ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ^^^^^^^^^^ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ
УДК 543.544.42
АДСОРБЦИЯ ЭНАНТИОМЕРОВ ИБУПРОФЕНА НА ХИРАЛЬНОЙ НЕПОДВИЖНОЙ ФАЗЕ С ПРИВИТЫМ АНТИБИОТИКОМ ЭРЕМОМИЦИНОМ © 2015 г. Е. Н. Решетова*, Л. Д. Аснин**
*Российская академия наук, Уральское отделение, Институт технической химии, Пермь **Пермский национальный исследовательский политехнический университет
E-mail: lenire@yandex.ru Поступила в редакцию 13.03.2014 г.
Хроматографическим методом изучена адсорбция энантиомеров ибупрофена на хиральной неподвижной фазе Nautilus-E с привитым антибиотиком эремомицином из водно-этанольных ацетатных буферных растворов. Концентрацию этанола в подвижной фазе варьировали от 40 до 60 об. %. Показано, что изотермы адсорбции обоих энантиомеров имеют сложную форму, характеризующуюся нелэнгмюровского типа кривизной и наличием точки перегиба. Данное обстоятельство объясняется действием двух факторов: энергетической гетерогенностью поверхности неподвижной фазы и диссоциацией ибупрофена в жидкой фазе. Исследовано влияние системного пика на форму хро-матограмм целевого компонента. Обсуждается влияние температуры на адсорбционное равновесие.
Ключевые слова: Энантиоселективная адсорбция, хроматография, хиральная неподвижная фаза, энантиомеры, ибупрофен.
Б01: 10.7868/80044453715020259
Хиральные неподвижные фазы (ХНФ) на основе привитых к поверхности силикагеля макроцик-лических антибиотиков, предложенные Армстронгом 20 лет назад [1], получили широкое распространение в анализе оптически активных соединений [2] благодаря сочетанию двух полезных качеств. Во-первых, вследствие наличия в структуре макроциклических антибиотиков функциональных групп различной природы — ионоген-ных основных и кислотных групп, ароматических фрагментов, электронодонорных и электроноак-цепторных центров — такие селекторы обладают высокой энантиоселективностью по отношению к различным классам хиральных соединений [1—3]. Во-вторых, подобные ХНФ оказались совместимыми как с водными, так и с неводными полярными и неполярными подвижными фазами, что делает их пригодными для использования в различных режимах жидкостной хроматографии (обращенно-фазовом, нормально-фазовом, полярно-органическом) [1—3]. Одним из таких адсорбентов является ХНФ с привитым антибиотиком эремомицином, введенная в хроматографическую практику относительно недавно [4], и ранее известная как В1а8рИег-СЫга8е1-Е, а в настоящее время выпускаемая под маркой №иШиз-Е (см. схему).
Указанная ХНФ продемонстрировала способность к разделению энантиомеров аминокислот
[4—6] и 2-арилпропановых кислот (профенов) [7]. Хроматографическое поведение некоторых профенов на колонке В1а8рИег-СИ1га8е1-Е изучалось в работах [7, 8] в режиме обращенно-фазовой хроматографии. Рассмотрено влияние соотношения воды и органического растворителя в подвижной фазе, ее рН и ионной силы на удерживание анализируемых веществ и селективность (а) адсорбента по отношению к оптическим антиподам в условиях линейной хроматографии, предполагающих бесконечное разбавление пробы. Представленная работа является продолжением этих исследований и направлена на изучение зависимости удерживания профенов от их концентрации. Согласно идеальной модели хроматографии [9], принятой в настоящем исследовании, последнее явление полностью определяется изотермой адсорбции элюируемого вещества.
Таким образом, решение поставленной задачи заключается в измерении и интерпретации изотерм адсорбции выбранных соединений. Помимо важности таких сведений для разработки и оптимизации методов препаративного разделения энантиомерных смесей, изотермы адсорбции позволяют получить ценную информацию об адсорбционном равновесии, недоступную в рамках линейной хроматографии [10].
он сн3
он он\
,^сн2он
н2№
сн3 I 3
кн
сн3
но'
он
(Эремомицин)
В качестве тестового адсорбата в данном исследовании выбран ибупрофен, вызывающий особый интерес как наиболее трудно поддающийся энантиоразделению представитель класса профенов [11]
(снзЬснсщ-О^
(Ибупрофен)
сн3 I 3
сн
чсоон
г ((, с2, ..., сы ) = V
N
1+. у дЯк. <С_
¥0 ^ дС1 с1С1
I=1 .
(1)
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Рассмотрим поведение в хроматографической колонке анализируемого вещества (адсорбата), элюируемого многокомпонентой подвижной фазой. Будем обозначать адсорбат индексом 1, а компоненты подвижной фазы индексами от 2 до N где N — общее число веществ в колонке, включая адсорбат. Идеальная модель хроматографии [9] пренебрегает кинетическими факторами размывания хроматографического пика, кроме того, она допускает изотермичность хроматографиче-ского процесса и неизменность плотности подвижной фазы в любой момент времени в любой точке колонки. Тогда уравнение массового баланса для анализируемого вещества может быть выражено через объем подвижной фазы V, пропущенный через колонку до выхода из нее порции элюата с концентрацией адсорбата С1, следующим образом [12]:
где К0 — объем подвижной фазы, а Уа — объем неподвижной фазы в колонке; q¡ и С(- — равновесная концентрация вещества I в твердой и жидкой фазах соответственно. Это уравнение часто записывают через удерживаемый объем Ук, т.е. объем подвижной фазы, пропущенный через колонку до выхода максимума пика.
