Определение органических кислот с использованием ионоэксклюзионной хроматографии тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

На правах рукописи

Медведь Алла Леонидовна ---

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИОНОЭКСКЛЮЗИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

02.00.02. - аналитическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва-1996

Работа пыполнена на кафедре аналитической химии Химического факультета Московского государстпеннного университета им. М.ВЛомоносопа.

Научные руководители: доктор химических наук, профессор ШПИГУН О.А.

кандидат химических наук ИВАНОВ Д.А.

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

ведущий научный сотрудник СЕРДАН А.А. кандидат химических наук, старший научный сотрудник ВОЛ О ЩИ К И.Н.

Ведущая организация: Институт физической химии РАН

Защита состоится 27 июня 1996 г. в 16 часов 10 мин. па заседании диссертационного совета по химическим наукам Д.053.05.60 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова но адресу:

199899, Москва, ГСП-3, Воробьевы горы, МГУ, Химический факультет, ауд. 337. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ.

Отзывы и замечания просьба отправлять по адресу:

119899, Москва, ГСП-3, Воробьевы горы, МГУ, Химический факультет, кафедра аналитической химии, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан 23 мая 1996 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат химических наук

Торочешннкова И.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Ионоэксклюзионная хроматография (ИЭХ) - эффективный, экспрессный метод определения слабодиссоциированных соединений (спиртов, Сахаров, карбоновых кислот) на сильнокислотных катионообменниках, не требующий сложной пробоподготовки, позволяющий разделять смеси органических веществ и определять органические анионы в присутствии больших избытков неорганических. ИЭХ начала развиваться в середине 80-х годов. К настоящему моменту теория метода развита слабо, публикаций по ИЭХ не очень много. Каких-либо работ, специально посвященных изучению поведения органических кислот разных классов (алифатических - насыщенных и непредельных, в том числе с различными заместителями в углеводородной цепи, а также ароматических) в условиях их ИЭХ определения, в настоящее время нет. В связи с этим, изучение механизма ионоэксклюзионного разделения с целью оптимизации определения карбоновых кислот, является актуальным.

Кроме того, метод ИЭХ является актуальным, так как он позволяет определять карбоновые кислоты. Сама по себе задача определения карбоновых кислот является практически важной для ряда отраслей промышленности, медицинских, фармакологических и биологических исследований. Для решения этой задачи использовались различные методы. Но они оказались недостаточно чувствительными и селективными. Применение ИЭХ даст возможность совместно определить неорганические и органические анионы, значительно уменьшить время анализа, а также улучшить селективность разделения карбоновых кислот и понизить пределы обнаружения.

Цель и задачи исследования. Цель работы - создание методик ионоэксклюзионного определения карбоновых кислот в сложных объектах на базе систематического изучения закономерностей их удерживания на сульфокатионообменниках высокой емкости при использовании различных по силе и природе элюентов. Конкретные задачи были следующими:

- изучение закономерностей удерживания органических карбоновых кислот разных классов в режиме ИЭХ на катионообменниках высокой емкости в Н+-форме;

- исследование влияния свойств подвижной и неподвижной фаз на поведение карбоновых кислот в условиях ИЭХ;

- оптимизация условий разделения карбоновых кислот методом одноколоночной ИЭХ с кондуктометрическим детектированием;

- определение аналитических характеристик одноколоночного варианта ИЭХ с кондуктометрическим детектированием на различных сорбентах;

- изучение возможности применения комбинации методов ионной хроматографии (ИХ) и ИЭХ для повышения селективности хроматографического разделения органических кислот;

- использование метода ИЭХ для определения органических соединений разных классов в смесях и сложных образцах.

Научная новизна. На основании данных о закономерностях удерживания более 70 карбоновых кислот на катионообменниках высокой емкости в Н+-форме установлено, что ионоэксклюзионное разделение кислот обусловлено тремя факторами: Дон-нановской эксклюзией, гидрофобными взаимодействиями и гель-фильтрационными эффектами. Предложены три новых сорбента для ИЭХ (Aminex Н+ 50Wx4, Aminex Q 15S, Dionex), обеспечивающие максимальную селективность разделения органических карбоновых кислот. Предложен новый подход к выбору элюентов для ИЭХ, главным критерием которого является состав и природа последнего, а не значение рН.

