IChO 1993 · Theory problem 2
HPLC determination of bile acids
The reflux of bile duodenal matter is suspected to be the major cause of gastritis and medical therapy is based on the treatment with antiacida that buffer the \(pH\) of gastric juices by binding bile acids and lysolecithin. Two bile acids, i. e. cholic acid (CA) and glycocholic acid (GCA), were chosen to study the properties of some antiacida commercial formulations. Separation and determination of the two acids in artificial and natural gastric juices were required and high performance liquid chromatography (HPLC) was used as analytical technique.
Two chromatographic columns (A and B, respectively) were selected on the base of published literature data and preliminary tests were carried out to choose the column (between A and B) which would yield the best separation of the aforementioned compounds. The retention times (\(t\)) of the two acids, of a substance not retained by the chromatographic columns and of a compound used as internal standard (i.s.) are shown in the first two columns of the Table. Both chromatographic columns are 25 cm long and show the efficiency of \(2.56\times10^{4}\) theoretical plates per meter (\(N\,\mathrm{m}^{-1}\)).
In actual analysis, an artificial gastric juice was extracted with an appropriate solvents mixture and then final solution (\(1\,\mathrm{cm}^{3}\)) contained 100 % of the two acids present in the original mixture. \(100\,\mu\mathrm{cm}^{3}\) of the extract with 2.7 µmoles of the internal standard were analysed by HPLC using the selected column. The response factors (F) of CA and GCA with respect to the i.s. and the chromatographic peak areas of the two compounds are reported in the Table.
| Column A \(t\) (s) | Column B \(t\) (s) | F | Area | |
|---|---|---|---|---|
| Unretained compound | 120 | 130 | - | - |
| Cholic Acid (CA) | 380 | 350 | 0.5 | 2200 |
| Glycocholic Acid (GCA) | 399 | 395 | 0.2 | 3520 |
| Internal standard | 442 | 430 | - | 2304 |
In answering to the questions remember that:
\[ R=\frac{\sqrt{N}}{4}\times\frac{\alpha-1}{\alpha}\frac{K'}{K'+1} \tag{1} \]
\[ \alpha=\frac{t'_2}{t'_1}=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0} \tag{2} \]
\[ K'=K'_2=\frac{t'_2}{t_0}=\frac{t_2-t_0}{t_0} \tag{3} \]
Questions:
2.1 Using \(R\), \(\alpha\) and \(K'\) values, demonstrate which of the two chromatographic columns would you use, considering that an accurate determination requires the best possible (baseline) separation of all compounds (do not take into account the unretained compound)?
2.2 Calculate the amounts of each acid in the extract solution.
Official English text of the problem.
Answers
- 2.1: Choose column B. Its adjacent-peak resolutions are \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=2.28\) and \(R_{\mathrm{GCA,is}}=1.63\), both exceeding the usual baseline-separation criterion \(R\geq1.5\). Column A has \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=0.952\), which is insufficient.
- 2.2: The printed aliquot unit and the undefined response-factor convention require qualifications. If the intended aliquot is \(100\,\mu\mathrm L\), the amounts in the complete extract are:
| Meaning assigned to \(F_X\) | Cholic acid | Glycocholic acid |
|---|---|---|
| Relative response: \(\displaystyle F_X=\frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}\) | \(51.6\,\mu\mathrm{mol}\), approximately \(52\,\mu\mathrm{mol}\) | \(206\,\mu\mathrm{mol}\), approximately \(2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}\) |
| Reciprocal correction factor: \(\displaystyle F_X=\frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}\) | \(12.9\,\mu\mathrm{mol}\), approximately \(13\,\mu\mathrm{mol}\) | \(8.25\,\mu\mathrm{mol}\), approximately \(8.3\,\mu\mathrm{mol}\) |
If the printed aliquot is instead read literally as \(100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3}\), all these amounts are 1,000 times larger: the same numerical values apply in mmol.
Solution
2.1 — Selection of the chromatographic column
The number of theoretical plates in each complete column is
\[ N=(2.56\times10^{4}\,\mathrm{m}^{-1})(0.25\,\mathrm m) =6400, \qquad \frac{\sqrt N}{4}=20. \]
The unretained compound determines the dead time:
\[ t_{0,A}=120\,\mathrm s,\qquad t_{0,B}=130\,\mathrm s. \]
In both columns, the elution order is CA, GCA, internal standard. Thus, the adjacent pairs that must be resolved are CA–GCA and GCA–internal standard.
For each pair, label the earlier peak 1 and the later peak 2. Then
\[ \alpha=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0}, \qquad K'=\frac{t_2-t_0}{t_0}. \]
Substitution into the supplied resolution equation gives a useful simplification:
\[ \begin{aligned} R &=20 \left(\frac{t_2-t_1}{t_2-t_0}\right) \left(\frac{t_2-t_0}{t_2}\right)\\ &=20\frac{t_2-t_1}{t_2}. \end{aligned} \]
The calculated parameters are all dimensionless:
| Column | Adjacent pair | \(\alpha\) | \(K'\), for the later peak | \(R\) |
|---|---|---|---|---|
| A | CA–GCA | \(\dfrac{399-120}{380-120}=1.0731\) | \(\dfrac{399-120}{120}=2.3250\) | \(\dfrac{20(399-380)}{399}=0.9524\) |
| A | GCA–i.s. | \(\dfrac{442-120}{399-120}=1.1541\) | \(\dfrac{442-120}{120}=2.6833\) | \(\dfrac{20(442-399)}{442}=1.9457\) |
| B | CA–GCA | \(\dfrac{395-130}{350-130}=1.2045\) | \(\dfrac{395-130}{130}=2.0385\) | \(\dfrac{20(395-350)}{395}=2.2785\) |
| B | GCA–i.s. | \(\dfrac{430-130}{395-130}=1.1321\) | \(\dfrac{430-130}{130}=2.3077\) | \(\dfrac{20(430-395)}{430}=1.6279\) |
For approximately Gaussian peaks, baseline separation conventionally requires \(R\gtrsim1.5\).
Column A separates GCA from the internal standard, but its two acid peaks overlap appreciably. Column B satisfies the criterion for both adjacent pairs, so all three retained compounds can be determined separately:
\[ \boxed{\text{Use column B.}} \]
2.2 — Amounts of the bile acids
The two analytes are:
- Cholic acid (CA), \(\ce{C24H40O5}\):
C[C@H](CCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C - Glycocholic acid (GCA), the glycine amide of cholic acid, \(\ce{C26H43NO6}\):
C[C@H](CCC(=O)NCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C
These isomeric SMILES encode the natural bile-acid stereochemistry, including the \(3\alpha,7\alpha,12\alpha\) hydroxyl groups and \(5\beta\) configuration.
Let \(n_X\) denote the amount of an acid in the analysed aliquot. The internal-standard amount is
\[ n_{\mathrm{is}}=2.7\,\mu\mathrm{mol}. \]
With the relative-response definition
\[ F_X= \frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}, \]
rearrangement gives
\[ n_X=\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}\frac{n_{\mathrm{is}}}{F_X}. \]
Consequently,
\[ n_{\mathrm{CA,aliquot}} =\frac{2200}{2304}\frac{2.7}{0.5} =5.15625\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,aliquot}} =\frac{3520}{2304}\frac{2.7}{0.2} =20.625\,\mu\mathrm{mol}. \]
If the intended aliquot is \(100\,\mu\mathrm L=0.100\,\mathrm{cm}^{3}\), the complete extract contains ten aliquots:
\[ D=\frac{1.00\,\mathrm{cm}^{3}}{0.100\,\mathrm{cm}^{3}}=10. \]
Therefore,
\[ \boxed{n_{\mathrm{CA,extract}} =51.5625\,\mu\mathrm{mol}\approx52\,\mu\mathrm{mol}}, \]
\[ \boxed{n_{\mathrm{GCA,extract}} =206.25\,\mu\mathrm{mol}\approx2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}}. \]
If \(F\) instead denotes the reciprocal, amount-per-area correction factor,
\[ F_X= \frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}, \qquad n_X=F_X\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}n_{\mathrm{is}}, \]
the corresponding extract amounts for a \(100\,\mu\mathrm L\) aliquot are
\[ n_{\mathrm{CA,extract}} =10(0.5)\frac{2200}{2304}(2.7) =12.890625\,\mu\mathrm{mol} \approx13\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,extract}} =10(0.2)\frac{3520}{2304}(2.7) =8.25\,\mu\mathrm{mol} \approx8.3\,\mu\mathrm{mol}. \]
Finally, taking the printed volume literally as
\[ V_{\mathrm{aliquot}} =100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3} =10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3} \]
gives
\[ D=\frac{1\,\mathrm{cm}^{3}}{10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3}}=10^4. \]
This increases each extract amount above by a factor of \(10^3\). Because extraction recovery is 100%, the calculated extract amounts also equal the amounts originally present in the gastric-juice sample.
The solution was checked against the official solution.
