Сорбент для газовой хроматографии

Изобретение относится к области газовой хроматографии. Предложен сорбент, состоящий из твердого носителя и стационарной фазы, в качестве которой он содержит 4-(3-гидроксипропилокси-4-формилазобензол. Сорбент обладает высокой селективностью для низкокипящих и высококипящих изомеров. 1 табл.

 

Введение

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению сорбента, состоящего из твердого носителя и кристаллической стационарной фазы, который может быть использован для аналитического разделения химических веществ в газовой хроматографии.

Уровень техники

Одним из основных инструментальных методов количественного анализа, широко используемым в химической, биохимической и пищевой промышленности при мониторинге окружающей среды и в других отраслях, является метод газовой хроматографии. Прогресс метода газовой хроматографии в последнее время зависит не столько от развития электронных компонент хроматографа, сколько от свойств хроматографических колонок и, в частности, от производительности и, особенно, селективности находящихся в них сорбентов. Сорбент для газовой хроматографии представляет собой твердый носитель, на который нанесен монослой стационарной фазы. В качестве стационарной фазы наиболее широко используют жидкие кристаллы благодаря их уникальным селективным свойствам, проявляющимся при разделении близкокипящих структурных изомеров различных химических веществ вследствие упорядоченного расположения молекул в температурной области существования мезофазы [Вигдергауз М.С., Вигалок Р.В., Дмитриева Р.В. Хроматография в системе газ - жидкий кристалл //Успехи химии, 1981, т.50, с.943-972].

Известен сорбент, состоящий из твердого носителя и 4-метокси-4'-этоксиазоксибензола в качестве жидкокристаллической стационарной фазы [Егорова К.В., Беляев Н.Ф., Вигдергауз М.С. П,п'-метоксиэтоксиазоксибензол как предпочтительная жидкокристаллическая неподвижная фаза хроматографического фрагмента универсальной системы химического анализа //Изв. вузов. Химия и химическая технология, 1985, т.28, №6, с.3]. Этот сорбент проявляет достаточную селективность по отношению к низкокипящим химическим веществам, в частности к п- и м-ксилолам, но не может быть использован для разделения химических веществ с более высокими температурами кипения, в частности п- и м-метиланизолов, 3,4- и 3,5-лутидинов и т.д.

Поэтому для разделения высококипящих изомеров требуется замена сорбента в хроматографической колонке, что влечет за собой затраты времени и труда на прокаливание твердого носителя, нанесение на него другой стационарной фазы, заполнение приготовленным сорбентом хроматографической колонки, кондиционирование колонки с другим сорбентом в потоке гелия, смену режимов работы хроматографа.

Известен также наиболее близкий по существу к изобретению сорбент [XVI Международная конференция по химической термодинамике в России; Х Международная конференция по проблемам сольватации и комплексообразования в растворах. Суздаль, 1-6 июля, 2007 г. Т.II, 4S-500. Кувшинова С.А., Бурмистров В.А., Блохина С.В, Шарапова А.В., Фокин Д.С., Койфман О.И. Влияние ассоциативного состояния полярных мезогенов на их мезоморфизм и структурную селективность]. Он состоит из твердого носителя и 4-бутилокси-4'-формилазобензола в качестве жидкокристаллической стационарной фазы. Это соединение является производным 4-гидрокси-4'-формилазобензола.

Однако этот сорбент проявляет низкую селективность по отношению к изомерам как низкокипящим, так и высококипящим.

Сущность изобретения

Изобретательской задачей является поиск сорбента для газовой хроматографии, состоящего из твердого носителя и производного 4-гидрокси-4'-формилазобензола в качестве стационарной фазы, который обладал бы более высокой селективностью к изомерам как низкокипящих, так и высококипящих веществ.

Поставленная задача решена сорбентом для газовой хроматографии, состоящим из твердого носителя и производного 4-гидрокси-4'-формилазобензола в качестве стационарной фазы, который в качестве производного 4-гидрокси-4'-формилазобензола содержит 4-(3-гидроксипропилокси)-4'-формилазобензол.

Заявленный сорбент обладает более высокой селективностью по отношению к изомерам веществ как низкокипящих, так и высококипящих, поэтому при разделении высококипящих изомеров веществ не требуется замена сорбента в хроматографической колонке, что позволяет экономить время и труд на прокаливание твердого носителя, обеспечить нанесение на него другой стационарной фазы, заполнение приготовленным сорбентом хроматографической колонки, кондиционирование колонки с другим сорбентом в потоке гелия, смену режимов работы хроматографа.

Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретения

Для приготовления сорбента используют следующие вещества:

1. Твердый носитель марки Chromaton N-AW (0,40-0,63 Chemapol, Чехия).

