Исследование физико-химических свойств монолитных капиллярных колонок хроматографическими методами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

Канатьева Анастасия Юрьевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОНОЛИТНЫХ КАПИЛЛЯРНЫХ колонок ХРОМ/^ТОГРАФИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

02.00.04 - Физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 2007

0031Т6805

003176805

Работа выполнена в ордена Трудового красного знамени Институте нефтехимического синтеза им А В Топчиева Российской академии наук

Научный руководитель

доктор химических наук

Курганов Александр Александрович

Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор Карпачева Галина Петровна

ордена Трудового красного знамени Институт нефтехимического синтеза им А В Топчиева РАН

доктор технических наук, профессор Гелис Владимир Меерович

Институт физической химии и электрохимии им А Н Фрумкина РАН Ведущая организация Институт Геохимии и Аналитической Химии им

электрохимии им А Н Фрумкина Российской академии наук по адресу 119991, ГСП-1, г Москва, Ленинский проспект, д 31

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физической химии и электрохимии им А Н Фрумкина Российской академии наук

В И Вернадского РАН

2007 г в 15 00 на заседании

Автореферат разослан « 10 _ »

2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук

Платонова Н П

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы Анализ природных и промышленных объектов на содержание ионных соединений является важной практической задачей, ежедневно решаемой аналитическими лабораториями в различных отраслях промышленности, экологии, медицины Физико-химические методы определения простых неорганических анионов в настоящее время представлены ионной хроматографией (ИХ), капиллярным зонным электрофорезом (КЗЭ) и потенциометрией с ионселективными электродами (ПИЭ) КЗЭ позволяет проводить быстрые и высокоэффективные разделения Однако общим недостатком методик связанных с применением КЗЭ является невысокая чувствительность и плохая воспроизводимость, что связанно с зависимостью величины электроосмотического потока от большого числа трудно контролируемых параметров Как результат этого, варьируются не только времена удерживания сорбатов, но и эффективность, и селективность разделения

Хорошей воспроизводимостью и чувствительностью обладают методы анализа ионных соединений основанные на использовании ИХ Однако время анализа у этих методов, как правило, заметно выше, чем у методов основанных на КЗЭ Время проведения анализа возрастает особенно сильно, если исследуемая проба содержит многозарядные неорганические анионы, такие как сульфат или фосфат Уступает ионная хроматография методам капиллярного электрофореза и по эффективность разделения В связи с этим повышение эффективности и экспрессности методов ИХ является актуальной задачей современной хроматографии и аналитической химии

Повышение эффективности хроматографических разделений в высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) тесно связано с улучшением физико-химических характеристик сорбентов, используемых в качестве стационарных фаз Прежде всего, это относится к размеру частиц сорбента и однородности его фракционного состава Как известно, минимальная высота, эквивалентная теоретической тарелке, (ВЭТТ) в ВЭЖХ составляет примерно два диаметра зерна сорбента Поэтому уменьшение размера частиц сорбента, заполняющего колонку, является традиционным методом повышения эффективности колонок в ВЭЖХ Однако использование все более мелкодисперсных сорбентов одновременно с ростом эффективности приводит к значительному возрастанию давления, которое необходимо использовать, чтобы обеспечить оптимальную скорость подвижной фазы в колонке

Альтернативный путь улучшения производительности хроматографического анализа предполагает использование монолитных колонок Монолитные колонки, в отличие от заполненных колонок, не требуют процесса упаковки колонок

сорбентом, поскольку монолит синтезируется непосредственно в самой колонке in situ Уникальной является также морфология стационарной фазы внутри колонки размер каналов в структуре монолита, по которым перемещается подвижная фаза (так называемые транспортные поры), не зависит от размера первичных частиц полимера (так называемые доменные частицы), формирующих его структуру Таким образом, монолиты впервые дают возможность приготовить хроматографические колонки, заполненные мелкими частицами (доменами), которые в то же время не требуют для своей работы применения высоких и сверхвысоких давлений Исследование физико-химических свойств монолитных капиллярных колонок в зависимости от условий их получения позволит выявить закономерности формирования структуры этих уникальных сорбентов, необходимой для достижения быстрых и высокоэффективных разделений Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование физико-химических свойств анионообменных монолитных капиллярных колонок на основе органических полимерных матриц, разработка простого и удобного метода их получения и оптимизация их структуры для достижения оптимальных хроматографических свойств, а также разработка методов анализа анионов на основе нового типа сорбентов Конкретные задачи исследования включали следующие этапы

• Разработка метода синтеза монолитных капиллярных колонок на основе гидрофобных (полидивинилбензол (ПДВБ), поли(дивинилбензол /хлорметилстирол) (П(ДВБ/ХМС))) и гидрофильных (лолиэтиленгликольдиметакрилат (ПЭДМА), поли(этиленгликольди-метакрилат /глицидилметакрилат) (П(ЭДМА/ГМА))) органических матриц

• Исследование физико-химических характеристик неионных монолитных сорбентов, таких как пористость, проницаемость, параметры уравнения Ван-Деемтера (характеризующие скоростью диффузии веществ в подвижной и неподвижной фазах и т д), и их зависимости от структуры полученных монолитов

• Изучение зависимости физико-химических свойств ионных монолитных сорбентов (кинетика взаимодействия сорбата с монолитом, селективность сорбента) от структуры функциональных групп монолита

• Определение оптимальных условий применения полученных монолитных сорбентов и капиллярных колонок на их основе в анализе неорганических анионов (состава элюента, скорость потока элюента и тд)

Научная новизна В работе впервые систематически исследованы физико-химические параметры ионных и неионных монолитных матриц и капиллярных колонок на их основе Предложен метод получения высокоэффективных монолитных ионообменных капиллярных колонок, с оптимальной структурой

монолита для проведения эффективных и селективных анализов в ИХ Получены 10 новых типов монолитных капиллярных колонок и охарактеризованы их физико-химические свойства (в том числе и хроматографические свойства в обращенно-фазной (ОФ) и ионной хроматографии)

• показано, что пористость, проницаемость монолитов и импеданс колонок в первую очередь определяются условиями синтеза, такими как температура и время полимеризации, относительные количества (со)мономеров в полимеризационной смеси,

• обнаружено, что селективность и ионная емкость сорбента зависят от типа используемого аминирующего реагента Варьирование состава аминирующей смеси позволяет получать колонки с заданными характеристиками,

• обнаружено замедление кинетики массообмена при переходе от монолитных колонок стандартного аналитического размера к капиллярным монолитным колонкам и при переходе от обращенно-фазных монолитных капиллярных колонок (полимерная матрица) к ионообменным колонкам (аминированная полимерная матрица),

• обнаружено влияние типа аминирующего агента на свойства органического полимерного сорбента и эффективность хроматографических колонок,

• определены зависимости удерживания наиболее распространенных анионов (фторид, хлорид, бромид, нитрит, нитрат) от условий апюирования,

• исследована селективность синтезированных сорбентов при разделении неорганических анионов

Практическая значимость. Изучено влияние параметров синтеза монолитов на их пористость, проницаемость и структуру монолитной матрицы, а также на импеданс монолитных колонок полученных на их основе Проведена оптимизация условий синтеза монолитных капиллярных колонок на основе органических полимеров и отработаны условия получения монолитных капиллярных колонок с оптимальными физико-химическими свойствами для применения в ионной хроматографии Найдены оптимальные условия разделения модельных смесей неорганических анионов и предложены методики анализа анионов в реальных объектах различной природы (питьевая вода, минеральная вода и т д) Показано, что применение новых типов колонок позволяет сократить время анализа при проведении рутинных анализов при сохранении надежности и достоверности получаемых результатов

Апробация работы. Основные результаты диссертации изложены в публикациях и представлены в виде докладов на следующих конференциях и симпозиумах X Международная конференция «Теоретические проблемы химии поверхности,

адсорбции и хроматографии», Москва-Клязьма, 24-28 04 2006, 29 Мевдународный Симпозиум по Капиллярной хроматографии (29 International Symposium on Capillary Chromatography), Riva-Del-Garda, Italy, 29 05-02 06 2006, Международный Конгресс по Аналитическим Наукам (International Congress on Analytical Sciences -2006), Москва, 25-30 06 2006, 2-й Международный форум "Актуальные проблемы современной науки", Самара, 20-2311 2006, Всероссийский симпозиум «Хроматография в химическом анализе и физико-химических исследованиях», Москва-Клязьма, 23-27 04 2007, 31 Международный симпозиум по высокоэффективной жидкостной хроматографии и связанным методикам (31st International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques), International Congress Centre, Ghent, Belgium, 17-21 06 2007 Публикации. По материалам диссертации опубликованы 5 статей и тезисы 7 докладов

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, обзора литературы, трех глав с описанием проведенных экспериментов и полученных результатов, выводов и списка использованной литературы Материал диссертации изложен на 155 страницах, содержит 49 рисунков и 10 таблиц Список использованной литературы содержит 142 наименования

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе первой главы диссертации изложен обзор литературных данных, касающихся синтеза и применения монолитных колонок Дан краткий исторический обзор развития монолитных стационарных фаз Рассмотрены некоторые наиболее важные области применения монолитов, такие как ОФ и ионообменная хроматография биополимеров, ОФ хроматография полиароматических углеводородов (ПАУ), электрохроматография (ЭХ) Второй раздел первой главы посвящен рассмотрению методов синтеза анионообменных сорбентов, включая синтез анионообменных монолитных колонок на основе органических полимеров в капиллярном формате Рассмотрены факторы, влияющие на удерживание сорбатов и селективность их разделения в ИХ Систематизированы данные о доступных анионообменных хроматографических колонках и отмечены основные тенденции в их развитии

Вторая глава диссертации посвящена описанию синтеза объектов исследования и условий проведения экспериментов

Все хроматографические эксперименты проводили на изократическом жидкостном хроматографе фирмы "ЗЫпг^ги" (Япония), скомпонованном из насоса высокого давления марки !_С-ЮАО и УФ-детектора с переменной длиной волны ЭРО-ЮА в сочетании с капиллярной ячейкой Пробу вводили с помощью

крана-дозатора фирмы "Reodyne" (США), модель 7125, снабженного петлей на 2 мкл, перед колонкой был установлен делитель потока (соотношение 1 30) Сбор данных с детектора производился с помощью программного обеспечения «ChromStar» фирмы SCPA GmbH

Все колонки были приготовлены из кварцевого капилляра с внутренним диаметром 100 им и внешним диаметром 350 мм Внутреннюю поверхность капилляра перед синтезом монолита предварительно регидроксилировали с помощью 1% плавиковой кислоты, а затем силанизировали обработкой раствором 3-(триметоксисилил)пропилметакрилата для обеспечения химического связывания монолита с поверхностью капилляра Кроме того, после такой обработки слой монолита вблизи стенок капилляра оказывается более плотным, чем в основной массе, что снижает вероятность нежелательного взаимодействия сорбатов со стенками кварцевого капилляра