IChO 1993 · Theorieaufgabe 2
HPLC-Bestimmung von Gallensäuren
Der Rückfluss von gallehaltigem Duodenalinhalt wird als Hauptursache der Gastritis vermutet. Die medikamentöse Therapie beruht auf der Behandlung mit Antazida, die den \(pH\) des Magensafts durch Bindung von Gallensäuren und Lysolecithin puffern. Zwei Gallensäuren, nämlich Cholsäure (CA) und Glycocholsäure (GCA), wurden ausgewählt, um die Eigenschaften einiger handelsüblicher Antazidapräparate zu untersuchen. Die beiden Säuren mussten in künstlichem und natürlichem Magensaft getrennt und bestimmt werden; als analytisches Verfahren wurde die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) eingesetzt.
Auf der Grundlage veröffentlichter Literaturdaten wurden zwei chromatographische Säulen (A bzw. B) ausgewählt. In Vorversuchen sollte ermittelt werden, welche der beiden Säulen A und B die beste Trennung der genannten Verbindungen ermöglicht. Die Retentionszeiten (\(t\)) der beiden Säuren, einer von den chromatographischen Säulen nicht zurückgehaltenen Substanz und einer als interner Standard (i.s.) verwendeten Verbindung sind in den ersten beiden Zahlenspalten der Tabelle angegeben. Beide chromatographischen Säulen sind 25 cm lang und weisen eine Trennleistung von \(2.56\times10^{4}\) theoretischen Böden pro Meter (\(N\,\mathrm{m}^{-1}\)) auf.
Bei der eigentlichen Analyse wurde ein künstlicher Magensaft mit einem geeigneten Lösungsmittelgemisch extrahiert. Die erhaltene Lösung (\(1\,\mathrm{cm}^{3}\)) enthielt anschließend 100 % der beiden in der ursprünglichen Mischung vorhandenen Säuren. \(100\,\mu\mathrm{cm}^{3}\) des Extrakts mit 2.7 µmol des internen Standards wurden mit der ausgewählten Säule mittels HPLC analysiert. Die Responsefaktoren (F) von CA und GCA relativ zum internen Standard sowie die chromatographischen Peakflächen der beiden Verbindungen sind in der Tabelle angegeben.
| Säule A \(t\) (s) | Säule B \(t\) (s) | F | Fläche | |
|---|---|---|---|---|
| Nicht zurückgehaltene Verbindung | 120 | 130 | - | - |
| Cholsäure (CA) | 380 | 350 | 0.5 | 2200 |
| Glycocholsäure (GCA) | 399 | 395 | 0.2 | 3520 |
| Interner Standard | 442 | 430 | - | 2304 |
Beachten Sie bei der Beantwortung der Fragen folgende Beziehungen:
\[ R=\frac{\sqrt{N}}{4}\times\frac{\alpha-1}{\alpha}\frac{K'}{K'+1} \tag{1} \]
\[ \alpha=\frac{t'_2}{t'_1}=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0} \tag{2} \]
\[ K'=K'_2=\frac{t'_2}{t_0}=\frac{t_2-t_0}{t_0} \tag{3} \]
Fragen:
2.1 Begründen Sie anhand der Werte von \(R\), \(\alpha\) und \(K'\), welche der beiden chromatographischen Säulen Sie verwenden würden. Berücksichtigen Sie dabei, dass eine genaue Bestimmung die bestmögliche Trennung aller Verbindungen bis zur Basislinie erfordert (lassen Sie die nicht zurückgehaltene Verbindung außer Betracht).
2.2 Berechnen Sie die Stoffmengen der beiden Säuren in der Extraktlösung.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- 2.1: Wählen Sie Säule B. Die Auflösungen ihrer benachbarten Peaks betragen \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=2.28\) und \(R_{\mathrm{GCA,is}}=1.63\); beide überschreiten das übliche Kriterium für eine Basislinientrennung \(R\geq1.5\). Für Säule A gilt \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=0.952\), was nicht ausreicht.
- 2.2: Die gedruckte Einheit des Aliquots und die nicht definierte Konvention für den Responsefaktor erfordern eine differenzierte Betrachtung. Falls ein Aliquot von \(100\,\mu\mathrm L\) gemeint ist, betragen die Stoffmengen im gesamten Extrakt:
| Dem Faktor \(F_X\) zugeordnete Bedeutung | Cholsäure | Glycocholsäure |
|---|---|---|
| Relativer Responsefaktor: \(\displaystyle F_X=\frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}\) | \(51.6\,\mu\mathrm{mol}\), ungefähr \(52\,\mu\mathrm{mol}\) | \(206\,\mu\mathrm{mol}\), ungefähr \(2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}\) |
| Reziproker Korrekturfaktor: \(\displaystyle F_X=\frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}\) | \(12.9\,\mu\mathrm{mol}\), ungefähr \(13\,\mu\mathrm{mol}\) | \(8.25\,\mu\mathrm{mol}\), ungefähr \(8.3\,\mu\mathrm{mol}\) |
Wird das gedruckte Aliquot hingegen wörtlich als \(100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3}\) verstanden, sind alle diese Stoffmengen 1.000-mal größer: Dieselben Zahlenwerte gelten dann in mmol.
Lösung
2.1 — Auswahl der chromatographischen Säule
Die Anzahl der theoretischen Böden jeder vollständigen Säule beträgt
\[ N=(2.56\times10^{4}\,\mathrm{m}^{-1})(0.25\,\mathrm m) =6400, \qquad \frac{\sqrt N}{4}=20. \]
Die nicht zurückgehaltene Verbindung bestimmt die Totzeit:
\[ t_{0,A}=120\,\mathrm s,\qquad t_{0,B}=130\,\mathrm s. \]
Bei beiden Säulen lautet die Elutionsreihenfolge CA, GCA, interner Standard. Die benachbarten Paare, die getrennt werden müssen, sind somit CA–GCA und GCA–interner Standard.
Für jedes Paar wird der frühere Peak mit 1 und der spätere Peak mit 2 bezeichnet. Dann gilt
\[ \alpha=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0}, \qquad K'=\frac{t_2-t_0}{t_0}. \]
Das Einsetzen in die angegebene Gleichung für die Auflösung ergibt eine nützliche Vereinfachung:
\[ \begin{aligned} R &=20 \left(\frac{t_2-t_1}{t_2-t_0}\right) \left(\frac{t_2-t_0}{t_2}\right)\\ &=20\frac{t_2-t_1}{t_2}. \end{aligned} \]
Alle berechneten Parameter sind dimensionslos:
| Säule | Benachbartes Paar | \(\alpha\) | \(K'\), für den späteren Peak | \(R\) |
|---|---|---|---|---|
| A | CA–GCA | \(\dfrac{399-120}{380-120}=1.0731\) | \(\dfrac{399-120}{120}=2.3250\) | \(\dfrac{20(399-380)}{399}=0.9524\) |
| A | GCA–i.s. | \(\dfrac{442-120}{399-120}=1.1541\) | \(\dfrac{442-120}{120}=2.6833\) | \(\dfrac{20(442-399)}{442}=1.9457\) |
| B | CA–GCA | \(\dfrac{395-130}{350-130}=1.2045\) | \(\dfrac{395-130}{130}=2.0385\) | \(\dfrac{20(395-350)}{395}=2.2785\) |
| B | GCA–i.s. | \(\dfrac{430-130}{395-130}=1.1321\) | \(\dfrac{430-130}{130}=2.3077\) | \(\dfrac{20(430-395)}{430}=1.6279\) |
Für annähernd gaußförmige Peaks wird für eine Basislinientrennung üblicherweise \(R\gtrsim1.5\) gefordert.
Säule A trennt GCA vom internen Standard, doch die beiden Säurepeaks überlappen erheblich. Säule B erfüllt das Kriterium für beide benachbarten Paare, sodass alle drei zurückgehaltenen Verbindungen getrennt bestimmt werden können:
\[ \boxed{\text{Säule B verwenden.}} \]
2.2 — Stoffmengen der Gallensäuren
Die beiden Analyten sind:
- Cholsäure (CA), \(\ce{C24H40O5}\):
C[C@H](CCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C - Glycocholsäure (GCA), das Glycinamid der Cholsäure, \(\ce{C26H43NO6}\):
C[C@H](CCC(=O)NCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C
Diese isomeren SMILES codieren die natürliche Stereochemie der Gallensäuren, einschließlich der \(3\alpha,7\alpha,12\alpha\)-Hydroxygruppen und der \(5\beta\)-Konfiguration.
