UNIVERSITATEA POLITEHNICA

FACULTATEA DE CHIMIE APLICATĂ ȘI ȘTIINȚA MATERIALELOR

Student: Stănoiu Alexandra Georgiana

Anul II Master – Ingineria Mediului

LICHIDE IONICE

“Aplicarea lichidelor ionice în cromatografia de lichide”

1. Introducere

Cromatografia grupează o variată şi importantă grupă de metode care permit cercetătorului să separe compuşi foarte asemănători din amestecuri complexe.

Metoda cromatografică a fost descoperită de botanistul rus Mihail Tsvet, în 1906 şi a fost folosită întâi pentru separarea unor substanţe colorate pe coloană sau ca eluate colorate.

Metodele cromatografice sunt bazate pe adsorbţia amestecului de substanţe (solid-lichid, lichid-lichid, gaz-lichid) pe un material adsorbant, urmată de desorbţia succesivă (cu ajutorul unui dizolvant adecvat – eluant) a componentelor din amestec

1. Introducere

Lichidele ionice (ILS) sunt săruri formate din azot sau fosfor conținând cationi organici cum ar fi alchil-imidazol, piridină, amoniu sau fosfoniu și o varietate de anioni organici: triflat, dicianamidă, acetat, trifluoroacetat, trifluorometilsulfat sau anioni anorganice: bromură, clorură, azotat, perclorat, tetrafluorborat, sau hexafluorfosfat.

Proprietățile ILS depind de structura lor. Pentru a obține un lichid ionic cu proprietăți dorite, cu punct de topire specific, vâscozitate, densitate, miscibilitate cu apă și solvenți organici, trebuie aleși ionii corespunzători. Din acest motiv, lichidele ionice sunt adesea numite solvenți "designer".

O diferență distinctivă între lichidele ionice și sărurile topite convenționale este data de compoziția acestora. Lichidele ionice sunt amestecuri de cationi organici heteroatomici (N, S sau P) și anioni organici sau anorganici, în timp ce sărurile topite sunt săruri tipic anorganice, de obicei amestecuri de halogenuri metalice.

1. Introducere

Lichidele ionice reprezintă o clasa unică de solvenți pentru procesele catalitice datorită soluțiilor pe care le oferă problemelor asociate solvenților organici convenționali: intensificarea vitezei de reacție, chemo- și regio-selectivității îmbunătățite, separarea simplă a produșilor de reacție și recuperarea catalizatorului.

Posedă o presiune de vapori scăzută, motiv pentru care lichidele ionice nu produc poluarea mediului înconjurător. Caracteristica cea mai specifică a acestor compuși este temperatura de topire scăzută - sub 100 ° C.

Din punct de vedere al tehnicilor de separare, o proprietate importantă a lichidelor ionice este posibilitatea de a genera puternice interacțiuni donor-acceptor, conducție electrică bună (electroforeză capilară), vâscozitate ridicată, tensiune superficială, stabilitate termică, proprietăți excelente ca solvent (de extracție).

2. Proprietățile fizico-chimice ale lichidelor ionice

Lichidele ionice trebuie preparate la vid și sub atmosferă inertă.Un pas major în studiul lichidelor ionice a avut loc în 1992, când s-au realizat sintezele unor serii de săruri de imidazoliu, stabile la aer și umiditate, bazate pe anionii [BF4] și [PF6].

Lichidele ionice prezintă o stabilitate chimică și termică ideală pentru utilizarea lor ca solvenți pentru complecsii metalelor tranziționale. În același timp sunt greu miscibile cu substanțe organice nepolare, permițând formarea sistemelor bifazice și utilizarea lor în cataliza omogenă.

O alta proprietate unică a lichidelor ionice este presiunea de vapori foarte mică, ceea ce înseamnă ca nu dau compuși organici volatili și face posibilă extragerea produșilor prin distilare, fără contaminarea cu solvent. De asemenea, lichidele ionice pot fi recuperate ușor și refolosite.

2. Proprietățile fizico-chimice ale lichidelor ionice

Un avantaj al lichidelor ionice îl constituie robustețea termică ridicată. Ei posedă o stabilitate termică cuprinsă între -40 ° C – 200 ° C, care este mult mai mare decât la alți solvenți cum ar fi apa, amoniul, acetona, metanolul, benzenul sau nitrobenzenul. Un lichid ionic poate fi hidrofob sau hidrofil în funcție de proprietățile ionilor. Lichidele ionice hidrofile reglează sărurile disociate în ioni care sunt hidratați în soluții apoase. Ionii exercită interacțiuni puternice cu moleculele de apă, fapt ce duce la creșterea structurării apei.

Comparând proprietățile lichidelor ionice cu proprietățile altor lichide în conformitate cu molaritatea și conductanța molară, este clar faptul că lichidele ionice moderne constau nu numai în ioni, ci, de asemenea, și în molecule nedisociate într-o formă de perechi de ioni. Din punct de vedere al cromatografie de lichide, proprietăți precum vâscozitatea, refractaritatea, solubilitate, indice de polaritate Reichardt sunt cele mai importante.