2. Жидкокристаллическая стационарная фаза 4-(3-гидроксипропилокси)-4'-формилазобензол [С.А.Кувшинова, А.В.Завьялов, В.В Александрийский, В.А.Бурмистров, О.И.Койфман. Мезогенные 4-(ω-гидроксиалкилокси)-4'-формилазобензолы. Журнал органической химии, 2004, т.40, вып.8, с.1161-1164]

4-(3-гидроксипропилокси)-4'-формилазобензол получают кипячением 4-гидрокси-4'-формилазобензола и 3-хлорпропанола-1 в диметилформамиде в присутствии поташа в течение 3,5 часов. Продукт очищают перекристаллизацией из этанола до постоянства температур фазовых переходов.

3. Хлороформ ГОСТ 20015-88.

Приготовление сорбента и испытание его селективности методом газожидкостной хроматографии иллюстрируется следующим примером.

Пример. 4-(3-гидроксипропилокси)-4'-формилазобензол в количестве 0,36 г растворяют в 30 мл хлороформа марки ХЧ. Полученный раствор добавляют к 3,6 г твердого носителя марки Chromaton N-AW (0,40-0,63 Chemapol, Чехия) и нагревают на водяной бане при перемешивании до полного испарения растворителя. Для удаления следов хлороформа проводят сушку в течение 12 часов в вакууме при 70°С и остаточном давлении 2 мм рт.ст. Далее сорбент, представляющий собой твердый носитель с нанесенной на него стационарной фазой, помещают в колонку из нержавеющей стали (1000×3 мм) и кондиционируют 6 ч в потоке гелия при 100°С. Количество стационарной фазы составляет 10% от массы носителя. Неизменность состава стационарной фазы в колонке контролируют взвешиванием колонки перед каждой серией опытов.

Время удерживания сорбатов измеряют на газовом хроматографе Chrom-5 (Чехия) с пламенно-ионизационным детектором при чувствительности, обеспечивающей регистрацию ионизационного тока 3,2·10^-10 А. Измерения проводят в изотермическом режиме в интервале температур 120-200°С.Точность термостатирования 0,1°С. Температуры испарителя и детектора устанавливают на 20°С выше температуры колонки. В качестве газа-носителя используют гелий с содержанием основного вещества 99,99%. Расход гелия поддерживают в пределах 30-35 мл/мин, измеряя его пенным расходомером. Замеры расхода выполняют при каждой температуре опыта по окончании определения времени удерживания сорбата. Давление на выходе, равное атмосферному, определяют барометром БР-52 с ценой деления 0,5 мм рт.ст. Для того чтобы условия эксперимента соответствовали предельному разбавлению, а концентрация сорбата - линейному участку изотермы растворения, в колонку вводят малые - не более 0,1 мкл - объемы сорбатов. Применяют шприц объемом 1 мкл (Hamilton, Швейцария). «Мертвое» время удерживания определяют по метану. Время удерживания регистрируют интегратором ИТ-2 с погрешностью не более 0,01 с. Это позволяет измерять времена удерживания соединений в пяти параллельных опытах с отклонением от среднестатистического значения не более 0,5%.

Коэффициенты селективности по Херингтону (α) определяют как частное от деления времени удерживания п-изомеров на время удерживания м-изомеров с учетом «мертвого» времени удерживания. Рассчитывают средний коэффициент селективности из пяти измерений.

Приготовление и испытание сорбента, состоящего из твердого носителя и жидкокристаллической стационарной фазы на основе соединения - прототипа - 4-бутилокси-4'-формилазобензола, проводили аналогично приготовлению и испытанию заявленного сорбента.

В таблице приведены коэффициенты селективности сорбентов, содержащих в качестве стационарной фазы 4-(3-гидроксипропилокси)- и 4'-бутилокси-4'-формилазобензолы.

Данные таблицы с очевидностью подтверждают, что заявленный сорбент проявляет более высокую селективность по отношению к изомерам веществ как низкокипящих, в частности п- и м-ксилолам, так и высококипящих, в частности п- и м-метиланизолам и 3,4- и 3,5-лутидинам, что делает возможным его использование в газовой хроматографии в процессах количественного анализа смесей органических соединений.

Таблица Коэффициенты селективности сорбентов
N п/п	Жидкокристаллическая стационарная фаза	α для ксилолов	α для метиланизолов	α для лутидинов
1.	4-(3-гидроксипропилокси)-4'-формилазобензол	1,17	1,30	1,60
2. прототип	4-бутилокси-4'-формилазобензол	1,008	1,02	1,27

Сорбент для газовой хроматографии, состоящий из твердого носителя и производного 4-гидрокси-4'-формилазобензола в качестве стационарной фазы, отличающийся тем, что в качестве производного 4-гидрокси-4'-формилазобензола он содержит 4-(3-гидроксипропилокси-4'-формилазобензол.