Практическая значимость работы. Найдены условия ионоэксклюзионного определения органических карбоновых кислот, в том числе окси-, оксокислот и структурных изомеров карбоновых кислот в присутствии неорганических анионов. Методом ИЭХ определены с низкими пределами обнаружения (порядка десятков - тысячных долей миллиграммов в литре) желчные, фенолкарбоновые и жирноароматические кислоты. Найдены оптимальные размеры ИЭХ-колонок, обеспечивающие максимальную эффективность разделения кислот изучаемых классов.

Метод ИЭХ использован для анализа объектов пищевой, фармацевтической промышленности, природных и сточных вод. Методики ионоэксклюзионного определения карбоновых кислот внедрены в институте им. М.Т.Габричевского, НИИ "Антибиотик", РХТУ им. Д.И.Менделеева. На защиту выносятся.

1. Данные о закономерностях удерживания более 70 карбоновых кислот и их производных на катионообменниках высокой емкости в Н+ - форме.

2. Факторы, обусловливающие механизм разделения карбоновых кислот в режиме ИЭХ.

3. Результаты оптимизации раздельного и совместного ионоэксклюзионного определения карбоновых кислот разных классов.

4. Данные об определении органических соединений различной структуры и строения методом ИЭХ.

5. Аналитические характеристики определения органических карбоновых кислот в режиме одноколоночной ИЭХ.

6. Способы повышения селективности ИЭХ определения карбоновых кислот в присутствии неорганических анионов в модельных смесях и сложных образцах.

Апробация работы и публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 3 статьях. Результаты работы были доложены на семинаре фирмы Biotronik (Москва, МГУ) в 1994 году, на Всесоюзном семинаре "Экология России" (Москва, ТСХА) в 1993 году, научных коллоквиумах лаборатории хроматографии кафедры аналитической химии Химического факультета МГУ. Результаты отражены в отчетах по договорам о содружестве с институтом "Антибиотик" (г.Москва) в 1992 году, с МНИИЭМ в 1993 году и в трех актах об использовании методик определения органических кислот.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 41 таблицу, состоит и введения, шести глав (обзора литературы и пяти глав экспериментальной части), выводов и списка литературы. Библиография включает 168 наименований. Первая глава диссертации посвящена обзору литературы по хроматографии органических кислот. В главе 2 описаны используемые реактивы, растворы и техника проведения эксперимента. В главе 3 обсуждаются закономерности удерживания органических карбоновых кислот на катнонообменниках высокой емкости в Н+-форме. Глава 4 посвящена выбору условий селективного и эффективного определения карбоновых кислот методом одноколоноч-ной ИЭХ с ковдуктометрическим детектором. В главе 4 также приведены аналитические характеристики ИЭХ определения карбоновых кислот на трех новых сорбентах и описано использование двухколоночного варианта, сочетающего ИХ и ИЭХ, для устранения взаимного мешающего влияния органических кислот и неорганических анионов. В главе 5 показаны возможности использования метода ИЭХ с применением колонок нестандартной длины, нетрадиционных элюентов и различных систем детектирования для эпределения органических соединений разных классов. Глава б включает аналитическое применение метода ИЭХ.

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Работу выполняли на ионных хроматографах "Цвет 3006" (НПО "Химавтоматика", Россия), ионных хроматографах Dionex, модели 10 и 14 (США). В работе использовали металлические колонки с внутренним диаметром 4, 6, 7, 8, 9, 10 чм н длиной 50, 75, 100, 200, 300, 400 и 500 мм, заполненные сорбентами Aminex Н+ 50Wx4 и Aminex Н+ Q- 15S (размер частиц - 25-35 мкм, емкость - 4,6 мэкв/г). В работе также использовали стеклянную колонку фирмы Dionex размером 9x220 мм, заполненную патентованным сорбентом для ИЭХ. Объем вводимой пробы, задаваемый с помощью дозирующей петли, составлял 100 мкл. Для регистрации хроматограмм исполь-ювали самописец ЛИНЕР 285 (США). Используемые в работе реагенты имели ква-шфикацию ч.д.а. и о.с.ч. Для приготовления растворов использовали деионизованную юду с электропроводностью 0,5 мкСм. Исходные растворы органических кислот гото-шли из соответствующих жидких или твердых препаратов. Детектирование осуществ-шли кондуктометрическим, спектрофотометрическим и рефрактометрическим спосо-юм.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ УДЕРЖИВАНИЯ АЛИФАТИЧЕСКИХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В РЕЖИМЕ ИЭХ Механизм разделения в ИЭХ - комплексный, включающий Доннановскую эксклю-1ию, ситовые эффекты и гидрофобные взаимодействия. Это было установлено в ходе фоведения экспериментов по изучению поведения монокарбоновых, дикарбоновых сислот, их замещенных и кислот с двойными связями, при элюировании растворами

бензойной, салициловой, янтарной, фгалевой, винной и лимонной кислот различных концентраций с ИЭХ-колонкл 9x220 мм Оюпех.

