Gas chromatographic investigation of adsorption of normal alkenes C₆−C₁₀ on graphitized thermal carbon black

Summary

The retention volumes, differential heats of adsorption, the standard change in the chemical potential of adsorbate and entropies of adsorption at low surface coverages of graphitized thermal carbon black (GTCB) for n-alkenes C₆−C₁₀ have been determined. Differences in retention of n-alkenes on the highly homogeneous non-specific surface of GTCB is determined principally by their cis-trans isomerism but is dependent on the position of the double bond, too. At equal molecular mass cis-isomers are eluted first. Their retention times increase with shifting of the double bond from the centre towards the end of the molecule. Cis-isomers are followed by trans-isomers in the same order. Resolution of cis-trans-isomers increases in order: 3-alkenes<2-alkenes<4- and 5-alkenes. Differences in the isosteric heats of adsorption of geometric isomers have been found to be about 0.2–0.5 kcal mole⁻¹. GTCB can be recommended for separating cis-trans isomers of n-alkenes by gas solid chromatography.

Zusammenfassung

Es wurden die Retentionsvolumina, differentielle Adsorptionswärmen, Änderungen des chemischen Potentials und Entropieänderungen des Adsorbates bei geringer Belegung der Oberfläche des graphitierten thermischen Rußes (GTR) für die Reihe der n-Alkene C₆−C₁₀ bestimmt. Die Retention von n-Alkenen auf einer homogenen unspezifischen Oberfläche (GTR) wird grundsätzlich durch cis-trans-Isomerie bestimmt, ebenso hängt sie auch von der Lage der Doppelbindung ab. Bei gleichem Molekulargewicht werden zuerst die cis-Isomere eluiert. Ihre Retentionszeiten verlängern sich mit der Verlagerung der Doppelbindung aus der Mitte zum Ende des Moleküls. Den cis-Isomeren folgen trans-Isomere in derselben Reihenfolge. Die Trennbarkeit der geometrischen Isomere vergrößert sich in der Reihe: 3-Alkene<2-Alkene<4- und 5-Alkene. Die Differenzen der isosterischen Adsorptionswärmen für die geometrischen Isomere betragen 0.2–0.5 kcal Mol⁻¹. Für die analytische Trennung von cis-trans-Isomeren der n-Alkene kann die Adsorptions-Gas-Chromatographie auf GTR empfohlen werden.

Résumé

On a déterminé les volumes de rétention, les chaleurs d'adsorption, les changements de potentiel chimique d'adsorbat et d'entropie d'adsorption sur le Noir de carbone graphitisé par voie thermique (NCTG) pour des n-alcènes C₆−C₁₀, dans le cas où le taux de recouvrement de la surface de l'adsorbant est faible. Les différences de rétention des n-alcènes sur la surface adsorbante non spécifique et très homogène du Noir de carbone graphitisé par voie thermique (GTCB) sont principalement dûes à l'isomérie cis-trans, mais également, à la position de la double liaison dans la molécule d'alcène. A masses moléculaires égales, les isomères cis sont élués les premiers. Leurs temps de rétention croit lorsque la double liaison s'éloigne du centre de la molécule. Dans tous les cas, l'isomère cis est suivi par l'isomère trans. La résolution des pics correspondant aux isomères cis et trans croit dans l'ordre: 3-alcènes<2-alcènes<4-alcènes et 5-alcènes. Les différences dans les chaleurs isostériques d'adsorption des isomères géométriques sont comprises entre 0,2 et 0,5 kcal·mole⁻¹. On peut recommander l'emploi du Noir de carbone graphitisé par voie thermique (GTCB) pour la séparation des isomères cis-trans des n-alcènes par chromatographie gaz-solide.