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反离子对液相色谱行为的影响与理论解析

嘉峪检测网        2019-05-15 16:26

本文旨在通过对高效液相色谱中引入反离子产生的一些常见的不能用现有理论解释的实验现象进行分析,对液相色谱中缓冲盐及其他盐类添加剂的使用提出新的理论解释,为扩展反离子的使用范围提供理论指导。

 

一、现象与思考

1. 为什么有些分析方法在流动相中加入硫酸钠或者高氯酸钠?

2. 为什么很多分析方法在流动相中使用没有缓冲能力的强酸-三氟乙酸?

3. 为什么有些分析方法的流动相中使用缓冲能力很弱pH5.0的磷酸盐溶液?

4. 为什么有时候不改变pH值增加缓冲盐浓度待测组分保留时间会增加?

5. 为什么有时候在稀释剂中加入中性无机盐如氯化钠会导致峰型异常?

6. 为什么有时候在稀释剂中加入十二烷基硫酸钠会导致峰型异常?

 

二、什么是本文的反离子?

本文所述反离子是相对于待测组分而言,如待测组分为具有电离倾向的化合物,待测组分在流动相或稀释剂中为离子状态或部分为离子状态,则与待测组分离子电荷相反的离子即为本文论述的反离子。

 

三、现行相关理论及其缺陷

1 缓冲盐

在反相色谱(RPC)中,疏水化合物样品的保留值较大。当某种酸或碱发生解离,其疏水性将会大大减弱(亲水性增强)。以某碱B为例,其电离平衡为

反离子对液相色谱行为的影响与理论解析

其保留值T=TB×B%+T BH+×(1- B%),其中TB与 T BH+分别为B与BH+的保留值。再由以下两个公式

反离子对液相色谱行为的影响与理论解析

由于TB、TBH+与kb均为常数,可知保留值为[H+]的一元函数,保留值对应pH的函数图像应呈S形,即某碱B的保留情况由流动相中氢离子浓度(即pH值)决定。如欲维持保留时间的稳定,只需维持流动相中氢离子浓度(即pH)值稳定即可,这就是流动相中使用缓冲盐的理论基础。

 

从上述保留值计算公式可知,碱性化合物的保留值一般随着流动相pH值的增加而增加,无限趋近于分子状态的保留值,随着pH值的减少而减少,无限趋近于离子状态的保留值。该理论是目前主流的关于缓冲盐的理论,但是该理论无法解释一个常见的实验现象:在同样pH值的情况下,流动相缓冲盐浓度的变化会引起某些组分保留时间的变化。这说明流动相中缓冲盐对保留值的影响因素不只是氢离子浓度,还有缓冲盐浓度。

 

2 离子对色谱(IPC)

在反相色谱中,对于极性较强的酸或者碱,其保留值很低,接近于死时间流出,不能进行分析。为了分析离子化的强极性化合物,在上世纪70年代将“离子对萃取”原理引入到高效液相色谱法中,提出了离子对色谱法。离子对色谱法是将一种(或数种)与样品离子电荷(A+)相反的离子(B-,称为对离子或反离子,Counterion)加入到色谱系统的流动相(或固定相)中,使其与样品离子结合生成弱极性的离子对(呈中性缔合物)以增加待测组分的保留值。最常用的阴离子对试剂为烷基磺酸盐,阳离子对试剂为烷基铵。

离子对色谱法的应用较少,一般适用于在反相色谱中保留极弱的强极性化合物的检测;且该理论只能分析流动相中反离子的作用,而未阐述稀释剂中反离子的作用机制。

 

四、离子缔合理论

上述两个理论均不能解释文中提及的实验现象,笔者在对上述观察到的现象进行分析之后,提出了新的假设:液相色谱中的反离子,对于待测组分非中立,它会一定程度上与待测组分离子形成保留更强的中性离子缔合物。以某碱B为例,在有反离子A-的体系中,其离子缔合平衡为:BH++A-BHA。由此可知,在该体系中碱B存在三种形式:分子形态B、离子形态 BH+与离子缔合物BHA。其保留值T=TBHA×BHA%+TBH+×BH+%+ TB×B%,其中TB、TBHA与TBH+分别为B、BHA与BH+的保留值。也就是说,缓冲盐不只是控制酸碱的电离平衡,其反离子还会与酸碱离子形成离子缔合的平衡。结合上述的电离平衡公式B+H+BH+,我们可以推出在H+浓度不变的情况下,随着A-浓度的增加,离子缔合平衡向生成BHA的方向移动,BHA浓度增加,BH+浓度降低,并引起B浓度降低,由于BHA保留更强,因此保留值增加。

由于反离子A-的存在,BH+被缔合成中性BHA,即BH+相对于无反离子时降低,碱B的电离倾向可以等同认为降低,减弱了对流动相中缓冲能力的要求,且由于BH+的减少,碱B与硅氧负离子的二次保留作用减弱,峰型更加对称。

在A-浓度不变的情况下,在一定范围内随着H+浓度的增加,BH+浓度增加,促进离子缔合平衡向生成BHA的方向移动,因此保留增加;超过一定范围后BH+浓度增加导致的保留减少超过BHA的保留增加效果,将会导致待测物保留减少,同理保留值在一定范围内随着H+浓度的减少而减少,超过一定范围后B浓度的增加导致的保留增加超过BHA减少的负面作用,H+浓度减少保留时间增加。

由于篇幅有限,本文就不再推导T对应A-浓度与H+浓度的计算公式,有兴趣的读者可以自行推导。

 

五、实践中离子缔合理论的应用

1 碱性化合物分析

如待测组分为碱性化合物,在流动相中加入反离子,可以减少待测物离子与硅氧负离子的二次保留作用,减少待测组分峰拖尾的程度,可在流动相中加入适量反离子如硫酸钠或高氯酸钠等。

3 溶剂效应

如稀释剂中存在强离子缔合作用的反离子,则可能由此导致待测组分在稀释剂与流动相中离子缔合状态差异较大而导致溶剂效应。

4 两性化合物

可通过离子缔合理论研究减轻碱性接团导致的峰拖尾方法,如引入反离子硫酸钠或高氯酸钠甚至烷基磺酸钠,酸性基团可以通过加入缓冲盐控制电离比例的方式控制峰型。笔者一般不建议加入两种电荷相反的强缔合作用的反离子。

 

六、其他

由于该理论为新创,笔者尚未来得及进行系统的研究,如离子缔合强度与哪些因素有关?有机相比例又会如何影响离子缔合?除了电离状态与离子缔合,液相色谱中的离子对色谱行为是否还存在其他的作用机制?这些都是非常让人感兴趣的值得研究的内容,欢迎各位同仁及院校学者一起研究,如引用本文观点,请注明来源。

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来源:药事纵横

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