Под Доннановской эксклюзией подразумевается отталкивание диссоциированных карбоксильных групп молекул кислот от отрицательно заряженной поверхности сорбента. Чем больше молекул анализируемой кислоты диссоциировано в растворе, тем в большей степени проявляется эффект Доннановской эксклюзии.

Дисперсионными силами обусловлена вся энергия взаимодействия в случае адсорбции неполярных веществ на неполярных адсорбентах, например, углеводородов на графите (в случае ИЭХ - в основном, ван-дер-ваальсовыми силами обусловлено взаимодействие гидрофобной части молекул карбоновых кислот со стирол-дивинилбензольной (СТДВБ) матрицей сорбента).

Разделение методом "ситовой" (гель-фильтрационной) хроматографии в отсутствие адсорбционных эффектов происходит в соответствии с размерами молекул образца, причем большие молекулы элюируются раньше малых.

Принципы ИЭХ могут быть проиллюстрированы путем сравнения хроматографи-ческой системы с тремя несмешивающимися фазами. Первая фаза - это движущийся элюент, который проходит между частицами ионообменника, вторая фаза - частицы сорбента со связанными функциональными группами, третья фаза - жидкость, окклюдированная внутри пор катионообменника. Полимерный сорбент может бьгть сравнен с полупроницаемой мембраной, которая разделяет движущийся элюент и элюент, неподвижно закрепленный внутри частиц сорбента. Хлорид-анион практически не может проникнуть внутрь пор сорбента, так как исключается за счет потенциала Доннана, а ацетат-анион, находящийся преимущественно в виде нейтральной молекулы уксусной кислоты, проникает внутрь окклюдированной жидкой фазы и дольше задерживается в ИЭХ-колонке.

В условиях ИЭХ определения изучено удерживание монокарбоновых (С1-С10), дикарбоновых (С2-С&) кислот, их замещенных, структурных изомеров и непредельных карбоновых кислот в зависимости от их протолитических свойств, длины углеводородного радикала и природы заместителей.

Протолитические свойства карбоновых кислот. В режиме ИЭХ монокарбоновые и дикарбоновые кислоты элюируются в порядке увеличения их значений рКа. Рис.1 иллюстрирует сложный механизм взаимодействия карбоновых кислот с высокоемкостными катионообменниками при элюировании 2 мМ раствором бензойной кислоты (рН 3,16). Разделение кислот с низкими значениями рКа происходит, в основном, по механизму Доннановской эксклюзии: щавелевая кислота (рКа 1,23) - не удерживается сорбентом, а малоновая и муравьиная удерживаются слабо. При рН 3 (рН наиболее часто используемых в качестве элюентов в одноколоночной ИЭХ с

Рис.1. Зависимость времени удерживания монокарбоновых (о) и дикарбоновых (б) кислот от

значений рКа.

ИЭХ-колонка 9x220 мм Бюпех, элюент - 2 мМ раствор бензойной кислоты, Р = 1,1 мл/мин

Кислоты: а) 1 - муравьиная, 2 - уксусная, 3 - пропионовая, 4 - масляная, 5 - валериановая; б) 6 - щавелевая, 7 - малоновая, 8 - янтарная, 9 - глутаровая, 10 - адипнновая, 11 - пимелиновая.