Mit \(n_X\) sei die Stoffmenge einer Säure im analysierten Aliquot bezeichnet. Die Stoffmenge des internen Standards beträgt
\[ n_{\mathrm{is}}=2.7\,\mu\mathrm{mol}. \]
Mit der Definition des relativen Responsefaktors
\[ F_X= \frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}, \]
ergibt sich durch Umstellen
\[ n_X=\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}\frac{n_{\mathrm{is}}}{F_X}. \]
Folglich gilt
\[ n_{\mathrm{CA,aliquot}} =\frac{2200}{2304}\frac{2.7}{0.5} =5.15625\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,aliquot}} =\frac{3520}{2304}\frac{2.7}{0.2} =20.625\,\mu\mathrm{mol}. \]
Falls ein Aliquot von \(100\,\mu\mathrm L=0.100\,\mathrm{cm}^{3}\) gemeint ist, enthält der gesamte Extrakt zehn Aliquote:
\[ D=\frac{1.00\,\mathrm{cm}^{3}}{0.100\,\mathrm{cm}^{3}}=10. \]
Daher gilt
\[ \boxed{n_{\mathrm{CA,extract}} =51.5625\,\mu\mathrm{mol}\approx52\,\mu\mathrm{mol}}, \]
\[ \boxed{n_{\mathrm{GCA,extract}} =206.25\,\mu\mathrm{mol}\approx2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}}. \]
Falls \(F\) stattdessen den reziproken Korrekturfaktor für die Stoffmenge pro Fläche bezeichnet,
\[ F_X= \frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}, \qquad n_X=F_X\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}n_{\mathrm{is}}, \]
betragen die entsprechenden Stoffmengen im Extrakt für ein Aliquot von \(100\,\mu\mathrm L\)
\[ n_{\mathrm{CA,extract}} =10(0.5)\frac{2200}{2304}(2.7) =12.890625\,\mu\mathrm{mol} \approx13\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,extract}} =10(0.2)\frac{3520}{2304}(2.7) =8.25\,\mu\mathrm{mol} \approx8.3\,\mu\mathrm{mol}. \]
Wird schließlich das gedruckte Volumen wörtlich als
\[ V_{\mathrm{aliquot}} =100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3} =10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3} \]
verstanden, ergibt sich
\[ D=\frac{1\,\mathrm{cm}^{3}}{10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3}}=10^4. \]
Dadurch erhöht sich jede der oben angegebenen Stoffmengen im Extrakt um den Faktor \(10^3\). Da die Wiederfindung bei der Extraktion 100 % beträgt, entsprechen die berechneten Stoffmengen im Extrakt auch den ursprünglich in der Magensaftprobe enthaltenen Stoffmengen.
Die Lösung wurde mit der offiziellen Lösung abgeglichen.
IChO 1993 · Teori sorusu 2
Safra asitlerinin HPLC ile tayini
Safra içeren onikiparmak bağırsağı içeriğinin geri kaçışının gastritin başlıca nedeni olduğundan şüphelenilmektedir ve ilaç tedavisi, safra asitlerini ve lizolesitini bağlayarak mide özsuyunun \(pH\) değerini tamponlayan antasitlerle tedaviye dayanmaktadır. Piyasada bulunan bazı antasit formülasyonlarının özelliklerini incelemek üzere iki safra asidi, kolik asit (CA) ve glikokolik asit (GCA), seçilmiştir. Bu iki asidin yapay ve doğal mide özsularında ayrılması ve tayini gerekli olmuş ve analitik teknik olarak yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) kullanılmıştır.
Yayımlanmış literatür verilerine dayanılarak iki kromatografi kolonu (sırasıyla A ve B) seçilmiş ve yukarıda sözü edilen bileşiklerin en iyi ayrılmasını sağlayacak kolonu (A ve B arasından) belirlemek için ön deneyler yapılmıştır. İki asidin, kromatografi kolonlarında tutulmayan bir maddenin ve iç standart (i.s.) olarak kullanılan bir bileşiğin alıkonma süreleri (\(t\)) tablonun ilk iki sütununda gösterilmiştir. Her iki kromatografi kolonu da 25 cm uzunluğundadır ve metre başına \(2.56\times10^{4}\) teorik plaka (\(N\,\mathrm{m}^{-1}\)) verimliliğine sahiptir.
Asıl analizde, yapay bir mide özsuyu uygun bir çözücü karışımıyla ekstrakte edilmiş ve elde edilen son çözelti (\(1\,\mathrm{cm}^{3}\)), başlangıçtaki karışımda bulunan iki asidin %100'ünü içermiştir. Ekstraktın \(100\,\mu\mathrm{cm}^{3}\)'ü, 2.7 µmol iç standart ile birlikte, seçilen kolon kullanılarak HPLC ile analiz edilmiştir. CA ve GCA'nın iç standarda göre yanıt faktörleri (F) ve iki bileşiğin kromatografik pik alanları tabloda verilmiştir.
| Kolon A \(t\) (s) | Kolon B \(t\) (s) | F | Alan | |
|---|---|---|---|---|
| Tutulmayan bileşik | 120 | 130 | - | - |
| Kolik asit (CA) | 380 | 350 | 0.5 | 2200 |
| Glikokolik asit (GCA) | 399 | 395 | 0.2 | 3520 |
| İç standart | 442 | 430 | - | 2304 |
Soruları yanıtlarken aşağıdaki bağıntıları hatırlayınız:
\[ R=\frac{\sqrt{N}}{4}\times\frac{\alpha-1}{\alpha}\frac{K'}{K'+1} \tag{1} \]
\[ \alpha=\frac{t'_2}{t'_1}=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0} \tag{2} \]
\[ K'=K'_2=\frac{t'_2}{t_0}=\frac{t_2-t_0}{t_0} \tag{3} \]
Sorular:
2.1 Doğru bir tayinin tüm bileşiklerin mümkün olan en iyi şekilde (taban çizgisinde) ayrılmasını gerektirdiğini göz önünde bulundurarak, \(R\), \(\alpha\) ve \(K'\) değerlerini kullanıp iki kromatografi kolonundan hangisini kullanacağınızı gösteriniz (tutulmayan bileşiği dikkate almayınız).
2.2 Ekstrakt çözeltisindeki her bir asidin miktarını hesaplayınız.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- 2.1: B kolonunu seçiniz. Bu kolonun komşu pikler arasındaki ayırma güçleri \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=2.28\) ve \(R_{\mathrm{GCA,is}}=1.63\) olup her ikisi de taban çizgisinde ayrılma için yaygın olarak kullanılan \(R\geq1.5\) ölçütünü aşmaktadır. A kolonunda \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=0.952\) olup bu değer yetersizdir.
- 2.2: Basılı metindeki alikot birimi ve yanıt faktörü için hangi tanımın kullanıldığının belirtilmemiş olması, bazı açıklamalar yapılmasını gerektirmektedir. Kastedilen alikot \(100\,\mu\mathrm L\) ise, ekstraktın tamamındaki miktarlar şöyledir:
| \(F_X\)'e verilen anlam | Kolik asit | Glikokolik asit |
|---|---|---|
| Bağıl yanıt: \(\displaystyle F_X=\frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}\) | \(51.6\,\mu\mathrm{mol}\), yaklaşık \(52\,\mu\mathrm{mol}\) | \(206\,\mu\mathrm{mol}\), yaklaşık \(2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}\) |
| Ters düzeltme faktörü: \(\displaystyle F_X=\frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}\) | \(12.9\,\mu\mathrm{mol}\), yaklaşık \(13\,\mu\mathrm{mol}\) | \(8.25\,\mu\mathrm{mol}\), yaklaşık \(8.3\,\mu\mathrm{mol}\) |
Basılı metindeki alikot bunun yerine yazıldığı gibi \(100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3}\) olarak okunursa, bu miktarların tümü 1.000 kat daha büyüktür: aynı sayısal değerler mmol cinsinden geçerlidir.
Çözüm
2.1 — Kromatografi kolonunun seçimi
Her bir kolonun tamamındaki teorik plaka sayısı şöyledir:
\[ N=(2.56\times10^{4}\,\mathrm{m}^{-1})(0.25\,\mathrm m) =6400, \qquad \frac{\sqrt N}{4}=20. \]
Tutulmayan bileşik ölü zamanı belirler:
\[ t_{0,A}=120\,\mathrm s,\qquad t_{0,B}=130\,\mathrm s. \]
Her iki kolonda da elüsyon sırası CA, GCA, iç standart şeklindedir. Dolayısıyla, ayrılması gereken komşu çiftler CA–GCA ve GCA–iç standarttır.
Her çift için önce çıkan piki 1, sonra çıkan piki 2 olarak adlandıralım. Bu durumda
\[ \alpha=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0}, \qquad K'=\frac{t_2-t_0}{t_0}. \]
Verilen ayırma gücü denkleminde yerine koyma, kullanışlı bir sadeleştirme sağlar:
\[ \begin{aligned} R &=20 \left(\frac{t_2-t_1}{t_2-t_0}\right) \left(\frac{t_2-t_0}{t_2}\right)\\ &=20\frac{t_2-t_1}{t_2}. \end{aligned} \]
Hesaplanan parametrelerin tümü boyutsuzdur:
| Kolon | Komşu çift | \(\alpha\) | Sonra çıkan pik için \(K'\) | \(R\) |
|---|---|---|---|---|
| A | CA–GCA | \(\dfrac{399-120}{380-120}=1.0731\) | \(\dfrac{399-120}{120}=2.3250\) | \(\dfrac{20(399-380)}{399}=0.9524\) |
| A | GCA–i.s. | \(\dfrac{442-120}{399-120}=1.1541\) | \(\dfrac{442-120}{120}=2.6833\) | \(\dfrac{20(442-399)}{442}=1.9457\) |
| B | CA–GCA | \(\dfrac{395-130}{350-130}=1.2045\) | \(\dfrac{395-130}{130}=2.0385\) | \(\dfrac{20(395-350)}{395}=2.2785\) |
| B | GCA–i.s. | \(\dfrac{430-130}{395-130}=1.1321\) | \(\dfrac{430-130}{130}=2.3077\) | \(\dfrac{20(430-395)}{430}=1.6279\) |
Yaklaşık olarak Gauss biçimindeki pikler için taban çizgisinde ayrılmanın geleneksel koşulu \(R\gtrsim1.5\)'tir.
