Eda
第8楼2011/12/16
固相萃取过程中涉及的作用力
在固相萃取过程中,化合物在吸附剂上的保留和洗脱受吸附剂- 化合物和溶剂- 化合物间的作用力控制,当吸附剂对化合物的作用力强于溶剂时,化合物被吸附剂保留,反之则被洗脱。掌握吸附剂、化合物以及溶剂间的作用力对建立和优化固相萃取方法具有重要的指导意义,因而该部分将是固相萃取技术资料的核心部分。
固相萃取过程中涉及的相互作用可分为以下四类:非极性(Non-polar),极性(Polar),离子交换(Ion Exchange) 和共价键(Covalent)。每种吸附剂与目标化合物间均存在一种以上的相互作用。
1 非极性相互作用(Non-polar Interaction)
非极性相互作用是指发生在( 吸附剂上) 烃基和( 目标化合物上) 烃基之间的作用力,这类基团呈现非极性或弱极性,它们之间仅存在一种名为“色散力” 的作用力( 属于Van DerWaals 力的一种)。由于绝大多数有机化合物分子均含有或多或少的非极性基团,非极性相互作用会使这些化合物保留在含有非极性官能团的吸附剂上。
未键合的硅胶不显示非极性相互作用,但硅胶基质键合链状官能团后得到的吸附剂会表现出一定程度的非极性,使得硅胶键合相具有非极性相互作用。C18( 硅胶键合十八烷基,封端) 是真正的非极性吸附剂,它和目标化合物之间仅存在非极性相互作用;C8( 硅胶键合辛基)和PH( 硅胶键合苯基) 的非极性弱于C18,但非极性相互作用仍是这些吸附剂的主要作用力,它们与目标化合物间的其他作用力可以被忽略。C2( 硅胶键合乙基) 和CN( 硅胶键合氰丙基)的碳链更短,同时具备非极性相互作用和极性相互作用,但非极性相互作用仍占优势。键合有极性基团和离子基团的吸附剂(NH2、PSA、SCX、SAX 等) 具有较强的极性,它们与目标化合物间的非极性相互作用显得微不足道。
对于聚合物基质的吸附剂,比如ProElut PLS、 PXC、PXA、PWC、PWA 等以聚苯乙烯/二乙烯基苯共聚物为基质的吸附剂,吸附剂中的苯基和乙烯基为非极性基团,非极性相互作用是这些吸附剂与目标化合物间重要的作用力。ProElut PXC、PXA、PWC、PWA 等与离子型化合物间还存在较强的离子交换作用,是另一重要作用力。
吸附剂与目标化合物间作用力的强弱还受溶剂环境的影响。一般情况下,强极性溶剂环境可以促进非极性吸附剂和目标化合物之间的非极性相互作用,并且在极性环境下,即使目标化合物含有极性基团,其非极性部分与非极性吸附剂之间也将发生非极性相互作用。因而使用非极性和弱极性吸附剂时,最好的样品溶剂是纯水,因为纯水可以增加非极性相互作用,促进目标化合物保留。另一方面,极性较弱的有机溶剂对目标化合物具有一定的溶解性,能够破坏目标化合物和吸附剂之间非极性相互作用,比如甲醇这样的极性溶剂就具有足够的非极性以打断许多弱极性化合物与非极性吸附剂之间的非极性相互作用,将化合物从吸附剂上洗脱下来。对于极性更弱的目标化合物,就需要乙酸乙酯、甲基叔丁基醚甚至正己烷这样的弱或非极性溶剂进行洗脱。
一般来说,非极性萃取法比极性或离子交换萃取法选择性小,尤其是当目标化合物结构与样品基质组分相似的时候,但非极性相互作用用于分离结构具有差异的一组化合物时则很有效。
总之,通过非极性相互作用保留目标化合物时( 亦即使用反相固相萃取柱时),极性溶剂( 尤其是纯水) 能够增强这类分离物的保留,可以选作上样时的样品溶剂和淋洗溶剂;弱极性的溶剂或混合溶剂能够破坏目标化合物与吸附剂间的非极性相互作用,将目标化合物从非极性吸附剂上洗脱下来。
Eda
第11楼2011/12/28
2 极性相互作用(Polar Interaction)
多种吸附剂与目标化合物官能团之间存在极性相互作用。极性相互作用包括氢键(Hydrogen Bond),偶极距(Dipole/Dipole),诱导偶极距(Induced Dipole/Dipole),π-π(Pi-Pi)和其它多种相互作用力。极性基团上往往是一些电负性差异较大的原子,电子云在这些原子间具有不同的密度,使官能团带有极性,这一性质进而使具有极性官能团的目标化合物分子与吸附剂上的极性官能团发生相互作用。典型的极性互相作用基团包括羟基、胺基,羰基、巯基、双键以及带有杂原子( 如氧、氮、氟、硫和磷) 的基团。
由于硅胶基质( 尤其是游离的硅羟基) 具有较强的极性,极性相互作用广泛存在于硅胶键
合吸附剂中,在非极性溶剂中,硅胶键合吸附剂的次级极性相互作用尤为显著,含胺基和羟基对次级相互作用极为敏感。键合了非极性基团的非极性吸附剂(C18、C8、PH、CH 等) 通常被用来保留非极性和弱极性化合物,其硅胶基质表面残余的硅羟基经过了封端处理,并且通常在极性溶剂环境下操作,因而次级相互作用在这些硅胶键合吸附剂中非常微弱;在极性硅胶键合吸附剂(Silica、NH2、PSA) 和离子交换硅胶键合吸附剂(SCX、SAX) 中极性相互作用是被期望的,所以无须进行封端处理以抑制次级相互作用。
氢键是最主要极性相互作用力之一。氢键产生的条件为:电负性原子X( 氟、氯、氧、氮等)共价结合的氢原子与另一电负性原子Y( 氟、氯、氧、氮等) 接近,在X 与Y 之间以氢为媒介,生成X-H…Y 形式的键。羟基或氨基是最主要氢键给予体,能与氢键给予体相互吸引的官能
团( 亦即氢键受体) 是那些包含氧、氮或硫原子的基团。
非极性溶剂能促进极性分离物在极性吸附剂上的保留,这是因为非极性溶剂分子无法轻易破坏吸附剂和目标化合物之间的极性相互作用。反之,极性溶剂就能有效地破坏这种极性相互作用,这是因为极性目标化合物易溶于极性溶剂中,并且极性溶剂能更有效地与目标化合物竞争吸附剂上的吸附位点。
高离子浓度同样能够破坏极性相互作用,极性目标化合物经常通过与硅胶基体的次级相互作用保留在非极性吸附剂上,但是这种保留被高离子浓度抑制。如果次级相互作用是需要的,可以让Tris 缓冲液通过吸附剂,使该作用力得到加强。
总之,通过极性相互作用保留目标化合物时,非极性溶剂( 尤其是正己烷) 能够增强这类
分离物的保留,可以选作上样时的样品溶剂和淋洗溶剂;极性和高离子强度的溶剂能够破坏目标化合物与吸附剂间的极性相互作用,将分离物从极性吸附剂上洗脱下来。极性的次级相互作用是胺基或羟基类目标化合物从非极性溶剂萃取进入极性吸附剂的重要因素。