Уравнение (1) показывает, что удерживаемый объем ^зависит от концентраций всех компонентов в колонке. После элементарных преобразований и интегрирования получаем уравнение для расчета изотермы адсорбции по зависимости Кот С1
Ъ(С 1)
с,'
N С1'
(2)
=V |(«У-Го« -у IС
о о 1=2 о ' 1у
Способ записи величины адсорбции в левой части уравнения (2) означает, что данная величина определена при фиксированных значениях концентраций компонентов элюента с2,..., С'х-, соответствующих точке с1'. Часто в жидкостной хроматографии пренебрегают адсорбционной активностью компонентов подвижной фазы, т.е. рассматривают систему как квазиоднокомпонент-ную. В таком приближении уравнение (2) упрощается до хорошо известной формулы метода Глюкауфа [9]:
с,'
2i(Q = V {(V(C,)- V)dC,.
Состав и рН подвижных фаз, использованных в работе
(3)
Противоречие между успешной историей применения метода Глюкауфа в жидкостной хроматографии и тем фактом, что адсорбция на границе твердое тело/жидкость является вытеснительным процессом, т.е. в принципе не удовлетворяет условиям однокомпонентной модели, требует объяснения. Оно сводится к тому, что в хроматографии, как правило, концентрация адсорбата намного меньше концентрации компонентов подвижной фазы. Поэтому изменения в ее составе, вызванные адсорбцией, пренебрежимо малы по сравнению с амплитудой изменения величины С1 в зоне хроматографического пика. Следовательно, можно допустить, что С2, С3, и.т.д. сохраняют постоянство по всей длине колонки в любой момент времени и = 0 (/ = 2, К), что приводит к выражению (3) с одним важным уточнением, что рассчитанное таким образом значение д1 относится к фиксированному составу подвижной фазы. В общем же случае эта величина является кажущейся характеристикой, которая тем ближе к истинной адсорбции, чем меньшее возмущение в составе подвижной фазы в зоне массопереноса вызывает присутствие в колонке адсорбата. Строгая оценка истинной изотермы адсорбции по уравнению (2) требует определения производных дqí|дС] и йСх/йС} (/ = 2, К). Это — трудная задача [12], решение которой в представленной работе невозможно по причине действия усложняющего фактора — кислотно-основной диссоциации ибу-профена и уксусной кислоты, используемой как модификатор подвижной фазы. Таким образом, применение упрощенного уравнения (3) остается единственной возможностью исследовать представленную систему в рамках элюентной хроматографии.
Стандартная процедура метода Глюкауфа предполагает определение численного значения правой части уравнения (3) путем интегрирования по размытой ветви хроматографического пика. При этом критерием применимости метода является совпадение размытых участков хромато-графических пиков, полученных от проб с возрастающим содержанием адсорбата [9]. Считается, что в таком случае достигается мгновенное равновесие в зоне массопереноса и, следовательно, размывание пика объясняется не кинетическими, а термодинамическими причинами, в частности, нелинейностью изотермы адсорбции.
Как следует из вышесказанного, указанный критерий может не соблюдаться при одновременном выполнении условий идеальной модели в силу зависимости функции q1 от иных, нежели С1, концентрационных переменных. Частным случаем этой зависимости, важным для проблемы хро-
Ацетатный буфер : этанол (v/v) рН
60 : 40 5.0
50 : 50 5.2
40 : 60 5.6
матографии слабых электролитов, является зависимость изотермы адсорбции от рН подвижной фазы. Рассмотрим слабую кислоту НА, диссоциирующую по уравнению НА о Н+ + А-. Общая концентрация такого адсорбата в подвижной фазе С1 = СА + СНА. Общая адсорбция является суммой парциальных адсорбций анионной и нейтральной форм q1 = qA + qHA. Поскольку соотношение между анионной и нейтральной формами кислоты в элюенте зависит от значения рН, величина адсорбции также будет функцией кислотности среды [13]. В свою очередь рН подвижной фазы в зоне массопереноса зависит не только от ее состава (растворитель, буферные добавки), но и от значения локальной концентрации элюируе-мого вещества в силу его равновесия диссоциации [14, 15]. Последнее означает, что производная (dqj дС,) в уравнении (1) будет изменяться по разным траекториям для проб различного размера, а, следовательно, не стоит ожидать совпадения размытых ветвей хроматографических пиков при увеличении содержания адсорбата-слабой кислоты в пробе. Именно такая ситуация наблюдается в представленной работе.
Очевидно, что в указанных обстоятельствах применение стандартной процедуры метода Глюкауфа некорректно. Ранее была предложена альтернативная процедура использования уравнения (3), заключающаяся в интегрировании зависимости VR (С) (здесь С — концентрации адсорбата в максимуме пика и VR = VR - V0), полученной по серии хроматограмм проб различной величины [16]. В работах [15, 17] показано, что изотермы адсорбции слабых кислот, измеренные таким образом, не искажаются влиянием диссоциации
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.