Минеральные (неорганические) адсорбенты

Лекция 5

План лекции. Адсорбенты в газотвердофазной хроматографии. Носители и неподвижные фазы в газожидкостной хроматографии. Подвижные фазы.

АДСОРБЕНТЫ

Адсорбенты большей частью используют для разделения газов и низкомолекулярных соединений. Разделение проводят, как правило, при температуре выше температуры кипения используемых соединений.

В качестве адсорбентов используют пористые носители, которые обладают

· химической, физической и термической стабильностью;

· однородной поверхностью;

· равномерным распределением по размеру пор;

· оптимальной адсорбционной активностью.

Адсорбционная активность зависит

· Во-первых, от удельной поверхности, которая определяется геометрической структурой носителя.

· Немаловажна удельная поверхностная энергия. Она зависит от химической структуры поверхности.

Среди достоинств адсорбентов — способность выдерживать высокие температуры и не создавать фона при детектировании примесей на ионизационных детекторах. Для адсорбентов характерна высокая селективность, что позволяет разделить газы и легкие углеводороды.

Минеральные (неорганические) адсорбенты

К числу неорганических адсорбентов относят активный уголь*, силикагель, оксид алюминия, графитированную сажу и молекулярные сита.

В газовой хроматографии преимущественно используют широкопористые силикагели, которые получают из обычного силикагеля высокотемпературной обработкой (до 700—950°С). Удерживание на силикагелях и на оксиде алюминия зависит от:

– удельной поверхности,

– степени насыщения поверхности водой,

– условий предварительной термообработки,

– а также от свойств разделяемых соединений, в первую очередь их полярности, наличия водородных связей и др.

Селективность оксида алюминия обусловлена присутствием на его поверхности льюисовских свободных кислот (например, Al₂O₃). Применение адсорбентов на основе Al₂O₃ ограничено из-за его гигроскопичности и асимметрии получающихся хроматографических пиков. Такие сорбенты используют для разделения легких углеводородов. Насыщение адсорбентов водой приводит к существенному увеличению удерживания.

Изменение селективности достигается нанесением на силикагель неорганических солей или небольших количеств малолетучих жидкостей. Благодаря закрытию наиболее энергетически сильных участков, общая энергетическая однородность повышается и удерживание и асимметрия пиков существенно уменьшается.

Среди других неорганических адсорбентов заслуживает внимания — графитированная сажа, получаемая нагреванием сажи в атмосфере инертного газа при 3000 °С. Вследствие этого удаляются все летучие примеси, происходит перекристаллизация углерода и поверхность становится энергетически однородной. В результате улучшается симметрия пиков. Графитированная сажа является наиболее подходящим адсорбентом для разделения геометрических изомеров. Поверхность графитированной сажи модифицируют добавками таких кислот, как пикриновой или фосфорной. При использовании графитированной сажи реализуются наиболее существенные достоинства газоадсорбционной хроматографии по селективности и эффективности.

Большим классом адсорбентов являются молекулярные сита (цеолиты) как природного, так и синтетического происхождения. Их общая формула M_2/mO·Al₂O₃· n SiO₂· x H₂O (где М — катион щелочных или щелочноземельных металлов). Структурными блоками алюмосиликатных матриц являются анионы [SiO₄]^4- и [АlO₄]^4-, связанные через атомы кислорода. Диаметр пор в молекулярных ситах определяется размером атома катиона. Сама структура — микропористая и размер пор близок к размерам небольших молекул. Поэтому цеолиты пригодны для разделения газов и самых легких углеводородов. Цеолиты легко поглощают влагу, при этом их свойства сильно изменяются.