Синтез монолитных сорбентов проводили реакцией радикальной полимеризации В качестве мономеров использовали п-дивинилбензол (ДВБ), п-хлорметилстирол (ХМС), диметакрилатэтиленгликоль (ЭДМА) и глицидилметакрилат (ГМА), в качестве поробразователя - смесь додеканола-1 и толуола в соотношении 6,751 (об) Для термоинициирования радикальной реакции использовали 2,2'-азодиизобутиронитрил (АИБН) в количестве 1% (масс) от количества мономера После полимеризации колонки промывали метанолом для удаления непрореагировавших продуктов и порообразователя

Для превращения неионных монолитных колонок в колонки для ИХ, поверхность монолита модифицировали с помощью различных аминирующих реагентов прямым аминированием триметиламином (ТМА), аминированием диметиламином (ДМА) или полиэтиленимином (ПЭИ) или их смесями с последующей кватернизацией йодистым метилом

Всего было синтезировано более 50 различных монолитных колонок, сгруппированных в таблице 1, согласно методу получения и области применения

В третьей главе обсуждаются результаты исследования физико-химических свойств синтезированных неионных монолитных колонок Для каждой из синтезированных колонок были определены пористость, проницаемость, импеданс, коэффициент С уравнения Ван-Деемтера (характеристика кинетики массопередачи в подвижной и неподвижной фазах) и эффективность в хроматографических приложениях

Для определения эффективной (открытой) пористости синтезированных монолитных капиллярных колонок в работе были использованы гравиметрический и хроматографический методы

Гравиметрический метод заключается в определении массы монолитной колонки, заполненной гелием, и массы монолитной колонки, заполненной тяжелым растворителем (четыреххпористый углерод)

Таблица 1

Типы синтезированных сорбентов

Матрица Аминирующий агент

ПДВБ Без аминирования ОФ ВЭЖХ

ПЭДМА Без аминирования ОФ ВЭЖХ

П(ДВБ/ХМС)* Без аминирования ОФ ВЭЖХ

П(ЭДМА/ГМА) Без аминирования ОФ ВЭЖХ

П(ДВБ/ХМС) ТМА ИХ

П(ДВБ/ХМС) ПЭИ, йодистый метил ИХ

П(ЭДМА/ГМА) ДМА, йодистый метил их

П(ЭДМА/ГМА) ПЭИ, йодистый метил их

П(ЭДМА/ГМА) ПЭИ + ДМА, йодистый метил** их

* Относительные количества мономеров в случае синтеза сополимеров П(ДВБ/ХМС) и П(ЭДМА/ГМА) варьировались.

** Относительные количества ПЭИ и ДМА в аминирующей смеси варьировались.

Считая, что растворитель заполняет все доступное пустое пространство внутри колонки, пористость колонки можно определить с помощью следующего выражения:

^ 4(т2-т,)х100%

рлй'Ь к>

Здесь е - пористость; т\ - масса монолитной колонки после продувки гелием, г; тг - масса монолитной колонки, заполненной четыреххлористым углеродом, г; р = 1,594 г/см3 - плотность четыреххлористого углерода; й - диаметр капилляра, см; Ь- длина капилляра, см; п = 3,14.

Традиционный хроматографический метод определения пустого пространства внутри колонки заключается в измерении времени выхода «неудерживаемого» сорбата 1<>. Пористость колонки рассчитывается из 10 по следующей формуле:

с = ~ У'" К 100 % (2)

Здесь г0 - время выхода неудерживаемого вещества, с; у - объемная скорость потока подвижной фазы через колонку, см3/с; - объем внеколоночных коммуникаций, который определялся с помощью холостого опыта с использованием полой трубки известного объема, установленной вместо хроматографической колонки, см3.

На рис. 1 показаны зависимости пористости полученных колонок от объемной доли мономера в исходной полимеризационной смеси. Из рисунка видно, что значения пористости, определенные хроматографическим и

гравиметрическим методами, удовлетворительно согласуются между собой. В то же время обращает на себя внимание тот факт, что экспериментально найденная величина пористости колонок, полученных на основе ЭДМА, оказывается заметно меньше теоретического значения, тогда как для монолитов на основе ДВЕ она оказывается выше теоретического значения.

Для пористых полимеров объем пор обычно задается объемом порообразователя, используемого в процессе синтеза. Некоторое увеличение пористости может быть обусловлено контрактацией полимера, обычно наблюдаемой для виниловых мономеров. Именно такая ситуация наблюдается для монолитных колонок на основе ДВБ, пористость которых оказалась выше, чем теоретически рассчитанные значения.

В дополнение к причинам, отмеченным ранее, увеличение пористости может быть обусловлено еще и неполной полимеризацией мономера и/или наличием частиц полимера, не связанных с монолитной матрицей. Не вступивший в реакцию мономер и незакрепленные частицы полимера вымывается из нее в ходе последующей промывки, что увеличивает объем свободного пространства внутри колонки.

Для монолитных колонок на основе ЭДМА неожиданно было обнаружено не увеличение, а уменьшение пористости по сравнению с теоретически ожидаемыми значениями. Вероятнее всего это связано с образованием в структуре монолита замкнутых пор, недоступных растворителю, подвижной фазе и «неудержи-ваемому» сорбату.

Пористость монолитных колонок как на основе ДВБ, так и на основе ЭДМА, снижается с ростом температуры, причем для колонок на основе ЭДМА эта

(мономер].%

Рис. 1. Зависимость пористости синтезированных монолитных колонок от объемной доли мономера в исходной полимеризационной смеси: 1, 2 -теоретическая пористость ПДБВ и ПЭДМА колонок; 3 -пористость ПДВБ колонок, гравиметрический метод, 4 -пористость ПЭДМА колонок, хроматографический метод, 5 - пористость ПЭДМА колонок, гравиметрический метод. Синтез всех колонок проводился в течение 60 минут при температуре 75 °С.

тенденция выражена более резко.

Увеличение времени проведения синтеза также приводит к плавному снижению пористости для обоих типов колонок и с ростом продолжительности синтеза экспериментальные величины все более приближаются к теоретическим значениям Таким образом, результаты проведенных экспериментов отчетливо показывают, что пористая структура монолита однозначно определяется условиями его синтеза количеством взятого порообразователя, температурой и временем полимеризации

Проницаемость для синтезированных колонок определяли методами газовой и жидкостной хроматографии и рассчитывали по уравнению Пуазейля-Дарси для несжимаемой подвижной фазы

в. = (3)

Или в модификация Халаша для сжимаемой подвижной фазы

Здесь Ар = р, - р0 - перепад давления вдоль колонки, Па, р, - давление газа-носителя на входе колонки, Па, р0 - давление газа-носителя на выходе колонки, з(р2-1Уя+1)

Па, у = —' ^ ' - фактор сжимаемости Халаша, Р=р,/ро, - длина колонки,

м, ц — вязкость подвижной фазы, Па с, и(й) - линейная (средняя) скорость подвижной фазы, м/с, В0 - проницаемость колонки, м2

Величины проницаемости колонок, найденные в ЖХ и в ГХ измерениях, удовлетворительно совпали друг с другом Использование в измерениях наряду с несжимаемой подвижной фазой также и сжимаемой подвижной фазы было обусловлено тем, что ее применение позволяет получить информацию об однородности структуры монолита по длине колонки Для этого скорость движения подвижной фазы на выходе из колонки и0 определялась в прямом и обратном направлениях (т е вход и выход у колонки просто менялись местами) Для однородных колонок величина и0 не должна зависеть от направления потока подвижной фазы, что и наблюдалось у большинства колонок Колонки, не отвечавшие этому тесту, выбраковывались

На рис 2 показан график изменения проницаемости в зависимости от пористости синтезированных колонок Для колонок на основе ПЭДМА зависимость можно приближенно описать экспоненциальной кривой при низких величинах пористости колонок проницаемость практически не зависит от пористости, но начинает быстро расти при увеличении пористости до 70% и выше

В случае ПДВБ колонок корреляция между проницаемостью колонки и ее пористостью отсутствовала, и высокая проницаемость наблюда-лась как у колонок с высокой пористостью, так и у колонок с низкой пористостью Объяснение этого кажущегося несоответствия достаточно очевидно во-первых,

проницаемость колонки не является какой-то средней величинои, характеризую -щей усредненное строение колонки.

Проницаемость колонки определяется ее проницаемостью в наиболее плотном месте по длине колонки, даже если это место имеет очень небольшую толщину. Во-вторых, пористость колонки ничего не говорит о размере транспортных пор, а именно этот размер определяет проницаемость колонки. Отсюда следует, что в общем случае нет оснований ожидать какой-либо корреляции между этими двумя параметрами и то, что она наблюдалась в случае колонок на основе ЭДМА, надо рассматривать скорее как исключение, чем закономерность.

Для визуальной оценки структуры монолитного сорбента с помощью сканирующей электронной микроскопии было получено несколько микрофотографий срезов синтезированных нами колонок. На снимках видно, что размер доменных частиц сравним с диаметром транспортных каналов в структуре монолита. Эти данные подтверждают отмеченную выше уникальную особенность структуры монолитных колонок, когда размер транспортных каналов может приближаться или даже превосходить размер первичных частиц формирующих структуру монолита.

Динамические свойства стационарных фаз в хроматографии обычно характеризуют с помощью уравнения Ван-Деемтера, показывающего зависимость величины эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ) Я от линейной скорости подвижной фазы и:

Рис. 2. Зависимости проницаемости монолитных капиллярных колонок от их пористости: * -пористость ПЭДМА колонок, гравиметрический метод, О - пористость ПЭДМА колонок, хроматографический метод, ■ - пористость ПДВБ колонок, гравиметрический метод

п

Н =А + — + С-и и

(4)

Здесь А, б и С константы характеризующие так называемую продольную (А) диффузию сорбата в колонке, его диффузию с подвижной фазе (В) и кинетику массообмена между подвижной и стационарной фазами (С).

В отличие от газовой хроматографии, где обычно можно наблюдать полную кривую Ван-Деемтера, в жидкостной хроматографии, как правило, удается наблюдать только правую восходящую ветвь кривой Ван-Деемтера.

Рис. 3. Микрофотография монолитной капиллярной колонки, синтезированной при 70°С в течение 30 минут. Содержание мономера (ЭДМА) в исходной полимеризационной смеси 35%.