A kolonu GCA'yı iç standarttan ayırır, ancak iki asit piki önemli ölçüde örtüşür. B kolonu her iki komşu çift için de ölçütü sağlar; böylece tutulan üç bileşiğin tümü ayrı ayrı tayin edilebilir:
\[ \boxed{\text{B kolonunu kullanınız.}} \]
2.2 — Safra asitlerinin miktarları
İki analit şunlardır:
- Kolik asit (CA), \(\ce{C24H40O5}\):
C[C@H](CCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C - Glikokolik asit (GCA), kolik asidin glisin amidi, \(\ce{C26H43NO6}\):
C[C@H](CCC(=O)NCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C
Bu izomerik SMILES gösterimleri, \(3\alpha,7\alpha,12\alpha\) hidroksil grupları ve \(5\beta\) konfigürasyonu da dâhil olmak üzere doğal safra asidi stereokimyasını kodlar.
\(n_X\), analiz edilen alikottaki bir asidin miktarını göstersin. İç standart miktarı şöyledir:
\[ n_{\mathrm{is}}=2.7\,\mu\mathrm{mol}. \]
Bağıl yanıt tanımı
\[ F_X= \frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}, \]
kullanılıp yeniden düzenlendiğinde
\[ n_X=\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}\frac{n_{\mathrm{is}}}{F_X}. \]
elde edilir. Buna göre,
\[ n_{\mathrm{CA,aliquot}} =\frac{2200}{2304}\frac{2.7}{0.5} =5.15625\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,aliquot}} =\frac{3520}{2304}\frac{2.7}{0.2} =20.625\,\mu\mathrm{mol}. \]
Kastedilen alikot \(100\,\mu\mathrm L=0.100\,\mathrm{cm}^{3}\) ise, ekstraktın tamamı on alikot içerir:
\[ D=\frac{1.00\,\mathrm{cm}^{3}}{0.100\,\mathrm{cm}^{3}}=10. \]
Dolayısıyla,
\[ \boxed{n_{\mathrm{CA,extract}} =51.5625\,\mu\mathrm{mol}\approx52\,\mu\mathrm{mol}}, \]
\[ \boxed{n_{\mathrm{GCA,extract}} =206.25\,\mu\mathrm{mol}\approx2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}}. \]
\(F\) bunun yerine bağıl yanıtın tersi olan, birim alan başına miktara dayalı düzeltme faktörünü gösteriyorsa,
\[ F_X= \frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}, \qquad n_X=F_X\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}n_{\mathrm{is}}, \]
\(100\,\mu\mathrm L\)'lik bir alikot için karşılık gelen ekstrakt miktarları şöyledir:
\[ n_{\mathrm{CA,extract}} =10(0.5)\frac{2200}{2304}(2.7) =12.890625\,\mu\mathrm{mol} \approx13\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,extract}} =10(0.2)\frac{3520}{2304}(2.7) =8.25\,\mu\mathrm{mol} \approx8.3\,\mu\mathrm{mol}. \]
Son olarak, basılı metindeki hacim yazıldığı gibi
\[ V_{\mathrm{aliquot}} =100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3} =10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3} \]
alındığında
\[ D=\frac{1\,\mathrm{cm}^{3}}{10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3}}=10^4. \]
elde edilir. Bu, yukarıdaki her bir ekstrakt miktarını \(10^3\) katına çıkarır. Ekstraksiyon geri kazanımı %100 olduğundan, hesaplanan ekstrakt miktarları aynı zamanda mide özsuyu numunesinde başlangıçta bulunan miktarlara eşittir.
Çözüm, resmi çözümle karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 1993 · Problema teórico 2
Determinación de ácidos biliares mediante HPLC
Se sospecha que el reflujo de contenido duodenal biliar es la principal causa de gastritis, y el tratamiento médico se basa en el uso de antiácidos que amortiguan el \(pH\) de los jugos gástricos mediante la unión a los ácidos biliares y a la lisolecitina. Se eligieron dos ácidos biliares, el ácido cólico (CA) y el ácido glicocólico (GCA), para estudiar las propiedades de algunas formulaciones comerciales de antiácidos. Era necesario separar y determinar los dos ácidos en jugos gástricos artificiales y naturales, y se utilizó la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) como técnica analítica.
Se seleccionaron dos columnas cromatográficas (A y B, respectivamente) basándose en datos publicados en la bibliografía, y se realizaron ensayos preliminares para elegir la columna (entre A y B) que proporcionara la mejor separación de los compuestos mencionados. Los tiempos de retención (\(t\)) de los dos ácidos, de una sustancia no retenida por las columnas cromatográficas y de un compuesto utilizado como patrón interno (i.s.) se muestran en las dos primeras columnas de la tabla. Ambas columnas cromatográficas tienen una longitud de 25 cm y presentan una eficiencia de \(2.56\times10^{4}\) platos teóricos por metro (\(N\,\mathrm{m}^{-1}\)).
En el análisis propiamente dicho, se extrajo un jugo gástrico artificial con una mezcla adecuada de disolventes, y la disolución final (\(1\,\mathrm{cm}^{3}\)) contenía el 100 % de los dos ácidos presentes en la mezcla original. Se analizaron por HPLC \(100\,\mu\mathrm{cm}^{3}\) del extracto con 2.7 µmoles del patrón interno, utilizando la columna seleccionada. Los factores de respuesta (F) de CA y GCA con respecto al patrón interno y las áreas de los picos cromatográficos de los dos compuestos se indican en la tabla.
| Columna A \(t\) (s) | Columna B \(t\) (s) | F | Área | |
|---|---|---|---|---|
| Compuesto no retenido | 120 | 130 | - | - |
| Ácido cólico (CA) | 380 | 350 | 0.5 | 2200 |
| Ácido glicocólico (GCA) | 399 | 395 | 0.2 | 3520 |
| Patrón interno | 442 | 430 | - | 2304 |
Al responder a las preguntas, recuerde que:
\[ R=\frac{\sqrt{N}}{4}\times\frac{\alpha-1}{\alpha}\frac{K'}{K'+1} \tag{1} \]
\[ \alpha=\frac{t'_2}{t'_1}=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0} \tag{2} \]
\[ K'=K'_2=\frac{t'_2}{t_0}=\frac{t_2-t_0}{t_0} \tag{3} \]
Preguntas:
2.1 Utilizando los valores de \(R\), \(\alpha\) y \(K'\), justifique cuál de las dos columnas cromatográficas utilizaría, teniendo en cuenta que una determinación exacta requiere la mejor separación posible (hasta la línea de base) de todos los compuestos (no tenga en cuenta el compuesto no retenido).
2.2 Calcule las cantidades de cada ácido en la disolución del extracto.
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- 2.1: Elija la columna B. Sus resoluciones entre picos adyacentes son \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=2.28\) y \(R_{\mathrm{GCA,is}}=1.63\), ambas superiores al criterio habitual de separación hasta la línea de base \(R\geq1.5\). La columna A presenta \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=0.952\), lo cual es insuficiente.
- 2.2: La unidad impresa de la alícuota y la falta de definición de la convención del factor de respuesta requieren algunas precisiones. Si la alícuota prevista es de \(100\,\mu\mathrm L\), las cantidades en el extracto completo son:
| Significado asignado a \(F_X\) | Ácido cólico | Ácido glicocólico |
|---|---|---|
| Respuesta relativa: \(\displaystyle F_X=\frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}\) | \(51.6\,\mu\mathrm{mol}\), aproximadamente \(52\,\mu\mathrm{mol}\) | \(206\,\mu\mathrm{mol}\), aproximadamente \(2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}\) |
| Factor de corrección recíproco: \(\displaystyle F_X=\frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}\) | \(12.9\,\mu\mathrm{mol}\), aproximadamente \(13\,\mu\mathrm{mol}\) | \(8.25\,\mu\mathrm{mol}\), aproximadamente \(8.3\,\mu\mathrm{mol}\) |
Si, en cambio, la alícuota impresa se interpreta literalmente como \(100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3}\), todas estas cantidades son 1 000 veces mayores: los mismos valores numéricos se aplican en mmol.
Solución
2.1 — Selección de la columna cromatográfica
El número de platos teóricos en cada columna completa es
\[ N=(2.56\times10^{4}\,\mathrm{m}^{-1})(0.25\,\mathrm m) =6400, \qquad \frac{\sqrt N}{4}=20. \]
El compuesto no retenido determina el tiempo muerto:
\[ t_{0,A}=120\,\mathrm s,\qquad t_{0,B}=130\,\mathrm s. \]
En ambas columnas, el orden de elución es CA, GCA, patrón interno. Por tanto, los pares adyacentes que deben resolverse son CA–GCA y GCA–patrón interno.
