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甲醇 or 乙腈?反相色譜中有機(jī)相如何選擇!

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2024-04-09
核心提示: 我們?cè)跍?zhǔn)備反相液相色譜的流動(dòng)相時(shí),甲醇和乙腈被廣泛用作有機(jī)溶劑。但是為什么有時(shí)候使用甲醇,而有時(shí)候使用乙腈呢?這兩
 我們?cè)跍?zhǔn)備反相液相色譜的流動(dòng)相時(shí),甲醇和乙腈被廣泛用作有機(jī)溶劑。但是為什么有時(shí)候使用甲醇,而有時(shí)候使用乙腈呢?這兩種有機(jī)溶劑之間有什么區(qū)別呢?

一、乙腈&甲醇的性質(zhì)
  • 化學(xué)性質(zhì)
乙腈是一種極性的不可電離非質(zhì)子酸,由于存在由于存在C≡N,它可以帶來(lái)π-π相互作用,又因?yàn)榈泳哂懈唠娯?fù)性,它也可以與另一分子形成氫鍵。甲醇是一種極性的可電離質(zhì)子酸,它可以和另一個(gè)分子相互作用形成氫鍵。為什么甲醇也可以形成氫鍵呢?因?yàn)榧状忌嫌?OH的存在,氧是高電負(fù)性原子,它可以部分極化分子。它在氧上產(chǎn)生微負(fù)電荷,在氫原子上產(chǎn)生微正電荷。因此,這個(gè)微正電荷的氫原子可以與微負(fù)電荷的原子形成氫鍵。
那么什么是極性可電離質(zhì)子溶劑?極性可電離質(zhì)子溶劑指的是具有氫原子與氧(如羥基)、氮(如胺基)或氟(如氟化氫)結(jié)合的溶劑。乙腈中存在氫原子,但這些氫原子不與氧形成氫鍵,因此,不能說(shuō)乙腈是可電離的極性溶劑。而甲醇,氫原子可以與氧形成氫鍵,因此,甲醇是可電離極性溶劑。
  • 截止波長(zhǎng)
當(dāng)使用這些有機(jī)溶劑配制流動(dòng)相,選擇檢測(cè)波長(zhǎng)時(shí),了解它們的紫外截止波長(zhǎng)是非常重要的。乙腈與甲醇相比,它的截止波長(zhǎng)更低,約為190nm,而甲醇約為210nm,這意味著使用乙腈時(shí)可以在190nm的低波長(zhǎng)下進(jìn)行檢測(cè),但使用甲醇作為有機(jī)溶劑,可能無(wú)法使用低于210nm的波長(zhǎng),因?yàn)榇藭r(shí)會(huì)產(chǎn)生很多基線噪音。
  • 經(jīng)濟(jì)成本
另一個(gè)重要因素是甲醇和乙腈的經(jīng)濟(jì)成本。乙腈價(jià)格高于甲醇,因此當(dāng)有可能使用甲醇代替乙腈時(shí),可以使用甲醇以節(jié)省實(shí)驗(yàn)室成本。
二、有機(jī)溶劑比與柱壓的關(guān)系
我們的HPLC系統(tǒng)一般能承受的背壓約為4000psi,超過這個(gè)數(shù)值泵就無(wú)法工作。因此,應(yīng)優(yōu)先選擇產(chǎn)生最小背壓的流動(dòng)相。有機(jī)溶劑和背壓之間存在怎樣的關(guān)系呢?在上圖中,使用色譜柱:ODS(150mm×4.6mm,5μm),流  速:1.0ml/min,比較了乙腈與水和甲醇與水混合物在不同條件的壓力。由于較高的溫度導(dǎo)致溶劑的粘度降低,壓力也趨向降低。將柱溫設(shè)置在25~40℃之間進(jìn)行比較,我們可以看到甲醇的壓力更高。因此,將流動(dòng)相中的乙腈替換為甲醇時(shí),需要重新評(píng)估儀器系統(tǒng)和色譜柱的耐壓能力。
三、乙腈&甲醇的溶劑強(qiáng)度比較
現(xiàn)在我們來(lái)了解一下這兩種重要有機(jī)溶劑的強(qiáng)度。圖3展示了使用ODS柱分離對(duì)羥基苯甲酸類化合物(即對(duì)羥基苯甲酸酯)的一個(gè)例子?梢钥闯霎(dāng)乙腈和甲醇以相同的比例與水混合時(shí),乙腈流動(dòng)相的洗脫強(qiáng)度更大。圖4中的等效溶劑強(qiáng)度示意圖有助于在這些溶劑之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)近似計(jì)算洗脫強(qiáng)度。例如,如果我們先前使用的是50/50(體積比)的乙腈/水作為流動(dòng)相,在轉(zhuǎn)換為甲醇時(shí),等效的甲醇/水比例將為60/40(體積比)。