Это вызвано тем, что диффузионные процессы в жидкости протекают намного медленнее, чем в газе, и для наблюдения полной кривой Ван-Деемтера необходимы измерения при очень низких скоростях подвижной фазы, которые трудно реализовать на стандартном оборудовании.

На рис. 4 и 5 показаны изменения формы кривой Ван-Деемтера в зависимости от доли мономера в полимеризационной смеси для колонок на основе ДВБ и ЭДМА, соответственно. Как видно из рисунков, ВЭТТ колонок непрерывно снижается при уменьшении скорости потока и составляет 10-20 мкм при минимальных использованных скоростях. Наблюдаемая эффективность монолитных колонок сравнима с эффективностью аналитических коммерческих и экспериментальных колонок, используемых для ИХ. В то же время, как видно из рис. 4 и 5, наблюдаемая минимальная ВЭТТ оказывается не очень чувствительной к изменениям условий синтеза. В случае ПДВБ (рис. 4) изменение условий получения монолита оказывает больший эффект на наклон правой ветви

кривой Ван-Деемтера, который отражает кинетику взаимодействия сорбата со стационарной фазой.

35% 38% 40% 41%

А'

•Х-Л''

ж

30% 33% 34% 35% 36% 30%

Рис. 4. Зависимость формы кривых Ван-Деемтера от доли мономера в исходной полимеризационной смеси для колонок на основе ДВЕ. Температура синтеза 75 °С, продолжительность синтеза 60 минут.

Рис. 5. Зависимость формы кривых Ван-Деемтера от доли мономера в исходной полимеризационной смеси для колонок на основе ЭДМА. Температура синтеза 75 °С, продолжительность синтеза 60 минут.

Наиболее пологая кривая, отвечающая наиболее быстрой кинетике, наблюдалась у колонок, полученных в довольно узких пределах режимов полимеризации, и отклонение от этого режима приводило к замедлению кинетики массообмена. В то же время для колонок на основе ЭДМА кинетика взаимодействия анализируемых веществ с неподвижной фазой (скорость диффузии аналитов в неподвижную фазу) практически не зависит от условий синтеза. Величина минимальной ВЭТТ для полимерных монолитных капиллярных колонок оказалась сопоставимой с аналогичной величиной для описанных в литературе силикагельных монолитных колонок стандартного формата, но последние демонстрируют более пологие кривые Ван Деемтрера, что говорит о более высокой скорости диффузии сорбатов в структуре силикагельного монолитного сорбента.

Очень пологий профиль правой части кривой Ван-Деемтера (т.е. низкие значения коэффициента С уравнения Ван-Деемтера) обычно связывают с малым размером доменных частиц, формирующих структуру монолита. В теории хроматографии параметр С рассматривается состоящим из двух вкладов, один из которых относят к сопротивлению массопередаче между подвижной фазой и поверхностью стационарной фазы (См), а второй к массопереносу внутри стационарной фазы (Сэ):

с = с,

+ cs =

codi q-kd

f

D,

(к +1)2 Ds

(5)

где со и q константы, с1р - размер частиц сорбента, Эм и коэффициенты диффузии сорбата в подвижной и стационарных фазах, соответственно, к -фактор удерживания и д.г толщина слоя (пленки) неподвижной фазы

Как видно из выражения (5), первое слагаемое уменьшается при уменьшении размера зерна сорбента, что в случае монолитных колонок должно было бы соответствовать уменьшению размера доменов, формирующих структуру монолита Однако такая интерпретация справедлива только для плотно упакованных слоев сорбента В общем же случае, величина первого слагаемого связана с размером каналов, через которые протекает подвижная фаза С этой точки зрения, в случае монолитных колонок выражение (5) следует, вероятно, рассматривать как указание на то, что параметр С для монолитных колонок зависит как от размера каналов, по которым протекает подвижная фаза, так и от структуры доменов

На рис 6 приведены зависимости импеданса (полного сопротивления разделению) £ от линейной скорости подвижной фазы для колонок на основе ЭДМА, рассчитанные по выражению

Здесь г0 - время удерживания несорбирующегося вещества, АР - перепад давления в колонке, N - число теоретических тарелок на колонку, п - вязкость Величина импеданса характеризует способность колонки проводить быстрые и эффективные разделения Чем он ниже, тем лучше колонка соответствует этому критерию Для колонки, синтезированной с использованием полимеризационной смеси, содержащей 30% мономера, эта величина в минимуме не превышает 700, что в 4 раза меньше минимального значения импеданса, приводимого в литературе для колонок, заполненных сорбентом зернением 5 рм Снижение пористости монолита в колонке приводит к росту угла наклона кривых зависимости импеданса от линейной скорости потока подвижной фазы, а также к увеличению минимального значения импеданса Для колонки, синтезированной с использованием полимеризационной смеси, содержащей 38% мономера, величина импеданса в минимуме составляет около 20000, а кривая зависимости от линейной скорости проходит близко к вертикали

Эти результаты указывают на то, что, хотя пористость колонок в рассматриваемом случае не оказывает заметного влияния на ВЭТТ, она может значительно изменять импеданс колонок, учитывающий изменение сопротивления перемещению подвижной фазы и массопереносу между фазами Монолитные капиллярные колонки, имеющие оптимальный импеданс, демонстрируют высокоэффективные хроматографические разделения, как следует из рис 7, где показано разделение модельной смеси сорбатов

и, мм/с

Рис. 6. Зависимость импеданса колонок на основе ЭДМА от линейной скорости подвижной фазы для колонок с различным содержанием мономера в полимеризационной смеси. Температура синтеза 75 °С, продолжительность синтеза 60 минут.

к' = 0.8

время, мин

Рис. 7 Разделение модельной смести соединений на монолитной капиллярной колонке с оптимальной структурой монолитного слоя. Колонка 100 мкм х 26,5 см, монолит на основе ДВЕ, ацетонитрил / вода=6 / 4: скорость потока 1 мм/с; сорбаты: тиомочевина, 1 нитробензол, 2 бензол, 3 толуол, 4 этилбензол

в режиме ОФ ВЭЖХ на монолитной капиллярной колонке с оптимальной структурой монолитного слоя

В четвертой главе рассматриваются различные параметры анионообменных колонок, полученных аминированием неионных монолитных матриц Оценку физико-химических характеристик свойств полученных анионообменных монолитных колонок проводили хроматографическим методом на основе их способности разделять модельную смесь неорганических анионов и на основе кривых Ван-Деемтера, полученных для этих колонок Как для колонок на основе ДВБ матрицы, так и для колонок на основе ЭДМА после введения ионогенных групп наблюдалось значительное замедление кинетики взаимодействия сорбатов со стационарной фазой, снижение проницаемости, ухудшение хроматографических свойств Этот эффект был особенно сильно выражен у колонок на основе ДВБ, поэтому дальнейшую оптимизацию структуры монолитных колонок проводили для колонок на основе гидрофильной метакрилатной матрицы

Рис 8 показывает влияние температуры полимеризации монолита на величину параметра С уравнения Ван-Деемтера для ионных колонок Последовательное повышение температуры синтеза полимерной матрицы приводит к ухудшению хроматографических характеристик колонок в режиме ионной хроматографии и быстрому росту коэффициента С, а, следовательно, к замедлению кинетики массопередачи для колонок, синтезированных при более высоких температурах колонок С понижением температуры значение коэффициента С экспоненциально приближается к некоему постоянному значению и фактически выходит на плато при температуре полимеризации, равной 60°С

Дальнейшее понижение температуры не дает улучшения формы кривой Ван-Деемтера, однако, приводит к формированию механически непрочных матриц, которые разрушаются при давлениях уже около 20 атм В качестве оптимальной температуры синтеза полимер» ной матрицы для ионообменных т ° колонок была выбрана Рис 8 Зависимость коэффициента С уравнения температура 60°С - темпера-Ван-Деемтера от температуры полимеризации тура, ниже которой не происхо-Матрица П(ЭДМА/20%ГМА) Синтез проводился в дит дальнейшего ускорения течение 2 часов, аминирование смесью ДМА/ПЭИ кинетики взаимодействия сорба-(1/1)

тов с монолитом, однако механическая прочность получаемых колонок еще достаточна, чтобы их можно было использовать в режиме жидкостной хроматографии Интересно отметить, что оптимальная структура неионной матрицы, как это отмечалось в главе 3, достигается при температуре полимеризации 73°С Таким образом, матрица имеющая оптимальную структуру с точки зрения разделений в ОФ режиме, оказывается не оптимальной для получения ионообменных колонок Большое влияние на свойства ионных колонок оказывает присутствие в полимеризационной смеси функциональных сомономеров ХМС и ГМА, небольшие количества которых добавляются в полимеризационную смесь, чтобы обеспечить возможность последующего введения ионных функциональных групп

На рис 9 показаны кривые Ван-Деемтера для колонок полученных при различном содержании ГМА в полимеризационной смеси Следует отметить, что содержание ГМА влияет не только на строение монолита, но и определяет количество аммонийных групп в его структуре

« 5%

? 5-

о 2 а в а ю 13 и и ММ/1

Рис 9 Зависимость формы кривой Ван-Деемтера от относительного количества ГМА в полимеризационной смеси (ЭДМА/ГМА) Синтез проводился при температуре 60 °С в течение 2 часов, аминирование смесью ДМА/ПЭИ (1/1)

% GMA

Рис 10 Зависимость коэффициента С уравнения Ван-Деемтера от доли ГМА в полимеризационной смеси Матрица П(ЭДМА/ГМА) Синтез проводился при температуре 60°С в течение 2 часов, аминирование смесью ДМА/ПЭИ (1/1)

Как видно из рисунка, изменение доли функционального мономера не оказывает заметного влияния на минимальное значение ВЭТТ, однако, сильно изменяет наклон правой ветви кривой, т е оказывает сильное влияние на величину коэффициента С уравнения Ван-Деемтера Этот эффект наглядно представлен на рис 10, из которого видно, что изменение коэффициента С имеет экстремальный характер и проходит через минимум при содержании 10% ГМА в полимеризационной смеси, когда скорость диффузии веществ в структуре монолита максимальна

Оптимизация свойств монолитных колонок для ИХ, помимо оптимизации условий синтеза, включала также поиск оптимальной структуры ионогенных групп, ответственных за селективность разделения ионов. В качестве аминирующих агентов в работе были изучены ТМА (для аминирования матриц П(ДВБ/ХМС)), ДМА и ПЭИ. Процессы, протекающие при аминировании монолитных матриц различными аминирующими агентами, показаны на рис. 11. Было обнаружено, что сорбенты, полученные при аминировании одной и той же монолитной матрицы различными аминирующими агентами, проявляют различную селективность и эффективность.