кондуктометрическим детектированием 2 мМ растворов кислот), монокарбоновые кис-поты - не ионизированы и удерживаются как нейтральные соединения, потому что растворенные молекулы могут полностью проникать в матрицу сорбента. Резкий подъем конечных участков кривых для моно- и дикарбоновых кислот может быть объяснен большой разницей в величинах рКц карбоновых кислот. Времена удерживания муравьиной и уксусной кислот пропорциональны их рКа, а для других монокарбоновых кислот, имеющих большую молекулярную массу и более высокие значения рКа, времена удерживания оказываются большими, чем ожидалось, исходя из величин рКа- Значения рКа этих кислот близки друг к другу, а время удерживания увеличивается с увеличением шсла атомов углерода (пс) в молекуле вследствие усиления гидрофобных взаимодействий. Поскольку для дикарбоновых кислот величины рКа выше З^за исключением щавелевой кислоты), при рН элюента, равном 3, кислоты находятся в растворе, в эсновном, в виде однозарядных анионов. При рН 3 примерно 65% молекул малоновой шслоты и только 7% янтарной кислоты ионизированы по первой карбоксильной ■руппе, и поэтому для янтарной кислоты характерен меньший Доннановский эффект, 1ем для малоновой, и она удерживается сильнее малоновой. Муравьиная кислота юнизирована на 10% и, следовательно, эффект ионной (Доннановской) эксклюзии для 1ее менее значим, чем для малоновой кислоты. Поэтому монокарбоновые кислоты даерживаются на ИЭХ-колонке сильнее дикарбоновых кислот с тем же числом атомов (Тлерода в молекуле. Из рис.1 видно, что малоновая (Пс=3) и янтарная (Пс=4) кислоты одерживаются слабее, чем можно было бы ожидать из величин рКа. А все кислоты с золыпей молекулярной массой, чем у янтарной кислоты, обладают близкими шачениями рКа, но их времена удерживания увеличиваются с ростом п<; подобно ионокарбоновым кислотам. Объяснить это можно тем, что в растворе ионизированные

карбоксильные группы гидратированы, и ассоциированные молекулы воды, окружая карбоксилы, уменьшают гидрофобность метиленовых звеньев вблизи карбоксильной группы, ослабляют или предотвращают гидрофобные взаимодействия между матрицей сорбента и алкилъной цепью кислот. Следовательно, небольшие молекулы янтарной и малоновой кислот становятся подобными неорганическим анионам, и их поведение контролируется Доннановской эксклюзией, тогда как карбоновые кислоты с более длинной алкильной цепью начинают взаимодействовать с матрицей сорбента.

Следовательно, одним из факторов, влияющих на удерживание карбоновых кислот в режиме ИЭХ, являются протолитические свойства кислот.

Длина углеводородного радикала. В условиях ИЭХ монокарбоновые и дикарбоно-вые кислоты элюируются в порядке возрастания их молекулярной массы.

Молекулы с длинной углеводородной цепью полностью исключаются из пор СТДВБ-матрицы посредством ситового эффекта. Молекулы, исключенные по размеру, могут взаимодействовать только на поверхности зерен ионообменника. Взаимодействие молекул этих кислот с матрицей сорбента контролируется через баланс противоположных сил, таких как отталкивание карбоксильных групп кислот от отрицательно заряженных функциональных групп сорбента, и гидрофобными взаимодействиями между матрицей и алкильной цепью растворенных молекул. Поскольку при рН элюента, равном 3, большинство молекул длинноцепочечных карбоновых кислот не заряжены, они исключаются из матрицы посредством ситового эффекта, а не отталкиваются от поверхности сорбента за счет Доннановского потенциала. Следовательно, они могут адсорбироваться на частицах сорбента как неионные компоненты, и преобладающей силой взаимодействия для таких длинноцепочечных кислот являются гидрофобные взаимодействия. Поэтому время удерживания увеличивается пропорционально увеличению пс, что объясняется увеличением длины каждой последующей молекулы на длину одной метальной группы.

Все полученные закономерности удерживания моно- и дикарбоновых кислот удобно проиллюстрировать следующими рядами:

Монокарбоновые кислоты: муравьиная < уксусная < пропионовая < масляная < ва,ириановая < капроновая;

Дикарбоновые кислоты: щавелевая < малоновая < янтарная < глутаровая < адипиновая <

пимелиновая < пробковая.

Моно- и дикарбоновые кислоты: щавыевая < уксусная; малоновая < пропионовая;

янтарная < масляная; глутаровая < валериановая; адипиновая < капроновая.

Удерживание непредельных карбоновых кислот. Непредельные кислоты удерживаются в режиме ИЭХ сильнее соответствующих предельных алифатических карбоновых кислот за счет 7с-взаимодействий с матрицей сорбента, причем наличие двух двойных связей в молекуле еще больше усиливает этот эффект (табл.1, рис.2). Так, время удерживания акриловой кислоты больше, чем время удерживания пропионовой.