Para cada par, designe como 1 el pico que eluye primero y como 2 el que eluye después. Entonces
\[ \alpha=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0}, \qquad K'=\frac{t_2-t_0}{t_0}. \]
La sustitución en la ecuación de resolución proporcionada da lugar a una simplificación útil:
\[ \begin{aligned} R &=20 \left(\frac{t_2-t_1}{t_2-t_0}\right) \left(\frac{t_2-t_0}{t_2}\right)\\ &=20\frac{t_2-t_1}{t_2}. \end{aligned} \]
Todos los parámetros calculados son adimensionales:
| Columna | Par adyacente | \(\alpha\) | \(K'\), para el pico que eluye después | \(R\) |
|---|---|---|---|---|
| A | CA–GCA | \(\dfrac{399-120}{380-120}=1.0731\) | \(\dfrac{399-120}{120}=2.3250\) | \(\dfrac{20(399-380)}{399}=0.9524\) |
| A | GCA–i.s. | \(\dfrac{442-120}{399-120}=1.1541\) | \(\dfrac{442-120}{120}=2.6833\) | \(\dfrac{20(442-399)}{442}=1.9457\) |
| B | CA–GCA | \(\dfrac{395-130}{350-130}=1.2045\) | \(\dfrac{395-130}{130}=2.0385\) | \(\dfrac{20(395-350)}{395}=2.2785\) |
| B | GCA–i.s. | \(\dfrac{430-130}{395-130}=1.1321\) | \(\dfrac{430-130}{130}=2.3077\) | \(\dfrac{20(430-395)}{430}=1.6279\) |
Para picos aproximadamente gaussianos, la separación hasta la línea de base requiere, por convención, \(R\gtrsim1.5\).
La columna A separa el GCA del patrón interno, pero los picos de sus dos ácidos se solapan apreciablemente. La columna B satisface el criterio para ambos pares adyacentes, de modo que los tres compuestos retenidos pueden determinarse por separado:
\[ \boxed{\text{Utilice la columna B.}} \]
2.2 — Cantidades de los ácidos biliares
Los dos analitos son:
- Ácido cólico (CA), \(\ce{C24H40O5}\):
C[C@H](CCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C - Ácido glicocólico (GCA), la amida del ácido cólico con glicina, \(\ce{C26H43NO6}\):
C[C@H](CCC(=O)NCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C
Estos SMILES isoméricos codifican la estereoquímica de los ácidos biliares naturales, incluidos los grupos hidroxilo \(3\alpha,7\alpha,12\alpha\) y la configuración \(5\beta\).
Sea \(n_X\) la cantidad de un ácido en la alícuota analizada. La cantidad de patrón interno es
\[ n_{\mathrm{is}}=2.7\,\mu\mathrm{mol}. \]
Con la definición de respuesta relativa
\[ F_X= \frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}, \]
al despejar se obtiene
\[ n_X=\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}\frac{n_{\mathrm{is}}}{F_X}. \]
Por consiguiente,
\[ n_{\mathrm{CA,aliquot}} =\frac{2200}{2304}\frac{2.7}{0.5} =5.15625\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,aliquot}} =\frac{3520}{2304}\frac{2.7}{0.2} =20.625\,\mu\mathrm{mol}. \]
Si la alícuota prevista es de \(100\,\mu\mathrm L=0.100\,\mathrm{cm}^{3}\), el extracto completo contiene diez alícuotas:
\[ D=\frac{1.00\,\mathrm{cm}^{3}}{0.100\,\mathrm{cm}^{3}}=10. \]
Por tanto,
\[ \boxed{n_{\mathrm{CA,extract}} =51.5625\,\mu\mathrm{mol}\approx52\,\mu\mathrm{mol}}, \]
\[ \boxed{n_{\mathrm{GCA,extract}} =206.25\,\mu\mathrm{mol}\approx2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}}. \]
Si, en cambio, \(F\) denota el factor de corrección recíproco, de cantidad por unidad de área,
\[ F_X= \frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}, \qquad n_X=F_X\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}n_{\mathrm{is}}, \]
las cantidades correspondientes en el extracto para una alícuota de \(100\,\mu\mathrm L\) son
\[ n_{\mathrm{CA,extract}} =10(0.5)\frac{2200}{2304}(2.7) =12.890625\,\mu\mathrm{mol} \approx13\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,extract}} =10(0.2)\frac{3520}{2304}(2.7) =8.25\,\mu\mathrm{mol} \approx8.3\,\mu\mathrm{mol}. \]
Por último, al interpretar literalmente el volumen impreso como
\[ V_{\mathrm{aliquot}} =100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3} =10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3} \]
se obtiene
\[ D=\frac{1\,\mathrm{cm}^{3}}{10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3}}=10^4. \]
Esto multiplica cada una de las cantidades anteriores en el extracto por un factor de \(10^3\). Dado que la recuperación de la extracción es del 100%, las cantidades calculadas en el extracto también son iguales a las cantidades presentes originalmente en la muestra de jugo gástrico.
La solución se comprobó con la solución oficial.
IChO 1993 · 理论题 2
高效液相色谱法测定胆汁酸
含胆汁的十二指肠内容物反流被认为可能是胃炎的主要原因,药物治疗采用抗酸剂,通过结合胆汁酸和溶血卵磷脂来缓冲胃液的 \(pH\)。选取胆酸(CA)和甘氨胆酸(GCA)这两种胆汁酸,以研究一些市售抗酸剂制剂的性质。需要对人工胃液和天然胃液中的这两种酸进行分离和测定,所用分析技术为高效液相色谱法(HPLC)。
根据已发表的文献数据,选取了两根色谱柱(分别为 A 和 B),并进行了初步试验,以从 A 和 B 中选择能使上述化合物获得最佳分离效果的色谱柱。两种酸、不被色谱柱保留的物质以及用作内标(i.s.)的化合物的保留时间(\(t\))列于表中前两列数据中。两根色谱柱的长度均为 25 cm,柱效均为每米 \(2.56\times10^{4}\) 个理论塔板(\(N\,\mathrm{m}^{-1}\))。
在实际分析中,用适当的混合溶剂萃取人工胃液,所得最终溶液(\(1\,\mathrm{cm}^{3}\))含有原混合物中两种酸的 100 %。取 \(100\,\mu\mathrm{cm}^{3}\) 萃取液,加入 2.7 µmol 内标,使用选定的色谱柱进行 HPLC 分析。CA 和 GCA 相对于内标的响应因子(F)以及这两种化合物的色谱峰面积列于表中。
| 色谱柱 A \(t\) (s) | 色谱柱 B \(t\) (s) | F | 峰面积 | |
|---|---|---|---|---|
| 不保留的化合物 | 120 | 130 | - | - |
| 胆酸(CA) | 380 | 350 | 0.5 | 2200 |
| 甘氨胆酸(GCA) | 399 | 395 | 0.2 | 3520 |
| 内标 | 442 | 430 | - | 2304 |
回答问题时,请记住:
\[ R=\frac{\sqrt{N}}{4}\times\frac{\alpha-1}{\alpha}\frac{K'}{K'+1} \tag{1} \]
\[ \alpha=\frac{t'_2}{t'_1}=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0} \tag{2} \]
\[ K'=K'_2=\frac{t'_2}{t_0}=\frac{t_2-t_0}{t_0} \tag{3} \]
问题:
2.1 考虑到准确测定要求所有化合物尽可能达到最佳分离(基线分离),利用 \(R\)、\(\alpha\) 和 \(K'\) 的值,论证你会选用哪根色谱柱(不考虑不保留的化合物)。
2.2 计算萃取液中每种酸的物质的量。
题目译自官方英文原文。
答案
- 2.1: 选择色谱柱 B。其相邻色谱峰的分离度分别为 \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=2.28\) 和 \(R_{\mathrm{GCA,is}}=1.63\),均超过通常的基线分离判据 \(R\geq1.5\)。色谱柱 A 的 \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=0.952\),分离度不足。
- 2.2: 题目所印取样体积的单位以及未定义的响应因子约定,需要附加说明。若题目原意是取样体积为 \(100\,\mu\mathrm L\),则全部萃取液中各酸的物质的量为:
| 赋予 \(F_X\) 的含义 | 胆酸 | 甘氨胆酸 |
|---|---|---|
| 相对响应:\(\displaystyle F_X=\frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}\) | \(51.6\,\mu\mathrm{mol}\),约为 \(52\,\mu\mathrm{mol}\) | \(206\,\mu\mathrm{mol}\),约为 \(2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}\) |
| 互为倒数的校正因子:\(\displaystyle F_X=\frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}\) | \(12.9\,\mu\mathrm{mol}\),约为 \(13\,\mu\mathrm{mol}\) | \(8.25\,\mu\mathrm{mol}\),约为 \(8.3\,\mu\mathrm{mol}\) |
若将题目所印取样体积按字面理解为 \(100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3}\),则所有这些物质的量均为上述数值的 1,000 倍:以 mmol 为单位时,数值与上表相同。
解答
2.1 — 色谱柱的选择
每根完整色谱柱的理论塔板数为
\[ N=(2.56\times10^{4}\,\mathrm{m}^{-1})(0.25\,\mathrm m) =6400, \qquad \frac{\sqrt N}{4}=20. \]
不保留的化合物用于确定死时间:
\[ t_{0,A}=120\,\mathrm s,\qquad t_{0,B}=130\,\mathrm s. \]
在两根色谱柱中,洗脱顺序均为 CA、GCA、内标。因此,必须分离的相邻组分对为 CA–GCA 和 GCA–内标。
对于每一对相邻峰,将先流出的峰标记为 1,后流出的峰标记为 2。则
\[ \alpha=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0}, \qquad K'=\frac{t_2-t_0}{t_0}. \]
代入题目给出的分离度方程,可得到一个便于计算的简化式:
\[ \begin{aligned} R &=20 \left(\frac{t_2-t_1}{t_2-t_0}\right) \left(\frac{t_2-t_0}{t_2}\right)\\ &=20\frac{t_2-t_1}{t_2}. \end{aligned} \]
计算所得参数均为无量纲量:
| 色谱柱 | 相邻组分对 | \(\alpha\) | 后流出峰的 \(K'\) | \(R\) |
|---|---|---|---|---|
| A | CA–GCA | \(\dfrac{399-120}{380-120}=1.0731\) | \(\dfrac{399-120}{120}=2.3250\) | \(\dfrac{20(399-380)}{399}=0.9524\) |
| A | GCA–i.s. | \(\dfrac{442-120}{399-120}=1.1541\) | \(\dfrac{442-120}{120}=2.6833\) | \(\dfrac{20(442-399)}{442}=1.9457\) |
| B | CA–GCA | \(\dfrac{395-130}{350-130}=1.2045\) | \(\dfrac{395-130}{130}=2.0385\) | \(\dfrac{20(395-350)}{395}=2.2785\) |
| B | GCA–i.s. | \(\dfrac{430-130}{395-130}=1.1321\) | \(\dfrac{430-130}{130}=2.3077\) | \(\dfrac{20(430-395)}{430}=1.6279\) |
对于近似高斯形的色谱峰,基线分离通常要求 \(R\gtrsim1.5\)。
色谱柱 A 能将 GCA 与内标分离,但两种酸的色谱峰存在明显重叠。色谱柱 B 的两对相邻峰均满足该判据,因此可以分别测定全部三种被保留的化合物:
\[ \boxed{\text{使用色谱柱 B。}} \]
2.2 — 胆汁酸的物质的量
两种待测物为:
- 胆酸(CA),\(\ce{C24H40O5}\):
C[C@H](CCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C - 甘氨胆酸(GCA),即胆酸与甘氨酸形成的酰胺,\(\ce{C26H43NO6}\):
C[C@H](CCC(=O)NCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C
这些异构 SMILES 表达式编码了天然胆汁酸的立体化学信息,包括 \(3\alpha,7\alpha,12\alpha\) 羟基和 \(5\beta\) 构型。
设 \(n_X\) 表示用于分析的分取试样中某种酸的物质的量。内标的物质的量为
\[ n_{\mathrm{is}}=2.7\,\mu\mathrm{mol}. \]
采用相对响应的定义
\[ F_X= \frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}, \]
整理得
\[ n_X=\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}\frac{n_{\mathrm{is}}}{F_X}. \]
因此,
\[ n_{\mathrm{CA,aliquot}} =\frac{2200}{2304}\frac{2.7}{0.5} =5.15625\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,aliquot}} =\frac{3520}{2304}\frac{2.7}{0.2} =20.625\,\mu\mathrm{mol}. \]
若题目原意是分取试样的体积为 \(100\,\mu\mathrm L=0.100\,\mathrm{cm}^{3}\),则全部萃取液相当于十份这样的分取试样:
\[ D=\frac{1.00\,\mathrm{cm}^{3}}{0.100\,\mathrm{cm}^{3}}=10. \]
因此,
\[ \boxed{n_{\mathrm{CA,extract}} =51.5625\,\mu\mathrm{mol}\approx52\,\mu\mathrm{mol}}, \]
\[ \boxed{n_{\mathrm{GCA,extract}} =206.25\,\mu\mathrm{mol}\approx2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}}. \]
若 \(F\) 表示与相对响应互为倒数的、以单位峰面积对应的物质的量定义的校正因子,
\[ F_X= \frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}, \qquad n_X=F_X\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}n_{\mathrm{is}}, \]
则对于 \(100\,\mu\mathrm L\) 的分取试样,全部萃取液中相应的物质的量为
\[ n_{\mathrm{CA,extract}} =10(0.5)\frac{2200}{2304}(2.7) =12.890625\,\mu\mathrm{mol} \approx13\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,extract}} =10(0.2)\frac{3520}{2304}(2.7) =8.25\,\mu\mathrm{mol} \approx8.3\,\mu\mathrm{mol}. \]
最后,若将题目所印体积按字面理解为
\[ V_{\mathrm{aliquot}} =100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3} =10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3} \]
则有
\[ D=\frac{1\,\mathrm{cm}^{3}}{10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3}}=10^4. \]
这会使上述萃取液中每种酸的物质的量均增大至原来的 \(10^3\) 倍。由于萃取回收率为 100%,计算得到的萃取液中各酸的物质的量也等于胃液样品中原有的相应物质的量。
解答已与官方解答核对。
IChO 1993 · Теоретическая задача 2
Определение желчных кислот методом ВЭЖХ
Предполагается, что рефлюкс содержимого двенадцатиперстной кишки, содержащего желчь, является основной причиной гастрита; медикаментозная терапия основана на применении антацидов, которые стабилизируют \(pH\) желудочного сока, связывая желчные кислоты и лизолецитин. Для изучения свойств некоторых коммерческих антацидных препаратов были выбраны две желчные кислоты: холевая кислота (CA) и гликохолевая кислота (GCA). Требовалось разделить и определить эти две кислоты в искусственном и натуральном желудочном соке; в качестве аналитического метода использовали высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ).
На основании опубликованных литературных данных были выбраны две хроматографические колонки (A и B соответственно), и были проведены предварительные испытания для выбора той из них (A или B), которая обеспечивала бы наилучшее разделение указанных соединений. Времена удерживания (\(t\)) двух кислот, вещества, не удерживаемого хроматографическими колонками, и соединения, используемого в качестве внутреннего стандарта (i.s.), приведены в первых двух столбцах таблицы. Обе хроматографические колонки имеют длину 25 см и эффективность \(2.56\times10^{4}\) теоретических тарелок на метр (\(N\,\mathrm{m}^{-1}\)).
При проведении анализа искусственный желудочный сок экстрагировали подходящей смесью растворителей, причём конечный раствор (\(1\,\mathrm{cm}^{3}\)) содержал 100 % обеих кислот, присутствовавших в исходной смеси. \(100\,\mu\mathrm{cm}^{3}\) экстракта с 2.7 мкмоль внутреннего стандарта анализировали методом ВЭЖХ с использованием выбранной колонки. Коэффициенты отклика (F) CA и GCA относительно внутреннего стандарта и площади хроматографических пиков этих двух соединений приведены в таблице.
| Колонка A \(t\) (с) | Колонка B \(t\) (с) | F | Площадь | |
|---|---|---|---|---|
| Неудерживаемое соединение | 120 | 130 | - | - |
| Холевая кислота (CA) | 380 | 350 | 0.5 | 2200 |
| Гликохолевая кислота (GCA) | 399 | 395 | 0.2 | 3520 |
| Внутренний стандарт | 442 | 430 | - | 2304 |
При ответе на вопросы учитывайте, что:
\[ R=\frac{\sqrt{N}}{4}\times\frac{\alpha-1}{\alpha}\frac{K'}{K'+1} \tag{1} \]
\[ \alpha=\frac{t'_2}{t'_1}=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0} \tag{2} \]
\[ K'=K'_2=\frac{t'_2}{t_0}=\frac{t_2-t_0}{t_0} \tag{3} \]
Вопросы:
2.1 Используя значения \(R\), \(\alpha\) и \(K'\), обоснуйте, какую из двух хроматографических колонок вы бы использовали, учитывая, что для точного определения требуется наилучшее возможное разделение всех соединений (до базовой линии; неудерживаемое соединение не учитывайте)?
2.2 Рассчитайте количество каждой кислоты в растворе экстракта.
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- 2.1: Следует выбрать колонку B. Разрешение соседних пиков для неё составляет \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=2.28\) и \(R_{\mathrm{GCA,is}}=1.63\); оба значения превышают обычный критерий разделения до базовой линии \(R\geq1.5\). Для колонки A \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=0.952\), что недостаточно.
- 2.2: Напечатанная единица объёма аликвоты и отсутствие определения коэффициента отклика требуют оговорок. Если подразумевается аликвота объёмом \(100\,\mu\mathrm L\), количества веществ во всём экстракте составляют:
| Смысл, приписываемый \(F_X\) | Холевая кислота | Гликохолевая кислота |
|---|---|---|
| Относительный отклик: \(\displaystyle F_X=\frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}\) | \(51.6\,\mu\mathrm{mol}\), приблизительно \(52\,\mu\mathrm{mol}\) | \(206\,\mu\mathrm{mol}\), приблизительно \(2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}\) |
| Обратный поправочный коэффициент: \(\displaystyle F_X=\frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}\) | \(12.9\,\mu\mathrm{mol}\), приблизительно \(13\,\mu\mathrm{mol}\) | \(8.25\,\mu\mathrm{mol}\), приблизительно \(8.3\,\mu\mathrm{mol}\) |
Если же напечатанный объём аликвоты понимать буквально как \(100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3}\), все эти количества будут в 1 000 раз больше: те же численные значения будут выражены в ммоль.