В таблице 2 приведены значения коэффициентов селективности для трех таких сорбентов. Как видно из таблицы, все сорбенты способны разделить традиционно критические для ИХ пары анионов СГ/ЫО2" и Вг~ / N0^. Однако сорбент, полученный аминированием ПЭИ, оказался неспособным разделить пару N0}/ В г'. Кроме того, этот сорбент проявлял наименьшую селективность разделения среди трех типов анионообменников (рис.12). В то же время, эффективность этой монолитной колонки оказалась наилучшей среди изученных сорбентов. Колонки, полученные аминированием с помощью ДМА, обладали слишком большой емкостью, что приводило к неоправданному увеличению времени анализа, искажению формы пиков (хвостованию) и низкой эффективности (рис 13).

Таблица 2

Значения коэффициентов селективности для сорбентов [П(ЭДМА/ГМА)+ПЭИ], [П(ЭДМА/ГМА)+ДМА] и [П(ЭДМА/ГМА) +(ДМА/ПЭИ)], рН = 6,0

Анионы Коэффициент селективности а = *дл(|-+1)/кА„ц)

[П(ЭДМА/ГМА)+ПЭИ] [П(ЭДМА/ГМА)+ДМА] (П(ЭДМА/ГМА) +(ДМА/ПЭИ)]

V - С1 1,3 3,5 5,0

СГ - NО - 1,7 1,5 1,7

ыо~ - в г 1,0 1,6 1,5

В Г - ЫО~ 1,1 1,5 1,7

Оптимальными свойствами обладал сорбент, полученный аминированием смесью ДМА и ПЭИ. Как видно из таблицы 2, он лишь немного уступает по селективности сорбенту на основе ДМА, но значительно превосходит его по эффективности (рис. 14а). Для этого сорбента наблюдается равномерное распределение пиков анионов на хроматограмме, время анализа по сравнению с сорбентом [П(ЭДМА/ГМА)+ДМА] сократилось, а также улучшилась форма пиков.

т

Рис 11 Условные схемы реакций, использованных для модификации поверхности монолита а) аминирование П(ЭДМА/ГМА) с помощью ДМА и кватернизация обработкой раствором йодистого метила, б) аминирование П(ЭДМА/ГМА) с помощью ПЭИ и кватернизация обработкой раствором йодистого метила

о 10 20 30 40 50

Время, мин

Рис. 12. Анализ модельной смеси анионов на колонке типа [П(ЭДМА/ГМА)+ПЭИ], pH = 4,25, элюент -0,005 М фталат калия

"з!

ДМА

О 10 20 за 4и

Время, мин

Рис. 13. Анализ модельной смеси анионов на колонке типа [П(ЭДМА/ГМА)+ДМА], pH = 4,25, элюент - 0,005 М фталат калия

0 2 4 6 8 10 Время, мин

0 12 3

Время, мин

Рис. 14. Анализ модельной смеси анионов на колонке типа [П(ЭДМА/ГМА)+(ДМА/ПЭИ)]. Полимеризационная смесь 40%[90% ЭДМА + 10% ГМА] + 60% (87% додеканола-1 + 13% толуола); температура синтеза 60 °С, время синтеза 120 мин; аминирование: ДМА + ПЭИ (1:1), йодистый метил. Элюент - 0,005 М фталат калия в дистиллированной воде, pH = 4,25; а) давление 31 бар; б) давление 73 бар

В то же время, удовлетворительную эффективность для этого сорбента удается наблюдать только при относительно низких скоростях подвижной фазы, в то время как при высоких скоростях потока наблюдается значительное размывание хроматографических пиков (рис 146)

Это свидетельствует о том, что, как и для большинства гранулированных ионообменных сорбентов, в структуре монолита наблюдается низкая подвижность ионов и медленная кинетика массопередачи между подвижной и неподвижной фазами

Пятая глава посвящена оптимизации условий разделения анионов и отработке метода анализа анионов на полученных ионообменных колонках

Порядок выхода анионов заметно меняется с изменением рН элюента В частности, с понижением рН нитрит-анион, как анион слабой кислоты (рКа = 1,8 х 104), переходит в недиссоциированную форму и его удерживание уменьшается Минимальное удерживание большинства анионов наблюдаются при нейтральном рН

[ацетонитрил], % (об)

Рис 15 Зависимость селективности разделения двух критических пар анионов от концентрации ацетонитрила в элюенте Колонка - полимеризационная смесь 40%[90% ЭДМА + 10% ГМА] + 60% (87% додеканола-1 + 13% толуола), температура синтеза 60 °С, время синтеза 120 мин, аминирование ДМА + ПЭИ (1 1), йодистый метил Элюент - 0,005 М фталат калия в дистиллированной воде, pH = 4,25 + Х% (об) ацетонитрила

Одновременно с уменьшением удерживания, с ростом рН снижается селективность разделения, в то время как эффективность колонки при этом практически не меняется В результате этих эффектов оптимальное разделение удается получить в слабокислой области рН (рис 14а), но использование подвижной фазы с рН, близкой к нейтральной, может быть необходимым, чтобы зафиксировать анионы, неустойчивые при кислых рН, например, гидрокарбонат-анион НСОз Добавление небольших количеств органических растворителей, таких как ацетонитрил, этанол, ацетон, также влияет и на эффективность, и на селективность разделения вследствие наложения нескольких механизмов разделения, что в наибольшей степени сказывается на удерживании наиболее сильно поляризуемых анионов На рисунке 15 показана зависимость селективности разделения двух критических пар анионов (СГ/МОI от

концентрации органической добавки (ацетонитрил) Как видно из рисунка, обе кривые имеют экстремальный характер с минимумом в районе 15-20% ацетонитрила в элюенте Причем если селективность разделения пары Вг ! МО~ резко возрастает, когда концентрация ацетонитрила в подвижной фазе превышает 15%, то селективность разделения пары СГ/ИОI имеет тенденцию к снижению с ростом количества органического растворителя в элюенте

Оптимальный режим применения монолитных капиллярных колонок в ИХ позволяет проведение эффективных и селективных анализов реальных объектов (минеральная вода, соки и т д) на содержание анионов за приемлемое время анализа (рис 16)

В случае разделения более сложных смесей, когда требуется повышенная эффективность, разделения должны проводиться при низких скоростях подвижной фазы Это увеличивает время анализа, но разделения высокоэффективны и селективны (рис 17)

А

Б

П 150 -

К

Е 100-

V____

i МС-

s.

д

J V.

t, МИН

Рис. 16. Анализ минеральных вод на содержание анионов. Колонка: 40%[90% ЭДМА + 10% ГМА] + 60% (87% додеканола-1 + 13% толуола); температура синтеза 60 °С, время синтеза 120 мин; аминирование: ДМА + ПЭИ (1:1), йодистый метил. Элюент - 0,005 М фталат калия в дистиллированной воде + гидроксид калия в дистиллированной воде, pH = 6.86, давление 10 бар (А) и 6 бар (Б, В), длина колонки 390 мм, N - число теоретических тарелок на колонку. А - «Архыз» (негаз.), Б - «Святой источник» (негаз.), В - «Шишкин лес» (негаз.)

m

5

(О

а о

fe ф к ш

4

Ц,

го

X ь.

5

о

í 0,4-

0,2-

0,0

сг

N=5266 N=4858

N=5884

у

40

~80

Время удерживания, мин

Рис. 17. Разделение шести анионов (F, СГ, N02", Br", N03", SO42") Колонка -полимеризационная смесь 40%[90% ЭДМА + 10% ГМА] + 60% (87% додеканола-1 + 13% толуола); температура синтеза 60 °С, время синтеза 120 мин; аминирование: ДМА + ПЭИ (1:1), йодистый метил. Элюент - 0,005 М фталат калия в дистиллированной воде, pH = 4,25, давление 7 бар, длина колонки 390 мм, N - число теоретических тарелок на колонку

ВЫВОДЫ

1. Исследованы физико-химические, структурные и хроматографические характеристики полученных монолитов и капиллярных колонок на их основе. Показана взаимосвязь физико-химических характеристик монолитов с условиями синтеза и определены оптимальные условия его проведения, обеспечивающие получение монолитов и колонок с заданными свойствами.

2. Разработаны методы получения монолитных капиллярных колонок на основе органических полимеров (полидивинилбензол, поли(дивинилбензол/хлорметилстирол), полиэтиленгликольдиметакрилат, поли(этиленгликольдиметакрилат/глицидилметакрилат)) и получено более 50 различных капиллярных колонок с монолитными стационарными фазами.

3. Предложены методы модификации неионных монолитных матриц и получение на их основе ионообменных монолитных капиллярных колонок для ионной хроматографии. Изучено влияние условий синтеза монолитной

матрицы и природы аминирующего агента на эффективность и селективность синтезированных колонок

4 Обнаружено сильное изменение физико-химических свойств монолитных колонок после введения ионогенных групп в структуру монолита

5 Определены оптимальные условия применения полученных капиллярных колонок и показано, что наиболее критичным параметром разделения является скорость движения подвижной фазы Отмечено, что для получения высокоэффективных разделений анализы должны проводиться при низких линейных скоростях подвижной фазы

ПУБЛИКАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1 Викторова Е Н , Канатьева А.Ю , Королев А А, Курганов А А Монолитные капиллярные колонки на основе дивинилбензола в капиллярной жидкостной хроматографии // ЖФХ, 2007, т 81, № 3, с 507-511

2 Канатьева А Ю, Королев А А, Викторова Е Н , Курганов А А Монолитные капиллярные колонки на основе этиленгликольдиметакрилата в капиллярной жидкостной хроматографии // ЖФХ, 2007, т 81, № 3, с 568573

3 Kanatyeva A Yu Chromatographic elution profile of an analyte involved in reversible chemical reaction of the type A+B <-> AB //J Chromatogr A, 2007, V 1150, p 112-116

Работы, опубликованные в журналах и сборниках

4 Антошкина А Ю Хроматографические процессы, сопровождающиеся химическими реакциями// Актуальные проблемы современной науки Труды 1-го межд форума мол ученых 410 Хроматография и хроматографические приборы Самара СГТУ, 2005, с 27-30

5 Канатьева А Ю Влияние условий синтеза и состава полимеризационной смеси на параметры монолитных капиллярных колонок на основе ЭДМА // Актуальные проблемы современной науки Тр 2-го межд форума мол ученых Ч 10 Хроматография и хроматографические приборы Самара СГТУ, 2006, с 20-23

6 Kanatyeva A Yu Modeling of analyte elution profile while eluting in complicated with reversible reaction A+B <-► AB chromatographic systems /

29 Международный Симпозиум по Капиллярной хроматографии (29 international Symposium on Cappilary Chromatography), May, 29 - June, 2, Riva-Del-Garda Book of Abstracts

