Определение алифатических аминов методом двухколоночной ионной хроматографии с кондуктометрическим детектированием

УДК 543.544.6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЛИФАТИЧЕСКИХ АМИНОВ МЕТОДОМ ДВУХКОЛОНОЧНОЙ ИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ С КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИМ ДЕТЕКТИРОВАНИЕМ

О.Н.Обрезков, А.Ю.Никифоров, А.Д.Смоленков, О.А.Шпигун

Изучено ионохроматографическое поведение ряда алифатических аминов на модифицированном силикагеле. В качестве модификаторов использовали растворы додецилбензолсульфоновой и ди-(2-этилгексил)фосфорной кислот. Исследовано влияние добавки органического растворителя в элюент на времена удерживания. Показана возможность определения алифатических аминов методом ионной хроматографии с подавлением.

Одно из несомненных достоинств ионной хроматографии - возможность одновременного определения органических и неорганических ионов. Однако ионохро-матографическому определению органических ионов, особенно аминов, уделяется значительно меньше внимания по сравнению с неорганическими.

Алифатические амины относятся к слабым основаниям, поэтому для их ионообменного разделения требуются кислотные элюенты [1-3]. Протонированные амины находятся в растворе в виде катионов. Алифатические амины определяют методом катионообменной хроматографии (как с подавлением, так и без подавления) с кондуктомет-рическим или другими видами детектирования, используя условия, хорошо зарекомендовавшие себя при разделении щелочных металлов [4-8]. При этом перечень аминов ограничен, как правило, короткоцепочечными метил- и этаноламинами.Известно разделение алифатических аминов методом обращеннофазной ВЭЖХ с УФ-детектированием в виде производных [9, 10]. В этом случае, с одной стороны, необходимо время для получения производных [9], с другой - неионные примеси, всегда присутствующие в содержащих амины объектах, могут оказывать мешающее влияние [10].

Обладая рядом преимуществ перед химически привитыми ионообменниками, катионообменники, получаемые модифицированием силикагеля для обращеннофазной ВЭЖХ, используют в ионной хроматографии уже на протяжении ряда лет для определения катионов щелочных, щелочноземельных и переходных металлов. В частности, можно быстро изменять емкость и селективность модифицированных катионообменников путем варьирования концентрации или состава модифицирующего раствора. В некоторых случаях подобные сорбенты характеризуются большей эффективностью разделения благодаря высокой скорости обмена, меньшему размеру и однородности частиц. Цель данной работы - изучение возможности определения аминов при использовании модифицированного силикагеля в варианте двухколоночной ионной хроматографии.

Экспериментальная часть

В работе использовали ионный хроматограф "1С-1000" {Eppendorf-Netheler-Hinz, Division Biotronik, Германия) с кондуктометрическим детектором и размером петли 50 мкл, разделяющую колонку 50x3 мм и подавляющую колонку "BT-S-AG" 150x6,6 мм (Biotronik). Разделяющую колонку заполняли суспензионным способом предварительно модифицированным сорбентом для обращеннофазной хроматографии (10 мкм Silasorb SPH- С18, Lachema, Чехия). Элюент 1-5 мМ НС1 - 0,1 мМ додецилбензолсульфоновой кислоты (ДБСК); элюент II - 2 мМ НС1 - 0,2 мМ ди-(2-этил-гексил)фосфорной кислоты (ДЭГФК). Расход элюента составлял 1,4 мл/мин.

Результаты и их обсуждение

При элюировании водным раствором смеси 5 мМ НС1 с 0,5 мМ ДБСК наблюдается следующий порядок выхода:

I

25

50

25

50

75

_1_L.

10 20

t. мин

Рис. 1. Хромагограммы растворов, содержащих: а- метиламины, б-эпшамины, 0-зггансщамины.Элюекп /-натрий, 2-аммоний, 3-метламин, 4-диметпамин, 5-триметпамин, б-эггиламин, 7-дютламин, 8 -этаноламин, Р-яютанопамин

метиламин (МА) < диметиламин (ДМА) < этиламин (ЭА) < триметиламин (ТМА) < тетраметиламмоний (тМА) < ди-этиламин (ДЭА). Однако в этих условиях нельзя разделить ТМА и тМА, кроме того, время удерживания ТМА, тМА и ДЭА слишком велико, а хроматографические пики характеризуются сильным размыванием (рис. 1).

Приведенные хроматограммы свидетельствуют о том, что удерживание алифатических аминов зависит от структуры и числа алифатических радикалов. Чем больше число радикалов и чем они гидрофобнее, тем сильнее амин удерживается на катионообменнике. Поэтому ЭА удерживается сильнее, чем МА, а тМА - сильнее, чем ТМА. В этих же условиях возможно определение этанола-мина (ЕтА) и диэтаноламина (ДЕтА), которые удерживаются слабее МА, т.е. введение в радикал гидроксогруппы, которая уменьшает гидрофобность, приводит к уменьшению времени удерживания. В связи с этим время удерживания ЕтА меньше, чем ЭА.

разделение ионов натрия и аммония происходит исключительно по ионообменному механизму, в то время как в удерживание аминов значительный вклад вносят эффект нарушения структуры воды и гидрофобные взаимодействия с матрицей сорбента. Полученные результаты позволили выбрать условия определения метиламинов и этиламинов. При 10%-й добавке изопропанола в элюент можно определять ЭА, ДЭА и ТЭА за 25 мин (рис. 3, а), а МА, ДМА и ТМА - за 25 мин при концентрации изопропанола в подвижной фазе 2,5 - 5% (рис.3,б).