3. Cromatografia3.1. Cromatografia în strat subțire

Cromatografia în strat subțire sau cromatografia planară este o cromatografie de partiție, în care compușii dintr-un amestec sunt separați pe baza solubilității lor într-un amestec de solvenți, respectiv pe baza interacțiunilor acestora (forte de tip London sau van der Waals, interacțiuni dipol-dipol, legături de hidrogen intermoleculare) cu fază staționară (suprafață cromatografică planară).

Profilul separării în cromatografia în strat subțire poate fi modificat prin schimbarea compoziției fazei mobile (amestecului de solvenți). Alegerea eluantului este determinata de procesul de sorbție și de natura componenților din probă. În general este de preferat o fază mobilă în care amestecul de solvenți are polaritatea mai mică și conduce la o rezoluție bună a separării.

3. Cromatografia3.2. Cromatografia lichidă de înaltă performanță

A fost elaborată de către unii autori sinteza unor săruri de alchilamoniu. Autorii au măsurat proprietățile lor fizice, inclusiv punctul de topire , indicele de refracție , spectrele UV , miscibilitatea cu solvenți organici obișnuiți , soluție apoasă de pH , densitate și vâscozitate și au concluzionat că sărurile organice lichide obținute formând perechi de solvenți nemiscibili cu solvenți organici nepolari par a fi adecvate pentru cromatografia lichid-lichid și extracția lichid-lichid . Unele dintre ele , cum ar azotatul de alchilamoniu sau sărurile de tiocianat amestecat cu un al doilea solvent de vâscozitate scăzută , cum ar fi apa, metanolul , acetonitrilul, tetrahidrofuranul și diclormetanul ar putea fi folosite ca faze mobile în cromatografia lichidă.

Ținând cont de faptul că sărurile de alchilamoniu posedă cea mai mică vâscozitate în comparație cu alte lichide ionice, este dificil să se aștepte că vor deplasa modificatorii organici aplicați în prezent, cum ar fi metanolul sau acetonitrilul. Cu toate acestea, natura non-moleculară a lichidelor ionice ar putea duce la îmbunătățiri semnificative ale selectivității.

3. Cromatografia3.2. Cromatografia lichidă de înaltă performanță

Prin diluarea lichidelor ionice cu apă sau solvent organic apos sau prin creșterea temperaturii coloanei, vâscozitatea lichidelor ionice poate fi redusă drastic. Mai multe avantaje asociate cu utilizarea lichidelor ionice ca aditivi de fază mobilă ar trebui să fie puse în evidență - acești compuși nu deteriorează coloanele de siliciu, nu se schimba pH-ul radical al fazei mobile și ar putea înlocui mai puțin avantajoasele alchilamine.

Cel mai nou abordare în cromatografia de lichide este modificarea fazei staționare prin folosirea lichidelor ionice. Experimentele inițiale au fost efectuate prin acoperirea dinamică a suportului de silice folosind lichide ionice pe bază de nitrat de alchilamoniu în hidrocarburi clorurate sau eteri în hexan.

Această metodă , datorită caracteristicilor favorabile , inclusiv viteza , acuratețea și un consum minim de reactivi a găsit aplicație în cromatografia în contracurent ( CCC ), care necesită două faze lichide nemiscibile ca mediu de separare.

4. Tehnici de electromigrare

o Lichidele ionice , datorită conductivității electrice bune și a vâscozității corespunzătoare , ar putea fi utilizate ca electroliți , aditivi, reactivi de acoperire dinamică sau atașarea covalentă la pereții capilarelor din electroforeza capilară ( CE ) .

o Principalul dezavantaj al acestei tehnici cromatografice îl constituie fluxul electroosmotic (EOF) provocat de grupele silanol pe suprafața interioară a capilarelor de silice . Pentru a inversa acest proces, lichidele ionice pot fi legate covalent la o suprafață capilară de siliciu topit.

o Principalul avantaj al acestor capilare estecreșterea în intervalul de pH de lucru din tamponul utilizat cu eficiență bună și compatibilitatea cu spectrometrie de masă.

5. Concluzii

Creștere cererilor de aplicare a lichidelor ionice în chimia analitică a fost observată în ultimii ani și se pare a fi rezonabilă, având în vedere proprietățile lor fizico-chimice. Ca solvenți verzi, lichidele ionice găsesc mai multe aplicații industriale, iar acesta este motivul pentru care se urmărește elaborarea de noi metode de determinare a acestora în probele de mediu și industrie.

Progresele cele mai promițătoare în legătură cu proprietăți bune de solvent a lichidelor ionice, volatilitatea lor scăzută și conductivitate electrică, se observă în cromatografia de lichide, precum și în tehnicile de electromigrare.

Înțelegerea proprietăților lichidelor ionice în sistem de cromatografie este încă un subiect neclar. Unii autori presupun ca un lichid ionic nu trebuie utilizat ca o alternativă la o sare normală, deoarece diferența dintre lichid și solid se pierde în soluție și proprietățile lichidelor ionice devin identice cu cele ale sărurilor organice. Cu toate acestea, alți autori demonstreză în mod satisfăcător comportamentul bun al lichidelor ionice în sistemele cromatografice, subliniind modificarea fazei staționare și interacțiuni avantajoase cu compușii investigați.

Bibliografie

1. Edited by Alexander Kokorin, “Ionic Liquids: Applications and Perspectives”, InTech, India, 2011

Vă mulțumesc pentru atenția acordată!