7 Королев A A, Викторова E H, Канатьева А Ю, Курганов A A Оптимизация структуры монолитных капиллярных колонок на основе дивинилбензола / X Международная конференция «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии», 24-28 апреля 2006, Москва-Клязьма

8 Viktorova Е N , Korolev А А , Kanatyeva A Yu , Kurganov A A Optimization of monolith structure in the divinylbenzene-based capillary columns for separation by HPLC / International Congress on Analytical Sciences - 2006, Moscow, Russia, 25-30 06 2006, Book of Abstracts, abstract 1-P123, P 206

9 Kanatyeva A Novel monolithic capillary columns for ion chromatography / 31st International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques, Ghent, Belgium, 17-21 06 2007, Book of Abstracts, P 198

10 Kanatyeva A , Korolev A , Viktorova E, Kurganov A Investigation on monolithic capillary columns for юп-chromatography of inorganic anions / 31sl International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques, Ghent, Belgium, 17-21 06 2007, Book of Abstracts, P 171

11 Королев A A, Викторова E H , Курганов A A, Канатьева А Ю Монолитные капиллярные колонки на основе органических полимеров для ионной хроматографии / Всероссийский симпозиум «Хроматография в химическом анализе и физико-химических исследованиях», Москва-Клязьма, 23-27 04 2007

12 Канатьева АЮ, Королев А А, Викторова ЕН, Курганов А А Синтез и исследование монолитных капиллярных колонок в жидкостной хроматографии / Тезисы XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Москва, 23-28 09 2007, в 5 тт М Граница, 2007,152iv

Формат 60 х 90 716 Объем 1,5 п л

Тираж 100 экз Заказ 1486

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в типографии Издательства «Учеба» МИСиС, 117419, Москва, ул Орджоникидзе, 8/9 ЛР №01151 от 1107 01

Введение

Глава 1. Монолитные сорбенты в хроматографическом анализе. 11 Сорбенты для ионной хроматографии анионов (обзор литературы)

1.1. История развития и области применения монолитных сорбентов

1.1.1. Основные этапы развития монолитных сорбентов в 13 хроматографическом анализе

1.1.2. Разделение белков и пептидов с использованием монолитных 19 сорбентов

1.1.3. Использование монолитных колонок для анализа полиароматических 23 углеводородов (ПАУ)

1.1.4. Монолитные сорбенты в газовой хроматографии

1.2. Анионообменные сорбенты

1.2.1. Структурная классификация традиционных гранулированных 33 сорбентов для ионной хроматографии

1.2.2. Доступные анионообменные колонки на основе сополимеров 38 дивинилбензола

1.2.3. Доступные анионообменные колонки на основе метакрилатов

1.2.4. Доступные анионообменные колонки на основе силикагеля

1.2.5. Анализ неорганических анионов методом ионообменной 52 хроматографии на монолитных сорбентах

Глава 2. Аппаратура, исходные вещества и методики экспериментов

2.1. Синтез монолитных колонок

2.1.1 Подготовка кварцевого капилляра

2.1.2 Синтез монолитов

2.2. Введение анионообменных групп в структуру монолита

2.3. Приборы и средства измерений

2.4. Растворы и реагенты

2.5. Определение пористости колонок

2.6. Определение проницаемости колонок

2.7. Определение импеданса колонок

Глава 3. Исследование физико-химических и структурных 76 характеристик монолитных капиллярных колонок методом обращенно-фазной ВЭЖХ

3.1. Исследование структурных параметров монолитных капиллярных 76 колонок

3.2. Исследование кинетики взаимодействия сорбата со стационарной 92 фазой и эффективности монолитных капиллярных колонок в режиме ОФ ВЭЖХ

3.3. Исследование величин импеданса монолитных капиллярных колонок 99 в режиме ОФ ВЭЖХ

Глава 4. Исследование физико-химических и хроматографических 103 свойств монолитных капиллярных колонок в режиме ионной хроматографии

4.1. Влияние параметров синтеза ионообменной монолитной матрицы на 103 физико-химические и хроматографические параметры ионных колонок

4.2. Влияние типа аминирующего реагента на физико-химические и 114 хроматографические параметры ионных колонок

Глава 5. Оптимизация условий разделения анионов на ионных 124 монолитных колонках

Выводы

Актуальность темы. Анализ природных и промышленных объектов на содержание ионов является важной практической задачей, ежедневно решаемой аналитическими лабораториями в различных отраслях промышленности, экологии, медицины. Аналитические методы определения простых неорганических анионов в настоящее время представлены ионной хроматографией (ИХ), капиллярным зонным электрофорезом (КЗЭ) и потенциометрией с ионселективными электродами (ПИЭ). КЗЭ позволяет проводить быстрые и высокоэффективные разделения. Например, в литературе описано электрофоретическое разделения нитрит- и нитрат-анионов за время порядка 12-15 секунд. Однако общим недостатком методик связанных с применением КЗЭ является невысокая чувствительность и плохая воспроизводимость, что связанно с зависимостью величины электроосмотического потока от большого числа трудно контролируемых параметров. Как результат этого, варьируются не только времена удерживания сорбатов, но и эффективность и селективность разделения.

Хорошей воспроизводимостью и чувствительностью обладают методы анализа ионных соединений основанные на использовании ИХ. Однако время анализа у этих методов, как правило, заметно выше, чем у методов основанных на КЗЭ. Время проведения анализа возрастает особенно сильно, если исследуемая проба содержит многозарядные неорганические анионы, такие как сульфат или фосфат. Уступает ионная хроматография методам капиллярного электрофореза и по эффективность разделения. В связи с этим повышение эффективности и экспрессности методов ИХ является актуальной задачей современной аналитической химии и хроматографии.

Повышение эффективности хроматографических разделений в жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) тесно связано с улучшением физико-химических характеристик сорбентов, используемых в качестве стационарных фаз. Прежде всего, это относится к размеру частиц сорбента и однородности его фракционного состава. Как известно, минимальная высота, эквивалентная теоретической тарелке, (ВЭТТ) в ВЭЖХ составляет примерно два размера зерна. Поэтому уменьшение размера частиц сорбента, заполняющего колонку, является традиционным методом повышения эффективности колонок в ВЭЖХ. Однако использование все более мелкодисперсных сорбентов, одновременно с ростом эффективности, приводит к значительному возрастанию давления, которое необходимо использовать, чтобы обеспечить оптимальную скорость подвижной фазы в колонке.

Альтернативный путь улучшения производительности хроматографического анализа предполагает использование монолитных колонок. Монолитные колонки, в отличие от заполненных колонок, не требуют процесса упаковки колонок сорбентом, поскольку монолит синтезируется непосредственно в самой колонке in situ. Уникальной является также морфология стационарной фазы внутри колонки: размер каналов в структуре монолита, по которым перемещается подвижная фаза (так называемые транспортные поры), не зависит от размера первичных частиц полимера (так называемые доменные частицы), формирующих его структуру. Таким образом, монолитные колонки впервые дают возможность приготовить хроматографические колонки, заполненные мелкими частицами (доменами), которые в то же время не требуют для своей работы применения высоких и сверхвысоких давлений. Исследование физико-химических свойств монолитных капиллярных колонок в зависимости от условий их получения позволит выявить закономерности формирования структуры этих уникальных сорбентов, необходимой для достижения быстрых и высокоэффективных разделений.

Целью настоящей работы является исследование физико-химических свойств анионообменных монолитных капиллярных колонок на основе органических полимерных матриц, разработка простого и удобного метода их получения и оптимизация их структуры для достижения оптимальных хроматографических свойств, а также разработка методов анализа анионов на основе нового типа сорбентов. Конкретные задачи исследования включали следующие этапы:

• Разработка метода синтеза монолитных капиллярных колонок на основе гидрофобных (полидивинилбензол (ПДВБ), поли(дивинилбензол /хлорметилстирол) (ЩДВБ/ХМС))) и гидрофильных (полиэтиленгликольдиметакрилат (ПЭДМА), поли(этиленгликольди-метакрилат /глицидилметакрилат) (П(ЭДМА/ГМА))) органических матриц.

• Исследование физико-химических характеристик монолитных сорбентов, таких как пористость, проницаемость, параметры уравнения Ван-Деемтера (характеризующие скорость диффузии веществ в подвижной и неподвижной фазах и т.д.), и их зависимости от структуры полученных монолитов.

• Изучение зависимости физико-химических свойств ионных монолитных сорбентов (кинетика взаимодействия сорбата с монолитом, селективность сорбента) от структуры функциональных групп монолита.

• Определение оптимальных условий применения полученных монолитных сорбентов и капиллярных колонок на их основе в анализе неорганических анионов (состава элюента, скорость потока элюента и т.д.).

Научная новизна. В работе впервые систематически исследованы физико-химические параметры ионных и неионных монолитных матриц и капиллярных колонок на их основе. Предложен метод получения высокоэффективных монолитных ионообменных капиллярных колонок с оптимальной структурой монолита для проведения эффективных и селективных анализов в ИХ. Получены 10 новых типов монолитных капиллярных колонок и охарактеризованы их физико-химические свойства (в том числе и хроматографические свойства в обращенно-фазной (ОФ) и ионной хроматографии):

• показано, что пористость, проницаемость монолитов и импеданс колонок в первую очередь определяются условиями синтеза, такими как температура и время полимеризации, относительные количества (со)мономеров в полимеризационной смеси;

• обнаружено, что селективность и ионная емкость сорбента зависят от типа используемого аминирующего реагента. Варьирование состава аминирующей смеси позволяет получать колонки с заданными характеристиками;

• обнаружено замедление кинетики массообмена при переходе от монолитных колонок стандартного аналитического размера к капиллярным монолитным колонкам и при переходе от обращенно-фазных монолитных капиллярных колонок (полимерная матрица) к ионообменным колонкам (аминированная полимерная матрица);

• обнаружено влияние типа аминирующего агента на свойства органического полимерного сорбента и эффективность хроматографических колонок;

• определены зависимости удерживания наиболее распространенных анионов (фторид, хлорид, бромид, нитрит, нитрат) от условий элюирования;

• исследована селективность синтезированных сорбентов при разделении неорганических анионов.

