2.3D: Teoria separării
Teorie generală
TLC este un instrument analitic excelent pentru separarea amestecurilor dintr-o probă. În această secțiune sunt discutate detaliile separării și se dezvoltă discuția generală din secțiunea 2.1.B.
În toate formele de cromatografie, probele se echilibrează între fazele staționară și mobilă. În aproape toate aplicațiile de TLC, faza staționară este un adsorbant din silice sau alumină, iar faza mobilă este un solvent organic sau un amestec de solvenți („eluent”) care urcă pe placă (ecuația 3).
Silica gel (prezentată în figura 2.16) este compusă dintr-o rețea de legături siliciu-oxigen, cu legături \(\ce{O-H}\) pe suprafața sa, precum și un strat de molecule de apă. Gelul de siliciu \(\left( \ce{SiO_2} \cdot x \ce{H_2O} \right)\) este utilizat în această discuție, dar este structural analog cu alumina \(\left( \ce{Al_2O_3} \cdot x \ce{H_2O} \right)\). Această fază staționară foarte polară este combinată cu o fază mobilă relativ nepolară (un solvent sau o soluție organică), în ceea ce se numește TLC „în fază normală”. Deși aceasta este cea mai comună formă de TLC (și pe care se va pune accentul în această secțiune), se utilizează uneori TLC „în fază inversă” (cu o fază staționară nepolară și o fază mobilă polară).
Figura 2.16 arată cum s-ar agăța acetofenona de suprafața silicagelului prin forțe intermoleculare (FMI). În acest caz, acetofenona se poate lega prin legături de hidrogen (FMI indicată în figura 2.16a) de suprafața siliciului prin atomul său de oxigen. Pe măsură ce eluentul curge peste probă (figura 2.16b), se stabilește un echilibru între proba care este adsorbită pe faza staționară și dizolvată în faza mobilă. Atunci când se află în faza mobilă, compusul se deplasează în sus pe placă odată cu fluxul de lichid (figura 2.16c) pentru a se adsorbi ulterior pe faza staționară mai sus pe placă. Rezultatul \(R_f\) al compusului depinde de timpul petrecut în fazele staționară și mobilă.
.png?revision=1&size=bestfit&width=1110&height=395)
Distribuția de echilibru între cele două faze depinde de mai mulți factori:
- Depinde de puterea forțelor intermoleculare dintre probă și faza staționară.
Un compus care formează FMI-uri puternice cu silicea sau alumina va favoriza adesea faza staționară și va petrece o mare parte din timpul de eluție lipit de placă. Acest lucru înseamnă că va petrece mai puțin timp în faza mobilă (care este singurul mijloc prin care se deplasează în sus pe placă), ceea ce face ca acesta să ajungă jos pe placa TLC și să aibă un \(R_f\) scăzut.
Compușii care au atomi de oxigen sau de azot ar trebui să fie capabili să se lege de hidrogen cu faza staționară (au o FMI puternică cu faza staționară) și, prin urmare, vor avea valori \(R_f\) mai mici decât compușii de dimensiuni similare care pot interacționa doar prin forțele de dispersie London (LDF). - Depinde de puterea interacțiunii dintre probă și faza mobilă.
Deoarece faza mobilă este întotdeauna mai puțin polară decât faza staționară în TLC în fază normală, compușii polari vor avea tendința de a avea o afinitate mai mică pentru faza mobilă decât compușii nepolari (pe baza principiului „similarul dizolvă similarul”). Prin urmare, compușii polari tind să petreacă mai puțin timp de eluție în stare mobilă decât un compus nepolar, astfel încât se vor deplasa „mai încet” pe placă și vor avea un \(R_f\) scăzut.
Gradul de atracție al unui compus față de fazele staționară și mobilă duce la aceeași concluzie:
- Cu cât mai puternică este posibila FMI cu faza staționară (adesea cu cât mai multe grupe funcționale polare de pe un compus), cu atât mai mult timp compusul va staționa \(\rightarrow\) mai puțin \(R_f\).
- Cu cât mai multe grupe funcționale polare sunt prezente pe un compus, cu atât acesta tinde să fie mai puțin atras de eluentul mai puțin polar și cu atât mai puțin timp compusul va fi mobil \(\rightarrow\\) mai mic \(R_f\).
Astfel, un compus cu un \(R_f\) mai mic tinde să aibă mai multe grupe funcționale polare decât un compus cu un \(R_f\) mai mare (rezumat în figura 2.17).