Решение
2.1 — Выбор хроматографической колонки
Число теоретических тарелок в каждой колонке по всей её длине равно
\[ N=(2.56\times10^{4}\,\mathrm{m}^{-1})(0.25\,\mathrm m) =6400, \qquad \frac{\sqrt N}{4}=20. \]
Неудерживаемое соединение позволяет определить мёртвое время:
\[ t_{0,A}=120\,\mathrm s,\qquad t_{0,B}=130\,\mathrm s. \]
В обеих колонках порядок элюирования следующий: CA, GCA, внутренний стандарт. Таким образом, соседние пары, которые необходимо разделить, — это CA–GCA и GCA–внутренний стандарт.
Для каждой пары обозначим более ранний пик цифрой 1, а более поздний — цифрой 2. Тогда
\[ \alpha=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0}, \qquad K'=\frac{t_2-t_0}{t_0}. \]
Подстановка в приведённое уравнение разрешения даёт полезное упрощение:
\[ \begin{aligned} R &=20 \left(\frac{t_2-t_1}{t_2-t_0}\right) \left(\frac{t_2-t_0}{t_2}\right)\\ &=20\frac{t_2-t_1}{t_2}. \end{aligned} \]
Все рассчитанные параметры безразмерны:
| Колонка | Соседняя пара | \(\alpha\) | \(K'\), для более позднего пика | \(R\) |
|---|---|---|---|---|
| A | CA–GCA | \(\dfrac{399-120}{380-120}=1.0731\) | \(\dfrac{399-120}{120}=2.3250\) | \(\dfrac{20(399-380)}{399}=0.9524\) |
| A | GCA–i.s. | \(\dfrac{442-120}{399-120}=1.1541\) | \(\dfrac{442-120}{120}=2.6833\) | \(\dfrac{20(442-399)}{442}=1.9457\) |
| B | CA–GCA | \(\dfrac{395-130}{350-130}=1.2045\) | \(\dfrac{395-130}{130}=2.0385\) | \(\dfrac{20(395-350)}{395}=2.2785\) |
| B | GCA–i.s. | \(\dfrac{430-130}{395-130}=1.1321\) | \(\dfrac{430-130}{130}=2.3077\) | \(\dfrac{20(430-395)}{430}=1.6279\) |
Для пиков приблизительно гауссовой формы обычным условием разделения до базовой линии является \(R\gtrsim1.5\).
Колонка A разделяет GCA и внутренний стандарт, но пики двух кислот существенно перекрываются. Колонка B удовлетворяет критерию для обеих соседних пар, поэтому все три удерживаемых соединения можно определять раздельно:
\[ \boxed{\text{Используйте колонку B.}} \]
2.2 — Количества желчных кислот
Определяемыми веществами являются:
- Холевая кислота (CA), \(\ce{C24H40O5}\):
C[C@H](CCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C - Гликохолевая кислота (GCA), глициновый амид холевой кислоты, \(\ce{C26H43NO6}\):
C[C@H](CCC(=O)NCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C
Эти изомерические записи SMILES кодируют стереохимию природных желчных кислот, включая гидроксильные группы \(3\alpha,7\alpha,12\alpha\) и конфигурацию \(5\beta\).
Пусть \(n_X\) обозначает количество кислоты в анализируемой аликвоте. Количество внутреннего стандарта равно
\[ n_{\mathrm{is}}=2.7\,\mu\mathrm{mol}. \]
При определении коэффициента относительного отклика как
\[ F_X= \frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}, \]
преобразование даёт
\[ n_X=\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}\frac{n_{\mathrm{is}}}{F_X}. \]
Следовательно,
\[ n_{\mathrm{CA,aliquot}} =\frac{2200}{2304}\frac{2.7}{0.5} =5.15625\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,aliquot}} =\frac{3520}{2304}\frac{2.7}{0.2} =20.625\,\mu\mathrm{mol}. \]
Если подразумеваемый объём аликвоты составляет \(100\,\mu\mathrm L=0.100\,\mathrm{cm}^{3}\), весь экстракт содержит десять аликвот:
\[ D=\frac{1.00\,\mathrm{cm}^{3}}{0.100\,\mathrm{cm}^{3}}=10. \]
Поэтому
\[ \boxed{n_{\mathrm{CA,extract}} =51.5625\,\mu\mathrm{mol}\approx52\,\mu\mathrm{mol}}, \]
\[ \boxed{n_{\mathrm{GCA,extract}} =206.25\,\mu\mathrm{mol}\approx2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}}. \]
Если же \(F\) обозначает обратный поправочный коэффициент, основанный на отношении количества вещества к площади пика,
\[ F_X= \frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}, \qquad n_X=F_X\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}n_{\mathrm{is}}, \]
то соответствующие количества веществ в экстракте для аликвоты объёмом \(100\,\mu\mathrm L\) равны
\[ n_{\mathrm{CA,extract}} =10(0.5)\frac{2200}{2304}(2.7) =12.890625\,\mu\mathrm{mol} \approx13\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,extract}} =10(0.2)\frac{3520}{2304}(2.7) =8.25\,\mu\mathrm{mol} \approx8.3\,\mu\mathrm{mol}. \]
Наконец, если понимать напечатанный объём буквально как
\[ V_{\mathrm{aliquot}} =100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3} =10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3} \]
получаем
\[ D=\frac{1\,\mathrm{cm}^{3}}{10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3}}=10^4. \]
Это увеличивает каждое из приведённых выше количеств веществ в экстракте в \(10^3\) раз. Поскольку степень извлечения при экстракции составляет 100%, рассчитанные количества веществ в экстракте также равны количествам, первоначально присутствовавшим в пробе желудочного сока.
Решение проверено по официальному решению.
IChO 1993 · مسألة نظرية 2
تقدير الأحماض الصفراوية بواسطة HPLC
يُشتبه في أن ارتجاع محتويات الاثني عشر المحتوية على الصفراء هو السبب الرئيسي لالتهاب المعدة، ويعتمد العلاج الدوائي على استخدام مضادات الحموضة التي تنظّم \(pH\) العصارة المعدية بارتباطها بالأحماض الصفراوية والليزوليسيثين. اختير حمضان صفراويان، هما حمض الكوليك (CA) وحمض الغليكوكوليك (GCA)، لدراسة خصائص بعض المستحضرات التجارية لمضادات الحموضة. وكان المطلوب فصل الحمضين وتقديرهما في عصارات معدية اصطناعية وطبيعية، واستُخدمت كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء (HPLC) تقنيةً تحليلية.
اختير عمودان كروماتوغرافيان (A وB، على الترتيب) بناءً على بيانات منشورة في المراجع العلمية، وأُجريت اختبارات أولية لاختيار العمود (من بين A وB) الذي يحقق أفضل فصل للمركبات المذكورة آنفًا. ترد أزمنة الاستبقاء (\(t\)) للحمضين، ولمادة لا يستبقيها العمودان الكروماتوغرافيان، ولمركب يُستخدم معيارًا داخليًا (i.s.) في أول عمودين من الجدول. يبلغ طول كلٍّ من العمودين الكروماتوغرافيين 25 cm، وتبلغ كفاءتهما \(2.56\times10^{4}\) صفيحة نظرية لكل متر (\(N\,\mathrm{m}^{-1}\)).
في التحليل الفعلي، استُخلصت عصارة معدية اصطناعية بمزيج مناسب من المذيبات، ثم احتوى المحلول النهائي (\(1\,\mathrm{cm}^{3}\)) على 100 % من الحمضين الموجودين في المزيج الأصلي. حُلِّل \(100\,\mu\mathrm{cm}^{3}\) من المستخلص، مع 2.7 ميكرومول من المعيار الداخلي، بواسطة HPLC باستخدام العمود المختار. يورد الجدول معاملي الاستجابة (F) لكلٍّ من CA وGCA بالنسبة إلى المعيار الداخلي i.s.، ومساحتي القمتين الكروماتوغرافيتين للمركبين.
| العمود A \(t\) (s) | العمود B \(t\) (s) | F | المساحة | |
|---|---|---|---|---|
| المركب غير المستبقى | 120 | 130 | - | - |
| حمض الكوليك (CA) | 380 | 350 | 0.5 | 2200 |
| حمض الغليكوكوليك (GCA) | 399 | 395 | 0.2 | 3520 |
| المعيار الداخلي | 442 | 430 | - | 2304 |
عند الإجابة عن الأسئلة، تذكّر أن:
\[ R=\frac{\sqrt{N}}{4}\times\frac{\alpha-1}{\alpha}\frac{K'}{K'+1} \tag{1} \]
\[ \alpha=\frac{t'_2}{t'_1}=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0} \tag{2} \]
\[ K'=K'_2=\frac{t'_2}{t_0}=\frac{t_2-t_0}{t_0} \tag{3} \]
الأسئلة:
2.1 باستخدام قيم \(R\) و\(\alpha\) و\(K'\)، بيّن أيّ العمودين الكروماتوغرافيين ستستخدم، مع مراعاة أن التقدير الدقيق يتطلب أفضل فصل ممكن لجميع المركبات (فصلًا عند خط الأساس) (لا تأخذ المركب غير المستبقى في الحسبان)؟
2.2 احسب كمية كل حمض في محلول المستخلص.
