Química Orgánica General (CSIC), Madrid, Spanyolország
bInstituto de Química-Física "Rocasolano" (CSIC), Madrid, Spanyolország
Bevezetés
Az ionos folyadékok olyan szerves sók, amelyeket különböző ipari alkalmazásokban használnak. Egyedülálló és hangolható fizikai-kémiai tulajdonságaik nem hasonlítanak más oldószerekre. Jellemzően széles hőmérsékleti tartományban folyékonyak maradnak, és általában alacsony olvadáspontot, jó hőstabilitást, elhanyagolható gőznyomást és magas viszkozitást mutatnak. Ezek a tulajdonságok ideális jelöltek a gázkromatográfia (GC) állófázisaként is. Valójában egy gyors irodalmi keresés során számos olyan fejlesztést fedezhetünk fel, amelyek az ionos folyadékok állófázisait használó oszlopok előállítására irányulnak.
Míg a monokationos ionos folyadékok ipari alkalmazásokban alkalmazhatók, felfedezték, hogy a dikationos és polikationos ionos folyadékok alkalmas GC állófázisok[1]. Jelenleg hét különböző kapilláris GC oszlopot hoztak forgalomba, amelyek ionos folyadék állófázisokat használnak. Fő előnyük, hogy más elválasztási tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a polisziloxán polimer és polietilénglikol állófázisokkal készített oszlopok. A hasonló polaritású oszlopokkal összehasonlítva kisebb oszlopvérzést, nagyobb hőstabilitást, nagyobb ellenállást a nedvesség és az oxigén okozta károsodással szemben, valamint hosszabb élettartamot mutatnak.
McReynolds- és Abraham-módszerek
A GC állófázis polaritását a McReynolds-módszerrel lehet megbecsülni, amelyben a retenciós indexeket (I) öt, különböző vegyületosztályokat képviselő próbafázisra határozzák meg[2]. A szondák és a vegyületosztályok közötti kapcsolatokat az 1. táblázat foglalja össze. Minden egyes szonda az oldott anyag-stacionárius fázis kölcsönhatások egy csoportjához kapcsolódik. Az öt retenciós index kombinálásával ezután meghatározható az állófázis polaritása. Ez a megközelítés azonban nem képes teljes mértékben megkülönböztetni az egyes kölcsönhatásokat, mivel a szondák retencióját nem egyetlen kölcsönhatás határozza meg, hanem leggyakrabban több egyidejű kölcsönhatás okozza. Így a "polaritás" pontatlan tulajdonsága önmagában valószínűleg nem elegendő a GC állófázisok jellemzésére.
Ezzel szemben a szolvatációs paraméter modell (SPM) képes kvantitatív módon értékelni az egyes intermolekuláris kölcsönhatásokat egy anyag és az állófázis között[3]. A HPLC-fázisok jellemzésére évek óta használt SPM a GC állófázisok jellemzésére is alkalmazható[4-6]. Ezt a modellt a GC esetében az Abraham-egyenlet írja le:
log k = c + eE + sS + aA + bB + lL
ahol k az oldott anyag retenciós tényezője az állófázison egy adott hőmérsékleten; c a modell metszéspontja; a nagybetűk (E, S, A, B, és -a) a modell metszéspontja.nbsp;L) az oldott anyag leíróit jelentik, amelyek számos anyagra meghatározott szondaspecifikus paraméterek; a kisbetűket (e, s, a, b, és l) pedig rendszerállandóknak nevezzük, amelyekben az állófázis szolvatációs tulajdonságaira vonatkozó összes információ szerepel[7]. A 2. táblázat felsorolja a rendszerállandók és az állófázis különböző kölcsönhatásokra vonatkozó kapacitása közötti összefüggést.
Kísérleti
A lehetséges oldott anyag-állandó fázis kölcsönhatások széles skálájának lefedése érdekében 95, különböző funkcionális csoportokkal rendelkező oldott anyagot választottunk ki az SPM segítségével történő állófázis-karakterizáláshoz. Az oszlopcsoport hét ionos folyadékoszlopot és 45 nem ionos folyadékoszlopot tartalmazott. A kiválasztott oldott anyagokat különböző keverékekbe csoportosították, majd izotermikusan kromatizálták őket több hőmérsékleten, hogy megkapják k értékeiket. Ezután a következőket állították elő:
- A rendszerállandók táblázata a standard eltérésekkel és az illeszkedés jósági statisztikájával minden egyes izotermikus hőmérsékleten
- A rendszerállandók radar ábrái, amelyek hasznos eszköznek bizonyultak a többváltozós megfigyelések kétdimenziós diagramon történő megjelenítéséhez
- A 120 °C-os izotermikus futtatások adatainak felhasználásával végzett főkomponens-elemzés (PCA) 3D-s ábrája, amely értékes áttekintést nyújt a szelektivitásról
A kísérleti elrendezés további részletei, a rendszerállandók táblázata és további megbeszélések, számos radar ábrája és megbeszélése, valamint a 3D PCA ábrája a hivatkozás 8-ban található.