Практическая значимость. Изучено влияние параметров синтеза монолитов на их пористость, проницаемость и структуру монолитного слоя, а также на импеданс монолитных колонок полученных на их основе. Проведена оптимизация условий синтеза монолитных капиллярных колонок на основе органических полимеров и отработаны условия получения монолитных капиллярных колонок с оптимальными физико-химическими свойствами для применения в ионной хроматографии. Найдены оптимальные условия разделения стандартных смесей неорганических анионов и предложены методики анализа анионов в реальных объектах различной природы (питьевая вода, минеральная вода и т.д.). Показано, что применение новых типов колонок позволяет сократить время анализа при проведении рутинных анализов при сохранении надежности и достоверности получаемых результатов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации изложены в публикациях и представлены в виде докладов на конференциях и симпозиумах: X Международная конференция «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии», Москва-Клязьма - стендовый доклад, 24-28.04.2006; 29 Международный Симпозиум по Капиллярной хроматографии (29 International Symposium on Capillary Chromatography), Riva-Del-Garda, Italy - стендовый доклад, 29.05-02.06.2006; Международный Конгресс по Аналитическим Наукам (International Congress on Analytical Sciences - 2006), Москва - стендовый доклад, 25-30.06.2006; 2-й Международный форум "Актуальные проблемы современной науки", Самара, 20-23.11.2006; Всероссийский симпозиум «Хроматография в химическом анализе и физико-химических исследованиях», Москва-Клязьма -устный доклад, стендовый доклад, 23-27.04.2007; 31 Международный симпозиум по высокоэффективной жидкостной хроматографии и связанным методикам (31st International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques), International Congress Centre, Ghent, Belgium - стендовый доклад, 1721.06.2007

Основные публикации по материалам диссертации:

1. Антошкина А.Ю. Хроматографические процессы, сопровождающиеся химическими реакциями.// Актуальные проблемы современной науки: Тр. 1-го межд. форума мол. ученых. 4.10: Хроматография и хроматографические приборы. Самара: СГТУ, 2005. 44 с.

2. Канатьева А.Ю. Влияние условий синтеза и состава полимеризационной смеси на параметры монолитных капиллярных колонок на основе ЭДМА // Актуальные проблемы современной науки: Тр. 2-го межд. форума мол. ученых. 4.10: Хроматография и хроматографические приборы. Самара: СГТУ, 2006. 52 с.

3. Е.Н.Викторова, А.Ю.Канатьева, А.А.Королев, А.А.Курганов. Монолитные капиллярные колонки на основе дивинилбензола в капиллярной жидкостной хроматографии. ЖФХ, т. 81, № 3, (2007), с. 507-511

4. Канатьева А.Ю., Королев А.А., Викторова Е.Н., Курганов А.А. Монолитные капиллярные колонки на основе диметакрилатэтиленгликоля в капиллярной жидкостной хроматографии. ЖФХ, 2007, т. 81, № 3, с. 568

5. A. Yu. Kanatyeva, Chromatographic elution profile of an analyte involved in reversible chemical reaction of the type A+B«->A.B, Journal of Chromatography A, 1150 (2007) 112-116

6. A. Yu. Kanatyeva, Modeling of analyte elution profile while eluting in complicated with reversible reaction A+B AB chromatographic systems. 29 International Symposium on Cappilaiy Chromatography, May, 29 - June, 2, Riva-Del-Garda. Book of Abstracts, P. 253

7. А. А. Королев, E.H. Викторова, А.Ю. Канатьева, А.А. Курганов, Оптимизация структуры монолитных капиллярных колонок на основе дивинилбензола. X Международная конференция «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии», 24-28 апреля 2006, Москва-Клязьма

8. E.N. Viktorova, А.А. Korolev, A. Yu Kanatyeva, А.А. Kurganov, Optimization of monolith structure in the divinylbenzene-based capillary columns for separation by HPLC, International Congress on Analytical Sciences - 2006, Moscow, Russia, 2530.06.2006, Book of Abstracts, abstract 1-P123, P. 206

9. A. Kanatyeva, Novel monolithic capillary columns for ion chromatography, 31st International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniues, Ghent, Belgium, 17-21.06.2007, Book of Abstracts, P. 198

10. A. Kanatyeva, A. Korolev, E. Viktorova, A. Kurganov, Investigation on monolithic capillary columns for ion-chromatography of inorganic anions, 31st International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniues, Ghent, Belgium, 17-21.06.2007, Book of Abstracts, P. 171

11. А. А. Королев, E.H. Викторова, А. А. Курганов, А.Ю. Канатьева, Монолитные капиллярные колонки на основе органических полимеров для ионной хроматографии. Всероссийский симпозиум «Хроматография в химическом анализе и физико-химических исследованиях», Москва-Клязьма, 2327.04.2007

выводы

1. Разработаны методы получения неионных монолитных капиллярных колонок на основе органических полимеров (ПДВБ, ЩДВБ/ХМС), ПЭДМА, ЩЭДМА/ГМА)) и получено более 60 различных капиллярных колонок с монолитными стационарными фазами.

2. Исследованы физико-химические, структурные и хроматографические характеристики полученных монолитов и капиллярных колонок на их основе. Показана взаимосвязь физико-химических характеристик монолитов с условиями синтеза и определены оптимальные условия его проведения, обеспечивающие получение монолитов и колонок с заданными свойствами. Установлено, что колонки, обладающие оптимальными хроматографическими параметрами, могут быть получены только в узком диапазоне условий синтеза, и небольшие отклонения от этого диапазона (по температуре и продолжительности синтеза, концентрации мономеров в исходной полимеризационной смеси) приводят к ухудшению хроматографических характеристик монолитного сорбента.

3. Предложены методы модификации неионных монолитных матриц и синтеза на их основе ионообменных монолитных капиллярных колонок для ионной хроматографии. Получено и исследовано более 30 ионообменных капиллярных колонок для ионной хроматографии.

4. Обнаружено сильное изменение физико-химических свойств монолитных колонок после введения ионогенных групп в структуру монолита. Установлено, что структура монолитной матрицы, оптимальная для проведения разделений в обращено-фазном режиме, не является оптимальной для получения анионообменных монолитных колонок.

5. Изучено влияние условий синтеза монолитной матрицы и природы аминирующего агента на эффективность и селективность синтезированных ионных монолитных капиллярных колонок.

6. Определены оптимальные условия применения полученных капиллярных колонок и показано, что наиболее критичным параметром разделения является скорость движения подвижной фазы. Отмечено, что при работе в оптимальных условиях приготовленные монолитные ионные капиллярные колонки позволяют получать высокоэффективные разделения сложных смесей сорбатов.

1. Poole С. The Essence of Chromatography. Chapter 4. The Column in liquid chromatography. Par. 4.2. Column packing materials. Elsevier Science, 2002, P. 270-300

2. Svec F., Tennikova T.B., Deyl Z. Monolithic Materials: Preparation, Properties and Applications (Journal of Chromatography Library). Elsevier Science, 2003, 773 PP.

3. Kelle M., Guiochon G. Repeatability and reproducibility of retention data and band profiles on six batches of monolithic columns // Journal of Chromatography A, 2002, V. 960, P. 19-49

4. Jandera P., Urban J., Moravcova D. Polymetacrylate and hybrid interparticle monolithic columns for fast separations of proteins by capillary liquid chromatography // J. Chromatogr. A, 2006, V. 1109, P. 60-73

5. Rieux L., Lubda D., Niederlander H. A.G., Verpoorte E., Bischoff R. Fast, high-efficiency peptide separations on а 50-цт reversed-phase silica monolith in a nanoLC-MS set-up // J. Chromatogr. A, 2006, V. 1120, P. 165-172

6. Paull В., Nesterenko P. New possibilities in ion chromatography using porous monolithic stationary-phase media // Trends in Analytical Chemistry, 2005, V. 24, P. 295-303

7. Victory D., Nesterenko P., Paull B. Low-pressure gradient micro-ion chromatography with ultra-short monolithic anion exchange column // Analyst, 2004, V. 129, P. 700-701

8. Riordain С. O., Gillespie E., Connolly D., Nesterenko P. N., Paull B. Capillary ion chromatography of inorganic anions on octadecyl silica monolith modified with an amphoteric surfactant // J. Chromatogr. A, 2007, V. 1142, P. 185193

9. Sugrue E., Nesterenko P. N., Paull B. Fast ion chromatography of inorganic anions and cations on a lysine bonded porous silica monolith // J. Chromatogr. A, 2005, V. 1075, P. 167-175

10. Ikegami Т., Horie K., Jaafar J., Hosoya K., Tanaka N. Preparation of highly efficient monolithic silica capillary columns for the separations in weak cation-exchange and HILIC modes // J. of Biochemical and Biophysical Methods, 2007, V. 70, P. 31-37

11. Waguespack В. L., Hodges S. A., Bush M. E., Sondergeld L. J., Bushey M. M. Capillary electrochromatography column behavior of butyl and lauryl aery late porous polymer monoliths // J. Chromatogr. A, 2005, V. 1078, P. 171-180

12. Lim L. W., Okouchi Y., Takeuchi T. On-line preconcentration of trace carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in microcolumn liquid chromatography via large volume injection // Talanta, 2007, V. 72, P. 1600-1608

13. Yan L.-J., Zhang Q.-H., Feng Y.-Q., Zhang W.-B., Li Т., Zhang L.-H., Zhang Y.-K. Octyl-functionalized hybrid silica monolithic column for reversed-phase capillary electrochromatography // J. Chromatogr. A, 2006, V. 1121, P. 9298

14. Tanaka N., Kobayashi H., Ishizuka N., Minakuchi H., Nakanishi K., Hosoya K., Ikegami T. Monolithic silica columns for high-efficiency chromatographic separations // J. Chromatogr. A, 2002, V. 965, P. 35-49

15. Ikegami Т., Tanaka N. Monolithic columns for high-efficiency HPLC separations // Current Opinion in Chemical Biology, 2004, V. 8, P. 527-533

16. Jiang Z., Smith N. W., Ferguson P. D., Taylor M. R. Preparation and characterization of long alkyl chain methacrylate-based monolithic column for capillary chromatography // J. of Biochemical and Biophysical Methods, 2007, V. 70, P. 39-45

17. Svec F. Less common applications of monoliths: Preconcentration and solid-phase extraction // J. Chromatogr. B, 2006, V. 841, P. 52-64

18. Maruska A., Kornysova O. Application of monolithic (continuous bed) chromatographic columns in phytochemical analysis // J. Chromatogr. A, 2006, V. 1112, P. 319-330

19. Mould D. L., Synge R. L. M. Electrokinetic ultrafiltration analysis of polysaccharides. A new approach to the chromatography of large molecules // Analyst, 1952, V. 77, P. 964-970

20. Mould D. L., Synge R. L. M. Separations of polysaccharides related to starch by electrokinetic ultrafiltration in collodion membranes // Biochem. J., 1954, V. 58, Part 4, P. 571-585

21. Kubin M., Spacek P., Chromecek R. Gel Permeation Chromatography on Porous Poly(Ethylene Glycol Methacrylate) // Coll. Czech Chem. Commun., 1967, V. 32, P. 3881-3882

22. Crowley R. P. Chromatographic columns. US patent No. 3422605 (1969), 5 P.

23. Salyer I. O., Jefferson R. Т., Ross W. D. Chromatographic media and method. US patent No. 3580843 (1971), 10 PP.

24. Ross W.D., Jefferson R.T. In Situ-Formed Open-Pore Polyurethane as Chromatography Supports // J. Chromatogr. Sci., 1970, V. 8, P. 386-389

25. Schnecko H., Bieber O. Foam Filled Columns in Gas Chromatography // Chromatographia, 1971, V. 4, P. 109-112

26. Hileman F.D., Sievers R.E., Hess G.C., Ross W.D. In situ preparation and evaluation of open pore polyurethane chromatographic columns // Anal. Chem., 1973, V. 45, P. 1126-1130

27. Tennikova T.B., Belenkii B.G., Svec F. High-Performance Membrane Chromatography. A Novel Method of Protein Separation // J. Liquid Chromatography, 1990, V. 13, P. 63-70

28. Svec F., Bleha M., Tennikova T.B., Belenkii B.G. Macroporous polymeric membranes for the separation of polymers and a method for their application. US Patent No. 4889632,1989, Dec. 26, 10 PP.