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- 2.1: اختر العمود B. تبلغ قدرتا الفصل بين القمم المتجاورة فيه \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=2.28\) و\(R_{\mathrm{GCA,is}}=1.63\)، وتتجاوز كلتاهما المعيار المعتاد للفصل عند خط الأساس، وهو \(R\geq1.5\). أما العمود A، فتبلغ فيه \(R_{\mathrm{CA,GCA}}=0.952\)، وهي قيمة غير كافية.
- 2.2: تستلزم وحدة الجزء المأخوذ للتحليل كما طُبعت، وعدم تحديد الاصطلاح المتّبع لمعامل الاستجابة، إيراد توضيحات مشروطة. إذا كان الحجم المقصود للجزء المأخوذ للتحليل هو \(100\,\mu\mathrm L\)، فإن الكميات في المستخلص الكامل هي:
| المعنى المُسنَد إلى \(F_X\) | حمض الكوليك | حمض الغليكوكوليك |
|---|---|---|
| الاستجابة النسبية: \(\displaystyle F_X=\frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}\) | \(51.6\,\mu\mathrm{mol}\)، أي نحو \(52\,\mu\mathrm{mol}\) | \(206\,\mu\mathrm{mol}\)، أي نحو \(2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}\) |
| معامل التصحيح المقلوب: \(\displaystyle F_X=\frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}\) | \(12.9\,\mu\mathrm{mol}\)، أي نحو \(13\,\mu\mathrm{mol}\) | \(8.25\,\mu\mathrm{mol}\)، أي نحو \(8.3\,\mu\mathrm{mol}\) |
أما إذا قُرئ الحجم المطبوع للجزء المأخوذ للتحليل حرفيًا على أنه \(100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3}\)، فإن جميع هذه الكميات تكون أكبر بمقدار 1,000 مرة: وتكون القيم العددية نفسها بوحدة mmol.
الحل
2.1 — اختيار العمود الكروماتوغرافي
عدد الصفائح النظرية في كل عمود كامل هو
\[ N=(2.56\times10^{4}\,\mathrm{m}^{-1})(0.25\,\mathrm m) =6400, \qquad \frac{\sqrt N}{4}=20. \]
يحدد المركب غير المستبقى الزمن الميت:
\[ t_{0,A}=120\,\mathrm s,\qquad t_{0,B}=130\,\mathrm s. \]
في كلا العمودين، يكون ترتيب الإزاحة هو CA، ثم GCA، ثم المعيار الداخلي. ومن ثم، فإن زوجي القمم المتجاورة اللذين يجب فصلهما هما CA–GCA وGCA–المعيار الداخلي.
لكل زوج، نرمز إلى القمة الأسبق بالرقم 1 وإلى القمة اللاحقة بالرقم 2. وعندئذٍ
\[ \alpha=\frac{t_2-t_0}{t_1-t_0}, \qquad K'=\frac{t_2-t_0}{t_0}. \]
بالتعويض في معادلة قدرة الفصل المعطاة، نحصل على تبسيط مفيد:
\[ \begin{aligned} R &=20 \left(\frac{t_2-t_1}{t_2-t_0}\right) \left(\frac{t_2-t_0}{t_2}\right)\\ &=20\frac{t_2-t_1}{t_2}. \end{aligned} \]
جميع المعاملات المحسوبة عديمة الأبعاد:
| العمود | زوج القمم المتجاورة | \(\alpha\) | \(K'\)، للقمة اللاحقة | \(R\) |
|---|---|---|---|---|
| A | CA–GCA | \(\dfrac{399-120}{380-120}=1.0731\) | \(\dfrac{399-120}{120}=2.3250\) | \(\dfrac{20(399-380)}{399}=0.9524\) |
| A | GCA–i.s. | \(\dfrac{442-120}{399-120}=1.1541\) | \(\dfrac{442-120}{120}=2.6833\) | \(\dfrac{20(442-399)}{442}=1.9457\) |
| B | CA–GCA | \(\dfrac{395-130}{350-130}=1.2045\) | \(\dfrac{395-130}{130}=2.0385\) | \(\dfrac{20(395-350)}{395}=2.2785\) |
| B | GCA–i.s. | \(\dfrac{430-130}{395-130}=1.1321\) | \(\dfrac{430-130}{130}=2.3077\) | \(\dfrac{20(430-395)}{430}=1.6279\) |
بالنسبة إلى القمم التي يكون شكلها غاوسيًا تقريبًا، يتطلب الفصل عند خط الأساس، وفق الاصطلاح المعتاد، أن تكون \(R\gtrsim1.5\).
يفصل العمود A حمض GCA عن المعيار الداخلي، لكن قمتي الحمضين فيه تتداخلان بدرجة ملحوظة. ويحقق العمود B المعيار لكلا زوجي القمم المتجاورة، لذا يمكن تقدير كلٍّ من المركبات الثلاثة المستبقاة على حدة:
\[ \boxed{\text{استخدم العمود B.}} \]
2.2 — كميات الأحماض الصفراوية
المادتان المراد تحليلهما هما:
- حمض الكوليك (CA)، \(\ce{C24H40O5}\):
C[C@H](CCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C - حمض الغليكوكوليك (GCA)، وهو أميد حمض الكوليك مع الغليسين، \(\ce{C26H43NO6}\):
C[C@H](CCC(=O)NCC(=O)O)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3[C@H](O)C[C@@H]4C[C@H](O)CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](O)[C@]12C
ترمّز سلسلتا SMILES المتماكبيتان هاتان الكيمياء الفراغية للأحماض الصفراوية الطبيعية، بما في ذلك مجموعات الهيدروكسيل \(3\alpha,7\alpha,12\alpha\) والتشكيل \(5\beta\).
لنرمز بـ \(n_X\) إلى كمية أحد الحمضين في الجزء المأخوذ للتحليل. كمية المعيار الداخلي هي
\[ n_{\mathrm{is}}=2.7\,\mu\mathrm{mol}. \]
وفق تعريف الاستجابة النسبية
\[ F_X= \frac{A_X/n_X}{A_{\mathrm{is}}/n_{\mathrm{is}}}, \]
تعطي إعادة الترتيب
\[ n_X=\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}\frac{n_{\mathrm{is}}}{F_X}. \]
وعليه،
\[ n_{\mathrm{CA,aliquot}} =\frac{2200}{2304}\frac{2.7}{0.5} =5.15625\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,aliquot}} =\frac{3520}{2304}\frac{2.7}{0.2} =20.625\,\mu\mathrm{mol}. \]
إذا كان الحجم المقصود للجزء المأخوذ للتحليل هو \(100\,\mu\mathrm L=0.100\,\mathrm{cm}^{3}\)، فإن المستخلص الكامل يحتوي على عشرة أجزاء بهذا الحجم:
\[ D=\frac{1.00\,\mathrm{cm}^{3}}{0.100\,\mathrm{cm}^{3}}=10. \]
لذلك،
\[ \boxed{n_{\mathrm{CA,extract}} =51.5625\,\mu\mathrm{mol}\approx52\,\mu\mathrm{mol}}, \]
\[ \boxed{n_{\mathrm{GCA,extract}} =206.25\,\mu\mathrm{mol}\approx2.1\times10^2\,\mu\mathrm{mol}}. \]
أما إذا كان \(F\) يدل على معامل التصحيح المقلوب، أي الكمية لكل وحدة مساحة،
\[ F_X= \frac{n_X/A_X}{n_{\mathrm{is}}/A_{\mathrm{is}}}, \qquad n_X=F_X\frac{A_X}{A_{\mathrm{is}}}n_{\mathrm{is}}, \]
فإن الكميات المقابلة في المستخلص، لجزء مأخوذ للتحليل حجمه \(100\,\mu\mathrm L\)، هي
\[ n_{\mathrm{CA,extract}} =10(0.5)\frac{2200}{2304}(2.7) =12.890625\,\mu\mathrm{mol} \approx13\,\mu\mathrm{mol}, \]
\[ n_{\mathrm{GCA,extract}} =10(0.2)\frac{3520}{2304}(2.7) =8.25\,\mu\mathrm{mol} \approx8.3\,\mu\mathrm{mol}. \]
وأخيرًا، فإن أخذ الحجم المطبوع حرفيًا على أنه
\[ V_{\mathrm{aliquot}} =100\times10^{-6}\,\mathrm{cm}^{3} =10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3} \]
يعطي
\[ D=\frac{1\,\mathrm{cm}^{3}}{10^{-4}\,\mathrm{cm}^{3}}=10^4. \]
يزيد ذلك كل كمية من كميات المستخلص الواردة أعلاه بمعامل قدره \(10^3\). وبما أن نسبة الاسترداد بالاستخلاص هي 100%، فإن كميات المستخلص المحسوبة تساوي أيضًا الكميات الموجودة أصلًا في عينة العصارة المعدية.
تمت مراجعة الحل بمقارنته بالحل الرسمي.