img076 2

4.2.1. Adsorbenty i rozpuszczalniki

Klasyfikacja adsorbentów. Pod względem natury chemicznej rozróżnia się adsorbenty nieorganiczne, np. Al₂Oj, MgO, krzemiany naturalne i syntetyczne (silikażel¹, ziemia Fullera²), organiczne (jak węgiel³, sacharoza, poliamidy), mieszane (np. talk i cukier, CaC0₃ i talk), a także specyficzne. Przykładem tych ostatnich adsorbentów może być silikażel o specyficznych porach przygotowywany w obecności związku, który będzie przezeń wybiórczo adsorbowany, kolumny mocznikowe albo kolumny z ziemi okrzemkowej pokryte histonem do frakcjonowania DNA.

Ze względu na właściwości chemiczne wyodrębnia się adsorbenty o charakterze kwasowym (np. Si0₂), zasadowym (np. CaO), amfoterycznym (np. A1₂0₃) lub obojętnym (np. węgiel aktywowany).

Biorąc pod uwagę zdolność i pojemność adsorpcyjną można wyróżnić adsorbenty silne, średnie i słabe i ułożyć je w szeregi według wyrastającej aktywności adsorpcyjnej (tab. 4.1).

Tabela 4.1. Klasyfikacja adsorbentów według rosnącej aktywności (wg: Strain 1942; por. Ćwiczenia z biochemii. PWN, Warszawa 1982, s. 52)

Adsorbenty		Słabe	Średnie	Silne
		sacharoza	węglan wapniowy	aktywowany kwas
				krzemowy
		skrobia	fosforan wapniowy [CaHPOJ	aktywowany krze-
			fosforan trójwapniowy [Ca3(P04)2]	mian magnezowy
Wzrost aktywności		inulina	fosforan magnezowy	aktywowany tlenek glinowy
		cytrynian magnezowy	tlenek magnezowy	aktywowany węgiel
		talk	wapno gaszone [strącony Ca(OH),]	aktywowany tlenek
				magnezowy
i	'	węglan sodowy węglan potasowy		ziemia Fullera

Ze względu na polarność wyróżnia się adsorbenty silnie pełarne (np. Si0₂, A1₂0₃), słabo polarne (np. MgO. CaC0₃) i niepolarne (np. węgiel aktywowany, grafit, talk).

Niektóre właściwości adsorbentów. Adsorbenty powinny odpowiadać następującym wymaganiom: 1) odznaczać się odpowiednią selektywnością i specyficznością działania. 2) wykazywać stosowną pojemność adsorpcyjną, 3) nie reagować z adsorbatem ani z solwentcm, 4) nie rozpuszczać się w solwencic. 5) mieć ściśle określoną wilgotność, 6) posiadać strukturę porowatą o niezbyt drobnych ziarnach, 7) produkcja adsorbentów musi być znormalizowana dla powtarzalności rozdziałów. Należy podkreślić, że rzadko który adsorbent ma pełny zestaw wymaganych właściwości. Jedynie tlenek glinu jest zbliżony do adsorbentu idealnego.

Nie ma reguły pozwalającej wyselekcjonować jakiś adsorbent dla określonego obiektu. Jest to przede wszystkim sprawa doświadczenia osobistego pracownika zajmującego się chromatografią.

Wielkość ziaren adsorbentu. Wymiary ziaren adsorbentu wpływają na trzy ważne cechy procesu: szybkość filtracji, jednorodność napełnienia kolumny oraz na ostrość granic pasm adsorpcyjnych. Prędkość przepływu rozpuszczalnika przez kolumnę, a tym samym migracji pasma adsorpcyjnego, jest większa w przypadku adsorbentu gruboziarnistego. W praktyce stosuje się adsorbenty o wymiarach ziaren od 1.5 do 15 pm. Użycie ziaren drobniejszych zwalnia stopniowo szybkość filtracji, co często pociąga za sobą konieczność zastosowania dodatkowych czynników przyspieszających filtrację, np. przyłożenia ciśnienia na wierzchołek kolumny, bądź ssania u dołu kolumny. Zwolnienie filtracji ujawnia się w nieregularnej powierzchni czoła pasm rozdzielanych, w zjawisku znanym jako uszkodzenie czoła.

Wymiary kolumny adsorpcyjnej. W wyniku licznych doświadczeń przeprowadzanych na różnych wymiarach kolumn tego samego adsorbentu wykazano, że stopień rozdziału składników adsorbatu zwiększa się wraz ze wzrostem stosunku LjD (L — długość. D — średnica kolumny). Powinno się więc używać złoża adsorbentu możliwie długiego i wąskiego. Niestety, kolumny o bardzo małej średnicy nastręczają dużo trudności podczas wprowadzania i usuwania z nich adsorbentu. Dobry rozdział chromatograficzny uzyskuje się na kolumnach, dla których stosunek L/D jest rzędu 20:1.

Często jednak wyłania się konieczność rozdziału na kolumnie adsorpcyjnej większej ilości materiału, a więc zwiększenia pojemności kolumny. Można to częściowo rozwiązać przez maksymalne wydłużenie kolumny przy minimalnym zwiększeniu jej średnicy, aby nic uszkodzić czoła pasm poszczególnych składników rozdzielanego adsorbatu.

Klasyfikacja rozpuszczalników. W chromatografii adsorpcyjnej używa się bardzo różnych związków jako rozpuszczalników, eluentów, cieczy do rugowania i ekstrakcji (lab. 4.2). Stosowane rozpuszczalniki mogą być bezwodne lub nasycone wodą.

labela 4.2. Główne rozpuszczalniki używane w- chromatografii adsorpcyjnej (wg: H. Lcdcrcr 1959; por. Ćwiczenia z biochemii. PWN, Warszawa 1982, s. 55)

Węglowodory	gter naftowy, pentan, heksan, heptan, cykloheksan, benzen, toluen
Pochodne	trifluorobenz.cn, chlorek metylenu, chloroform, czterochlorek węgla; di-,
chlorowcowe	tri- i tetrachlorooctan; di-, tri- i tctrachloroctylcn
Alkohole	pictylowy, etylowy, ;t- i izopropylowy, n- i izobutylowy, izoamylowy, n-hcksylowy, n-oktylowy, cctylowy
Etery	etery: etylu, butylu, amylu, metylu i fenylu; ccllosolw*, mctylo-, butylo-i fenylocellosolw**
Kwasy organiczne	octowy, laurylowy, mirystylowy, stearynowy, palmitynowy, oleinowy, pro-pionowy
Estry	octan, maślan, laurynian metylu lub etylu, octan butylu
Zasady organiczne	pirydyna
Różne	woda

• CjH,—O—(CHjJj—OH.

•• R—O—(CH,),—OH. gdzie R = metyl, butyl, fenyl.

99

1

Żel krzemionkowy (silica gel. silica, silić acid, nicm. Kiesclgcl); uwodnione strąty krzemionki (SiO₂), których skład zmienia się w zależności od zastosowanej metody strąania.

2

' Uwodnione glinokrzemiany magnezu.

3

' Pod tym terminem rozumie się różne odmiany węgla postaciowego, od zwęglonego cukru do węgla zwierzęcego i węgla aktywowanego, tj. węgla pochodzącego ze zwęglenia drewna lub torfu, poddane pewnemu działaniu w celu rozwinięcia powierzchni adsorpcyjnej.