圖3中分析的是以下6種分析物:甲基對(duì)羥基苯甲酸酯,乙基對(duì)羥基苯甲酸酯,異丙基對(duì)羥基苯甲酸酯、丙基對(duì)羥基苯甲酸酯、異丁基對(duì)羥基苯甲酸酯以及正丁基對(duì)羥基苯甲酸酯。這些對(duì)羥基苯甲酸酯在甲醇中的流動(dòng)相中,它們都可以被有效地保留,但是當(dāng)換成到乙腈時(shí),保留時(shí)間會(huì)大大降低。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了乙腈在反相液相色譜中的洗脫能力更強(qiáng)。
圖片
那么為什么甲基對(duì)羥基苯甲酸酯會(huì)先洗脫出來(lái),而正丁基對(duì)羥基苯甲酸酯卻最后才洗脫出來(lái)?看一下甲基對(duì)羥基苯甲酸酯和丁基對(duì)羥基苯甲酸酯的結(jié)構(gòu),甲基對(duì)羥基苯甲酸酯的碳鏈長(zhǎng)度較短,而正丁基對(duì)羥基苯甲酸酯的碳鏈長(zhǎng)度較長(zhǎng)。碳鏈長(zhǎng)度的變化會(huì)影響化合物的非極性,碳鏈較短的化合物非極性較弱,因此在這種情況下,可以清楚地看到正丁基對(duì)羥基苯甲酸酯與甲基對(duì)羥基苯甲酸酯相比非極性更強(qiáng)。
我們使用的是Shim-Pack ODS色譜柱,C18色譜柱的保留是由疏水或非極性相互作用所決定的。非極性化合物會(huì)在C18固定相上相互作用或保留更長(zhǎng)時(shí)間,在這種情況下,由于正丁基對(duì)羥基苯甲酸酯具有更高的非極性特性,它會(huì)在C18固定相上保留更長(zhǎng)時(shí)間。
四、乙腈&甲醇洗脫選擇性的差異
下一個(gè)重要的點(diǎn)是甲醇和乙腈之間的洗脫選擇性不同,我將根據(jù)苯酚、苯甲酸和對(duì)甲苯酸的洗脫來(lái)解釋這兩種不同的選擇性。甲醇的流動(dòng)相是緩沖液:甲醇(40:60),而乙腈的流動(dòng)相是緩沖液:乙腈(60:40)。使用的色譜柱是Shim-pack VP-ODS,在這種情況下,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)用甲醇時(shí),苯酚首先洗脫,然后是苯甲酸,最后是對(duì)甲苯酸,但是在乙腈的條件下,會(huì)發(fā)現(xiàn)苯甲酸首先洗脫,然后是苯酚,最后是對(duì)甲苯酸。那么為什么用乙腈更容易洗脫苯甲酸呢?是什么使苯甲酸先于苯酚洗脫?
在這種情況下,我們需要了解苯甲酸與乙腈之間存在額外的相互作用,即與乙腈的碳氮三鍵和苯甲酸上的羰基氧上的π電子的π-π相互作用。因?yàn)榧状疾缓须娮,因此這種π-π相互作用在甲醇中是不存在的,但在乙腈中卻很可能發(fā)生,并且由于這種額外的相互作用,苯甲酸將更喜歡存在于乙腈的流動(dòng)相中。因此,它將隨著流動(dòng)相一起流動(dòng),因此更快地洗脫出來(lái)。為什么對(duì)甲苯甲酸的保留時(shí)間較長(zhǎng)?烷基鏈的存在將疏水性帶入分子中,如果疏水性存在,則可以通過疏水相互作用與C18固定相發(fā)生相互作用,F(xiàn)在,在苯酚、苯甲酸中沒有烷基鏈的存在,但是在對(duì)甲苯甲酸的情況下,有一個(gè)甲基鏈,這個(gè)甲基鏈帶來(lái)了一點(diǎn)疏水性,因此會(huì)與C18等疏水性固定相發(fā)生相互作用,這導(dǎo)致對(duì)甲苯甲酸與固定相之間有很好的相互作用,因此會(huì)保留更長(zhǎng)時(shí)間。
五、將乙腈&甲醇與緩沖液混合產(chǎn)生的沉淀
在反相液相色譜中,緩沖液與有機(jī)溶劑的流動(dòng)相混合使用,此時(shí)有機(jī)溶劑的濃度過高可能會(huì)導(dǎo)致緩沖鹽沉淀。上表中,分別展示了常用緩沖液與乙腈或甲醇混合后是否會(huì)沉淀的情況。我們可以看到,對(duì)于某些緩沖液,無(wú)論使用哪種有機(jī)溶劑都不會(huì)發(fā)生沉淀,但通常情況下,在甲醇條件下產(chǎn)生沉淀的情況較少。
六、與水混合產(chǎn)生的反應(yīng)熱
  • 當(dāng)甲醇與水混合時(shí),會(huì)放出熱量;
  • 當(dāng)乙腈與水混合時(shí),會(huì)吸收熱量;
  • 隨著乙腈混合物逐漸回到室溫,液體中會(huì)產(chǎn)生氣泡;
  • 甲醇與水混合時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量,具有脫氣效果;
  • 配制水和甲醇混合物作為流動(dòng)相時(shí)需要的關(guān)注比乙腈更少。
編輯:songjiajie2010

 
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