V-"

1_I_I_I

О 10 20 30

10 20 30

10,0 С, %

Рис. 2. Зависимость удерживания метиламинов от содержания изопропанола в элюенте. Элюент: 1 - натрий, 2 — аммоний, 3 — метиламин, 4 — диметиламин, 5 - триметиламин, 6 — этиламин, 7 — диэтиламин, 8 — этаноламин, 9 — диэтаноламин

Зависимость времени удерживания аминов от гид-рофобности радикала предполагает возможность введения органических добавок в элюент для снижения гидрофобного взаимодействия и, следовательно, времени удерживания. На рис. 2 приведены зависимости времени удерживания метиламинов от концентрации изопропанола в элюенте. С увеличением концентрации изопропанола время удерживания уменьшается, пики становятся более узкими и симметричными. Следует отметить, что наклон зависимостей увеличивается при переходе от МА к ТМА, в то время как зависимости для натрия и аммония идут параллельно и характеризуются меньшим углом наклона. Аналогичный эффект наблюдается и для этиламинов. Вероятно, этот факт можно объяснить, предположив, что

Рис. 3. Хроматограммы растворов, содержащих: а — метиламины,

б — этиламины. Элюент I с добавкой 2,5 % (а) и 10% (б) изопропанола: 1 — натрий, 2 —аммоний, 3 — метиламин, 4 — диметиламин, 5 — триметиламин, 6 — этиламин, 7 — диэтиламин, 8 — триэтиламин

Помимо изопропанола в качестве добавок исследовали также этанол, ацетонитрил и ацетон (таблица). Все эти соединения снижают времена удерживания, причем наиболее заметно - ацетон и изопропанол, которые имеют по две метильных группы.

Очевидно, что для экспрессного ионохроматографи-ческого определения сильно удерживаемых аминов можно не только варьировать состав растворителя, но и изменять модификатор. В качестве другого модификатора был использован довольно известный жидкий ионообменник -ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота. Избирательность полученного динамически покрытого сорбента по отношению к некоторым аминам представлена в таблице. По сравнению с ДБСК применение ДЭГФК позволило значительно расширить перечень определяемых аминов. Среди них можно выделить две группы: амины, которые удерживаются средне (ЭА, тЭА, ДЭА, ТЭА), и амины, которые удерживаются

сильно (к-бутиламин, дипропиламин (ДПА) и дибутила-мин (ДБА)).

Хроматограмма сильно удерживаемых аминов показана на рис. 4. Эти амины определяются в течение 30 мин. При использовании ДЭГФК в качестве модификатора на процесс удерживания аминов влияет также органический растворитель, но в меньшей мере, чем при модифицировании обращенной фазы ДБСК. Вероятно, это связано с более равномерным покрытием обращенной фазы ФК по сравнению с ДБСК.

Полученные результаты, отражающие последовательность элюирования изученных аминов, не противоречат литературным данным. В рассмотренных условиях можно определять алифатические амины с обычной для ионной хроматографии чувствительностью. Пределы обнаружения, рассчитанные из соотношения сигнал/шум 3:1, находились на уровне 10 мкг/ л.

Селективность модифицированных катионообменников к некоторым алифатическим аминам

4

Л

1-1-1-1_I_

О 10 20 30

t, мин

Рис. 4. Хроматограмма смеси, содержащей: 1 — натрий, 2 — н-бутиламин, 3 — дипропиламин, 4 — дибутиламин. Элюент II

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Gjerde D.T., Fritz J.S. Ion Chromatography. N.Y., 1987.

2. Шпигун O.A., Золотое Ю.А. Ионная хроматография и ее применение

в анализе вод. М., 1.990.

3. HaddadP.K, Jackson P.E. Ion chromatography: principles and application.

Amsterdam, Oxford, N.Y., Tokyo. 1990.

4. Halle J., Navarro P., Nguyet T.T. И J.Chromatogr. 1991. 549. P. 159.

5. Gjerde D.T. II J. Chromatogr. 1988. 439. P. 49.

6. Le Page J.N, Rocha E.M. II Anal.Chem. 1983. 55. P. 1360.

7. Daigle K, Mehra M.S. Mallet V. II Chromatographic 1991. 32. P. 143.

8. Obrezkov O.N., Nikiphorov A.Yu., Shpigun O.A. II Intern. Ion Chrom. Symp., Linz, Sept. 21-24, 1992: Book Abstr.- Linz, 1992. P. 20.

9.Barreira E.S., Parente J.P., DeAlencarJ. W. II J.Chromatogr. 1987.398. P. 381.

10. BarthaA., Stahlberg J. //J.Chromatogr. 1990. 535. P. 181.

Поступила в редакцию 21.0S.96

Элюент I Элюент II

Катион водный 10% 10% водный

раствор ацето- изопро- раствор

нитрила панола

Натрий 1.0 1.0 1.0 1.0

Аммоний 2.0 1.4 1.3 1.2

Метиламин 2.8 2.0 1.6 **

Диметиламин 5.2 2.8 2.0 **

Триметиламин 7.7 3.5 2.4 *•

Тетраметиламин 8.1 3.2 2.2 ♦*

Эгипамин 5.7 2.6 1.9 1.9

Диэтиламин 15.0 4.9 2.8 3.9

Триэтиламин * 10.6 4.2 4.5

Тетраэтиламин * 15.3 4.9 3.6

Дипропиламин * * • 19.0

н-Бутиламин * * • 9.7

Дибутиламин * * * 54.0

V

* Время удерживания более 60 мин. ** Слабое удерживание.