Для непредельных кислот выполняется упоминавшийся выше порядок элюирования, установленный для насыщенных кислот. Монокарбоновые кислоты удерживаются сильнее дикарбоновых с тем же числом атомов углерода в молекуле, и в обоих рядах наблюдается увеличение времени удерживания с ростом пс.

Влияние заместителей. Важную роль в удерживании карбоновых кислот в ИЭХ играют заместители (рис.2). Наличие в молекуле кислоты заместителя-галогена приводит к уменьшению ее времени удерживания. Порядок элюирования одно-, двух и трехгалогензамешенных кислот в ИЭХ следующий: трифторуксусная < трихлоруксусная < дихлоруксусная < фторуксусная < хлоруксусная < бромуксусная < иодуксусная. Галогены обладают (-1)- (индуктивным) эффектом, то есть смещают на себя электронную плотность, усиливая подвижность протона карбоксила и уменьшая значение рКа кислоты. За счет отталкивания от заряженных сульфогрупп на матрице сорбента, кислота быстрее элюируется из колонки. Причем, с увеличением числа электроноакцепторных заместителей, этот эффект значительно усиливается.

Заместитель в а-положении сильнее влияет на карбоксил, чем в р-положении. Например, атом хлора в а-положении к карбоксилу сильнее смещает на себя электронную плотность, увеличивая подвижность протона, и а-хлорпропионовая кислота за счет эффекта Доннановской эксклюзии слабее удерживается на сорбенте в режиме ИЭХ, чем р-хлорпропионовая. Порядок элюирования замещенных карбоновых кислот в ИЭХ следующий: а-хлорпропионовая < а-бромпропионовая < р-хлорпропионовая.

Метальные группы усиливают гидрофобность молекулы карбоновой кислоты, поскольку обладают небольшим (+1) - эффектом, поэтому триметилуксусная кислота имеет время удерживания большее, чем уксусная, аналогично, диметилмалоновая большее, чем малоновая.

Кетогруппа — акцептор электронной плотности, поэтому кетокислоты значительно более сильные, чем незамещенные жирные кислоты. За счет Доннановского потенциала кетокислоты (как моно, так и дикарбоновые) удерживаются намного слабее соответствующих карбоновых кислот: а-кетопропионовая элюируется раньше пропио-новой; а-кетомасляная - раньше масляной; а-кетоглутаровая - раньше глутаровой.

Кислоты изостроения удерживаются слабее кислот нормального строения (за счет ситовых эффектов): изомасляная кислота имеет меньшее время удерживания, чем масляная; изовалериановая - меньшее, чем валериановая.

Введение одной оксигруппы в молекулу как монокарбоновой, так и дикарбоновой кислоты, способствует уменьшению ее времени удерживания. Как схематически показано на рис.2, в режиме ИЭХ гликолевая (оксиуксусная кислота, рКа 3,84) удерживается слабее уксусной (рКа 4,74); молочная (оксипропионовая, рКа 3,86) -слабее пропионовой (рКа 4,87); яблочная (оксиянтарная, рКа 4,21) - слабее янтарной (рК, 4,41).

Исправленные времена удерживания непредельных карбоновых кислот (мин) ИЭХ-колонка 9x220 мм йюпех, Г = 1,1 мл/мин

Кислота Формула Элюент, концентрация

0,5 мМ 2 мМ

Фтал& эензой* Янтар- Вин- Лимон- Салит Фтале- Бензой- 1нтар Вин- Лимон- Салици-

вая ная ная ная ная ловая вая ная ная ная ная ловая

\цетиленди-

карбоновая НООС-С = С-СООН 5,4 4,0 4,4 4,0 3,9 4,2 4,8 4,8 3,9 3,9 3,0 2,7

Малеиновая НООС-СН=СН-СООН 6,0 3,9 4,8 4,2 4,2 3,9 4,5 4,5 4,2 3,9 3,6 3,6

Цитраконовая ноос-он-сГснзусоон 6,6 4,2 5,1 4,8 4,8 4,5 5,4 5,4 4,8 4,2 4,2 3,6

////¿•-аконитовая НООС-СН=С(СООН)-С%ОЯ* 6,6 4,8 5,4 5,7 5,7 5,4 6,0 6,0 6,0 4,8 4,8 4,2