PCA eredmények és megbeszélés
A PCA egy olyan statisztikai eljárás, amely az eredeti tengelyeket, amelyek mindegyike egy eredeti változót (esetünkben a rendszerállandókat) képvisel, elforgatja és átalakítja olyan új tengelyekké, amelyeket főkomponenseknek (PC-k) neveznek, amelyek az eredeti változók lineáris kombinációi, és az adatokban lévő variancia nagy részéért felelősek. A PCA feltárhatja azokat a változókat, vagy a változók kombinációit, amelyek az adatok valamilyen eredendő szerkezetét írják le, és ezek kémiai vagy fizikai-kémiai szempontból értelmezhetők[9].
A 1. ábra -ban látható 3D-s pontdiagram egy korábban közölt diagram frissítése[8]. A frissítés három további ionos folyadék oszlop adatainak felvételével történt. Amint látható, az első három főkomponens a variancia 99,2%-át magyarázza meg, ami elég jól reprezentálja a teljes oszlopszelektivitási teret. Az 1. és 2. főkomponensek figyelembe veszik a a és s hozzájárulásokat;rendszerállandókra, míg a 3. főkomponens elsősorban a b és e rendszerállandókra vonatkozik. A szaggatott vonalak a trifluoropropil (1. vonal), fenil (2. vonal) és cianopropil (3. vonal) csoportokkal szubsztituált polisziloxán polimer állófázisok eloszlási trendjét jelzik. Két másik, világosan elkülönülő csoport is van, amelyek a polietilénglikol (I. klaszter) és az ionos folyadék (II. klaszter) állófázisoknak felelnek meg.
1. ábra. PCA diagram
A PCA pontdiagram egyértelműen megmutatja, hogy a legtöbb ionos folyadék állófázis olyan elválasztási jellemzőkkel rendelkezik, amelyek eltérnek a nem ionos folyadék állófázisoktól. Ezek az egyedüliek, amelyek mind a PC1, mind a PC3 esetében magas értékekkel rendelkeznek. Vagyis az összes jellemzett állófázis közül csak az ionos folyadékok képesek egyszerre intenzív H-akceptor plusz dipoláris kölcsönhatást biztosítani (magas a + s érték [magas PC1]) és intenzív H-donor plus π-π kölcsönhatásokat (magas b + e érték [magas PC3]).
Az SLB®-IL61 oszlop szolvatációs jellemzői jobban hasonlítottak a cianopropil-szubsztituált polisziloxán polimerfázisokhoz (3. sor), mint a többi ionos folyadékfázishoz (II. klaszter). Ez a fázis részeként beépített trifluor-metil-szulfonát anionnak köszönhető, amely csökkenti az oszlop hidrogénkötés-savasságát.
Az ionos folyadék állófázisoknál megfigyelt egyik legkiemelkedőbb jellemző az b rendszerállandó (hidrogénkötés-savasság) nem nulla értéke volt. Ez az eredendő savasság hozzájárul ahhoz, hogy ezek a fázisok különleges szelektivitást kapjanak. Ezt a főkomponens-elemzés egyértelműen kimutatta. Meg kell azonban jegyezni, hogy a hidrogénkötésen keresztül történő kölcsönhatásra nagymértékben képes vegyületekkel szemben is alacsony inertitást mutatnak, ami gyakran gyenge csúcsformák formájában figyelhető meg. Ez megnehezíti ezen oszlopok használatát az ilyen vegyületek alacsony szintjeinek mennyiségi meghatározására.
Következtetés
Ebben a munkában hét kereskedelmi kapilláris oszlopot vizsgáltunk meg alaposan, amelyek ionos folyadék állófázisokat használnak, hogy jobban megértsük a retenciós mechanizmusukat. Az SPM eredmények szerint a dipól típusú kölcsönhatások (s) és a hidrogénkötéses bázikus kölcsönhatások (a)) voltak a domináns hozzájárulások a visszatartáshoz, a hidrogén-kötéses savassági kölcsönhatások (b) mérsékeltek, a π-π és n-π kölcsönhatások (e) pedig alig voltak jelentősek. Az is kiderült, hogy alacsony elválasztást biztosítanak egy homológ sorozat tagjai számára, amelyet általános diszperzív típusú (l) kölcsönhatásokként határoztak meg.
A 3D PCA-diagram vizuálisan megmutatta, hogy az ionos folyadékoszlopok kitöltik a rendelkezésre álló szelektivitási tér egy üres területét, ami egyértelműen javítja a GC-technika elválasztási kapacitását. Úgy véljük, hogy a különböző retenciós mechanizmusok eredményeként a vizsgált ionos folyadék oszlopok rendkívül sokoldalúak és figyelemre méltóan alkalmasak komplex keverékek felbontására.
Védjegyek
Az SLB a Sigma-Aldrich Co. bejegyzett védjegye. LLC védjegye
Hivatkozások
Az olvasás folytatásához jelentkezzen be vagy hozzon létre egy felhasználói fiókot.
Még nem rendelkezik fiókkal?