29. Svec F., Bleha M., Tennikova T.B., Belenkii B.G. Macroporous polymeric membranes for the separation of polymers and a method for their application. US Patent No. 4952349,1990, Aug. 28, 10 PP.

30. Svec F., Belenkii B.G. Macroporous polymeric membranes for the separation of polymers and a method for their application. US Patent No. 4923610, 1990, May 8

31. Josic D., Reusch J., Lostner K., Baum O., Reutter W. High-performance membrane chromatography of serum and plasma membrane proteins //J. Chromatogr., 1992, V. 590, P. 59-76

32. Tennikova Т. В., Bleha M., Svec F., Almazova Т. V., Belenkii B. G. High-performance membrane chromatography of proteins, a novel method of protein separation // J. Chromatogr. A, 1991, V. 555, P. 97-107

33. Tennikova Т. В., Svec F. High-performance membrane chromatography: Highly efficient separation method for proteins in ion-exchange, hydrophobic interaction and reversed-phase modes // J. Chromatogr. A, 1993, V. 646, P. 279-288

34. Hosoya K., Kishii Y., Kimata K., Araki Т., Tanaka N., Svec F., Frechet J. M. J. Uniform-size hydrophobic polymer-based separation media selectively modified with a hydrophilic external polymeric layer // J. Chromatogr. A, 1995, V. 690, P. 21-28

35. Wang Q. C., Svec F., Frechet J. M. J. Reversed-phase chromatography of small molecules and peptides on a continuous rod of macroporous poly (styrene-co-divinylbenzene) // J. Chromatogr. A, 1994, V. 669, P. 230-235

36. Xie S., Svec F., Frechet J. M. J. Rigid porous polyacrylamide-based monolithic columns containing butyl methacrylate as a separation medium for the rapid hydrophobic interaction chromatography of proteins // J. Chromatogr. A, 1997, V. 775, P. 65-72

37. Xie S., Allington R. W., Frechet J. M. J., Svec F. Porous Polymer Monoliths: An alternative to Classical Beds // Advances in Biochemical Engineering/ Biotechnology, 2002, V. 76, P. 88-124

38. Svec F., Frechet J. M. J. Continuous rods of macroporous polymer as high-performance liquid chromatography separation media // Anal. Chem., 1992, V. 64, P. 820-822

39. Svec F., Frechet J. M. J. Molded Rigid Monolithic Porous Polymers: An Inexpensive, Efficient, and Versatile Alternative to Beads for the Design of Materials for Numerous Applications // Ind. Eng. Chem. Res., 1999, V. 38, P. 3448

40. Hjerten S., Liao J.-L., Zhang R. High-performance liquid chromatography on continuous polymer beds // J. Chromatogr. A, 1989, V. 473, P. 273-275

41. Minakuchi H., Nakanishi K., Soga N., Ishizuka N., Tanaka N. Octadecylsilylated Porous Silica Rods as Separation Media for Reversed-Phase Liquid Chromatography // Anal. Chem., 1996, V. 68, P. 3498-3501

42. Minakuchi H., Nakanishi K., Soga N., Ishizuka N., Tanaka N. Effect of skeleton size on the performance of octadecylsilylated continuous porous silica columns in reversed-phase liquid chromatography // J. Chromatogr. A, 1997, V. 762, P. 135-146

43. Ishizuka N., Minakuchi H., Nakanishi K., Hirao K., Tanaka N. Chromatographic characterization of macroporous monolithic silica prepared via sol-gel process // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2001, V. 187, P. 273-279

44. Ishizuka N., Minakuchi H., Nakanishi K., Soga N., Tanaka N. Designing monolithic double-pore silica for high-speed liquid chromatography // J. Chromatogr. A, 1998, V. 797, P. 133-137

45. Leinweber F.C., Lubda D., Cabrera K., Tallarek U. Characterization of Silica-Based Monoliths with Bimodal Pore Size Distribution // Anal. Chem. 2002, V. 74, P. 2470-2477

46. Lubda D., Cabrera K., Kraas W., Schaefer C., Cunningham D. New Developments in the Application of Monolithic HPLC Columns // LCGC North America, 2001, V. 19, No. 12, P. 1186 -1191

47. Cabrera К., Lubda D., Eggenweiler H.M., Minakuchi H., Nakanishi K. A New Monolithic-Type HPLC Column For Fast Separations // J. High Resolut. Chromatogr., 2000, V. 23, P. 93-99

48. Tanaka N., Nagayama H., Kobayashi H., Ikegami Т., Hosoya K., Ishizuka N., Minakuchi H., Nakanishi K., Cabrera K., Lubda D. // J.High ResolutChromatogr., 2000, V. 23, P. 111 -116

49. Gao W., Yang G., Yang J., Liu H. Formation of the Monolithic Silica Gel Column with Bimodal Pore Structure // Turk J Chem, 2004, V. 28, P. 379-385

50. Takahashi R., Nakanishi K., Soga N. Aggregation Behavior of Alkoxide-Derived Silica in Sol-Gel Process in Presence of Poly(ethylene oxide) // J. Sol-Gel Sci. Technol., 2000, V. 17, P. 7-18

51. Al-Bokari M., Cherrak D., Guiochon G. Determination of the porosities of monolithic columns by inverse size-exclusion chromatography // J. Chromatogr. A, 2002, V. 975, P. 275-284

52. Xie С. H., Hu J. W., Xiao H., Su X. Y., Dong J., Tian R. J., He Z. K., Zou H. F. Electrochromatographic evaluation of a silica monolith capillary column for separation of basic pharmaceuticals // Electrophoresis, 2005, V. 26, P. 790-797

53. Xie С. H., Hu J. W., Xiao H., Su X. Y., Dong J., Tian R. J., He Z. K., Zou H. F. Preparation of monolithic silica column with strong cation-exchange stationary phase for capillary electrochromatography // J. Sep. Sci., 2005, V. 28, P. 751-756

54. Xie C., Ye M., Jiang X., Jin W., Zou H. Octadecylated Silica Monolith Capillary Column with Integrated Nanoelectrospray Ionization Emitter for Highly Efficient Proteome Analysis // Molecular and Cellular Proteomics, 2006, No. 5.3, P. 454-461

55. Nakanishi K., Shikata H., Ishizuka N., Koheiya N., Soga N. Tailoring Mesopores in Monolithic Macroporous Silica for HPLC // J. High Resolut. Chromator., 2000, V. 23, P. 106-110

56. Hjerten S. High-performance electrophoresis: Elimination of electroendosmosis and solute adsorption // J. Chromatogr., 1985, V. 347, P. 191 -198

57. El Deeb S., Preu L., Watzig H. Evaluation of monolithic HPLC columns for various pharmaceutical separations: Method transfer from conventional phases and batch to batch repeatability // J. Pharm. and Biomed. Anal., 2007, V. 44, P. 85-95

58. Hutchinson J. P., Hilder E. F., Маска M., Avdalovic N., Haddad P. R. Preparation and characterisation of anion-exchange latex-coated silica monoliths for capillary electrochromatography // J. Chromatogr. A, 2006, V. 1109, P. 10-18

59. Lubeck M., Schweiger-Hufnagel U., Baessmann C., Rabus R., Shen M. Protein Mixtures. Using Two-Dimensional Chromatography and Ion Trap MS. Pharmaceutical, The Applications Book, September 2003,2

60. Vanrobaeys F., Van C.R., Dhondt G., Devreese В., Van B.J. Profiling of Myelin Proteins by 2D-Gel Electrophoresis and Multidimensional Liquid Chromatography Coupled to MALDI TOF-TOF Mass Spectrometry // J. Proteome Res., 2005, V. 4, P. 2283-2293

61. Jin W.H., Dai J., Li S.J., Xia Q.C., Zou H.F., Zeng R. Human Plasma Proteome Analysis by Multidimensional Chromatography Prefractionation and Linear Ion Trap Mass Spectrometry Identification // J. Proteome Res., 2005, V. 4, P. 613-619

62. Liu H., Lin D., Yates III J.R. Multidimensional Separations for Protein/Peptide Analysis in the Post-Genomic Era // BioTechniques, 2002, V. 32, P. 898-911

63. Wu C.C., Yates III J.R. The application of mass spectrometry to membrane proteomics // Nat. Biotechnol., 2003, V. 21, No. 3, P. 262-267

64. Nagele E., Vollmer M. Coupling of nanoflow liquid chromatography to matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry: real-time liquid chromatography run mapping on a MALDI plate // Rapid Commun. Mass Spectrom., 2004, V. 18, PP. 3008-3014

65. Wang Q., Svec F., Frechet J.M.J. Macroporous polymeric stationary-phase rod as continuous separation medium for reversed-phase chromatography // Anal. Chem, 1993, V. 65, P. 2243-2248

66. Peters E.C, Svec F, Frechet J.M.J, Viklund C, Irgum K. Control of Porous Properties and Surface Chemistry in "Molded" Porous Polymer Monoliths Prepared by Polymerization in the Presence of TEMPO // Macromolecules, 1999, V. 32, P.6377-6379

67. Oberacher H, Huber C.G. Capillary monoliths for the analysis of nucleic acids by high-performance liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry //Trends Anal. Chem, 2002, V. 21, P. 166-174

68. Chen H.S, Rejtar T, Andreev V, Moskovets E, Karger B.L. HighSpeed, High-Resolution Monolithic Capillary LC-MALDI MS Using an Off-Line Continuous Deposition Interface for Proteomic Analysis // Anal. Chem, 2005, V. 77, P. 2323-2331

69. Legido-Quigley C, Marlin N, Smith N.W. Comparison of styrene-divinylbenzene-based monoliths and Vydac nano-liquid chromatography columns for protein analysis //J. Chromatogr. A, 2004, V. 1030, P. 195-200

70. Tholey A., Toll H., Huber C.G. Separation and Detection of Phosphorylated and Nonphosphorylated Peptides in Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Using Monolithic Columns and Acidic or Alkaline Mobile Phases // Anal. Chem., 2005, V. 77, P. 4618-4625

71. Nuhse T.S., Stensballe A., Jensen O.N., Peck S.C. Large-scale Analysis of in Vivo Phosphorylated Membrane Proteins by Immobilized Metal Ion Affinity Chromatography and Mass Spectrometry // Mol. Cell. Proteomics, 2003, V. 2, No. 11, P. 1234-1243

72. Tennikova Т., Reusch J. Short monolithic beds: history and introduction to the field // J. Chromatogr. A, 2005, V. 1065, P. 13-17

73. Forcic D., Branovic-Cakanic K., Ivancic J., Jug R., Barut M., Strancar A. Purification of genomic DNA by short monolithic columns // J. Chromatogr. A, 2005, V. 1065, P. 115-120

74. Rucevic M., Clifton J. G., Huang F., Li X., Callanan H., Hixson D. C., Josic D. Use of short monolithic columns for isolation of low abundance membrane proteins // J. Chromatogr. A, 2006, V. 1123, P. 199-204

75. Kalashnikova I.V., Ivanova N.D., Evseeva T.G., Menshikova A.Yu., Vlakh E.G., Tennikova T.B. Study of dynamic adsorption behavior of large-size protein-bearing particles // J. Chromatogr. A, 2007, V. 1144, P. 40-47

76. Guidelines for drinking-water quality, 2nd ed. Addendum to Vol. 2. Health criteria and other supporting information. World Health Organization, Geneva, 1998. WHO/SDE/WSH/03.04/59 English only

77. Nirmaier H. -P., Fischer E., Meyer A., Henze G. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in water samples using high-performance liquid chromatography with amperometric detection // J. Chromatogr. A, 1996, V. 730, P. 169-175

78. Svec F., Capillary column technology: continuous polymer monoliths. In Capillary Electrochromatography, Deyl. Z, Svec F., Eds., Elsevier, Amsterdam, 2001, P. 183-240

79. Colon L.A., Burgos G., Maloney T.D., Cinton J.M., Rodriguez R. L. Resent progress in capillary electrochromatography // Electrophoresis, 2000, V. 21, P. 3965-3993

80. Sondergeld L. J., Bush M. E., Bellinger A., Bushey M. M. Butyl acrylate porous polymer monoliths in fused-silica capillaries for use in capillary electrochromatography // J. Chromatogr. A, 2003, V. 1004, P. 155-165

81. Ishizuka N., Minakuchi H., Nakanishi K., Soga N., Nagayama H., Hosoya K., Tanaka N. Performance of a Monolithic Silica Column in a Capillary under Pressure-Driven and Electrodriven Conditions // Anal. Chem, 2000, V. 72, P. 1275 1280

82. Sykora D., Peters E.C., Svec F., Frechet J.M.J. "Molded" porous polymer monoliths: A novel format for capillary gas chromatography stationary phases // Macromol. Mater. Eng., 2000, V. 275, P. 42-45

83. Svec F., Huber C.G. Monolithic materials. Promises, challenges, achievements // Analytical Chemistry, 2006, April 1, P. 2101-2107

84. Королев А.А., Попова Т.П., Ширяева B.E., Курганов A.A. Проницаемость монолитных капиллярных колонок в газовой хроматографии // ЖФХ, 2005, т. 79, № 3, с. 543-547

85. Королев А.А., Попова Т.П., Ширяева В.Е., Курганов А.А. Изучение проницаемости и структуры монолитных капиллярных колонок газохроматографическими методами // ЖФХ, 2006, т. 80, № 1, с. 132-136

86. Королев А.А., Ширяева В.Е., Попова Т.П., Курганов А.А. Исследование эффективности монолитных капиллярных колонок на основе силикагеля в газовой хроматографии // ЖФХ, 2006, т. 80, № 4, с. 709-715

87. Королев А.А., Ширяева В.Е., Попова Т.П., Курганов А.А. Влияние давления газа-носителя на параметры уравнения Ван-Деемтера для силикагелевых монолитных колонок в газовой хроматографии // ЖФХ, 2006, т. 80, № 5, с. 896-901

88. Королев А.А., Ширяева В.Е., Попова Т.П., Курганов А.А. Влияние природы газа-носителя на хроматографические свойства монолитных силикагелевых капиллярных колонок // ЖФХ, 2006, т.80, № 7, с. 1290-1296

89. Королев А.А., Ширяева B.E., Попова Т.П., Козин А.В., Курганов А.А. Микропористые полимерные монолиты как стационарная фаза в газовой адсорбционной хроматографии // Высокомолек. соедин., 2006, т. 48, №8, с. 1373-1382

90. Королев А.А., Попова Т.П., Ширяева В.Е., Козин А.В., Курганов А.А. Нагрузочные характеристики монолитных капиллярных колонок в газовой хроматографии // ЖФХ, 2007, т. 81, № 3, с. 552-557

91. Салдадзе К. М., Пашков А. Б., Титов B.C., Ионообменные высокомолекулярные соединения, М.: ГХИ, 1960, 356 с.

92. Yang R., Jiang S., Liu X., Chen L. Chloromethylstyrene encapsulated and quaternized silica anion exchanger in high performance liquid chromatography // Talanta, 1999, V. 48, P. 1045-1050

93. Градил И., Швец Ф., Белякова Л.Д., Аратскова А.А., Орлов В.И., Яшин Я.И. Пористые метакрилатные полимеры с аминогруппами как анионообменники в ионной хроматографии // ЖФХ, 1991, Т. 65, С. 2709-2712

94. Риман В., Уотсон Г. Ионообменая хроматография в аналитической химии. М.: Наука, 1973, с. 11 25

95. Pohl С. Recent Developments in Ion-Exchange Columns for Inorganic Ions and Low Molecular Weight Molecules // LC-GC Europe, 2003, June, P. 1-4

96. Small H. Ion Chromatography: An Account of Its Conception and Early Development // J. Chem. Educ., 2004, V. 81, P. 1277-1285

97. Evans B. The History of Ion Chromatography: The Engineering Perspective // J. Chem. Educ., 2004, V. 81, P. 1285 1293

98. Small H. Ion Chromatography. New York : Plenum Press, 1989, 2921. PP.

99. Krokhin О. V., Smolenkov A. D., Svintsova N. V., Obrezkov O. N., Shpigun O. A. Modified silica as a stationary phase for ion chromatography // J. Chromatogr. A, 1995, V. 706, P. 93-98

100. Heitkemper D.T., Vela N.P., Stewart K.R., Westphal C.S. Determination of total and speciated arsenic in rice by ion chromatography and inductively coupled plasma mass spectrometry // J. Anal. At. Spectrom., 2001, V. 16, P. 299-306

101. Kolla P., Kohler J., Schomburg G. Polymer-coated Cation-exchange Stationary Phases on the Basis of Silica // Chromatographia, 1987, V. 23, P. 465471

102. Cassidy R.M., Elchuk S. Dynamically coated columns and conductivity detection for trace determination of organic anions by ion chromatography // J. Chromatogr., 1983, V. 262, P. 311-315

103. Кузьмина К.А. Синтез и изучение ионообменных свойств карбоксильных катионообменников на основе силикагеля. Автореферат диссертации. кандидата химических наук. М.: 2007, 26 с.

104. Ethan S.S., Holland К.В., McClanahan С. Chromatographic packing material having functionalized polymeric coating on a substrate. Patent of US No. 5186838, Feb. 16, 1993,7 pp.

105. Weiss J., Jensen D. Modern Stationary Phases for Ion chromatography // Anal. Bioanal. Chem., 2003, V. 375, P. 81-98

106. Sarzanini C. Recent developments in ion chromatography // J. Chromatogr. A, 2002, V. 956, P. 3-13

107. Majors R.E. New Chromatography Columns and Accessories at the 2005 Pittcon Conference: Part I // LCGC North America, 2005, V. 23 (3), P. 248265

108. Majors R.E. New Chromatography Columns and Accessories at the2006 Pittcon Conference: Part I // LCGC North America, 2006, V. 24(3), P. 248266

109. Majors R.E. New Chromatography Columns and Accessories at the2007 Pittcon Conference: Part I // LCGC North America, 2007, V. 25(3), P. 250267

110. Majors R.E. Column Highlights of HPLC 2006 // LCGC North America, 2006, V. 25(9), P. 970-985

111. Majors R.E. Column Highlights of HPLC 2007 // LCGC North America, 2007, V. 25(9), P. 982-995

112. Hamilton HPLC PRP-X100 Anion Exchange HPLC Columns. Online catalogue, http://www.hamiltoncompanv.com/hplc

113. Paul C, Salnl C. Comparison of Different Synthesis Strategies for the Preparation of Polymeric Monoliths for Ion Chromatography. LPN 1911-01 03/07 ©2007 Dionex Corporation, Pittcon 2007 presentation, 4 PP.

114. IonPac® AS20 Anion-Exchange Column. LPN 1682 7M 1/05 ©2005 Dionex Corporation. 6 PP.

115. IonPac® AS14A analytical column; IonPac ® AG14A guard column. Product manual. ©DIONEX Corporation, 2000, 2002, Document No. 031678 Revision 03, 7 November 2002, P. 16

116. Weiss J, Weiss T. Handbook of ion chromatography. Wiley-VCH, Third, Completely Revised and Enlarged Edition, 2005, P. 531

117. Pretech Instruments. Mancherey-Nagel Nucleosil Anion Exchanger for environmental analysis. On-line catalogue. http://www.pretech.nu/products/HPLC

118. Jiang X., Zhang X., Liu M. Ultra-short columns for low-pressure ion chromatography // J. Chromatogr. A, 2002, V. 857, P. 175-1811. БЛАГОДАРНОСТИ

119. Автор выражает искреннюю благодарность людям, оказывавшим разнообразную помощь при подготовке диссертации:

120. Королеву Александру Александровичу за непревзойденный талант химика-синтетика и неизменное участие во всех дискуссиях, касающихся работы.

121. Викторовой Елене Николаевне за помощь в проведении эксперимента в самый сложный период.

122. Сорокиной Елене Юрьевне за обстоятельные ответы на дурацкие вопросы, которые позволили не заплутать окончательно в ворохе документов при подготовке к защите.

123. Сотрудникам лаборатории хроматографии Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН за советы и замечания по поводу работы.