7ра//с-аконитовая ноос-сн=с(гсоон)-сяг-ес» 7,2 4,8 6,0 6,3 6,3 5,4 6,6 6,0 5,4 5,1 4,8 4,5

Фумаровая НООС-СН=СЙ-С.ООН 7,2 5,7 6,0 4,8 4,8 4,5 6,0 5,4 4,8 4,5 4,2 3,9

Итаконовая сн^=<#оон)-сн-еоон 9,6 8,3 8,6 5,7 5,7 5,4 8,4 7,8 6,4 5,4 5,2 4,8

Мезаконовая ИООС-С(СНз>СН-СООН 12,6 8,9 8,8 8,4 8,4 8,1 10,2 9,0 8,4 8,1 8,1 7,8

Акриловая сн2=сн-соон 18,0 14,4 18,0 12,0 12,0 11,4 13,2 12,6 12,6 11,1 9,9 8,1

^-Хлоркротоновая а\5-с(ся)=сн-соон 19,2 18,0 18,0 14,7 14,7 14,4 17,2 16,2 16,2 13,8 11,4 11,1

/-Этшткротоновая сн3-сн=с(с2н$)-сосн 28,8 - 27,3 20,0 20,0 18,8 25,5 23,8 22,8 17,4 - 16,0

Сорбиновая СН3-СН=СН-СН=СН-Ш 38,8 31,8 - - - 25,4 30,5 30,2 28,7 24,8 - 22,0

Заместители Галогены CL H И н У Ч ¡r c¿ à F W V

Кетогруппа аи3-с-ооон<снгсн2-соон ; вн3мг-сгсоон< сн3(инг)2ссон; иоос-с-(сн2)2-соси< ш-(Щг(Ш ООО

Метальные группы H ÇH3 H £Н3 Н-с-ССОН < СН,-с-СОСН : НООСг- С-С00Н< ноос- с-ссон 1 3 / ' ' I н ¿Нз H сн}

Изомерия снз- СН-СООН < CH3-(CHjrCPCH ; 0Н3- СН-СН2-С00Н< CH3-fcHz)3-C00H ¿Нз ¿Нз

Оксигруппы ОН ¿H ti ОН H

цех-сн- ÇH-C0DH < НООС - (СН^-СООН ; н ООО-СИ-СИ-CH-QH- £00H<HC0C-(CUz\-CCC ОН ОН 0н 6н он Ьн

Двойная связь CH3-W2-COOH<CHZ=CH-COOH < си 3-СН= СН - СН=СН-С00Н

СН,-С-ССХЖ CH.,-С»-coon <CH3-CH-CC0H¿CH,-СН-СЮН<(1Нг-М~тН<СНсСН-сС011<СНгШ

is к ir 3 Ьн к fi

Рис.2. Элюотропные ряды замещенных карбоновых кисгот в условиях ИЭХ.

Наличие нескольких оксигрупп в молекуле дикарбоновой кислоты уменьшает ее значение рКа, поэтому полностью замещенные оксидикарбоновые кислоты за счет эффекта Доннана удерживаются в режиме ИЭХ слабее соответствующих алифатических дикарбоновых кислот: время удерживания винной кислоты (диоксиянтарной, рКа 2,98) -меньше янтарной (рКа 4,41); время удерживания триоксиглутаровой - меньше глутаро-вой; время удерживания слизевой (тетраоксиадипиновой) кислоты - меньше адипино-вой.

Рис.2 иллюстрирует влияние различных заместителей на времена удерживания карбоновых кислот на примере пропионовой кислоты. Время удерживания замещенных карбоновых кислот в режиме ИЭХ увеличивается с уменьшением электроно-акцепторных свойств заместителей и увеличением их донорных свойств.

Поскольку полученные зависимости времен удерживания карбоновых кислот от наличия различных заместителей в углеводородной цепи подтверждаются при использовании 6 алифатических и ароматических кислот - элюентов различных концентраций, их можно считать общими закономерностями, характерными для ИЭХ в целом.

Таким образом, в результате проведенных экспериментов было выяснено, что для сильных кислот (с низкими значениями рКа) и с малым числом атомов углерода в молекуле наиболее вероятно "выталкивание" частиц из фазы сорбента из-за существования Доннановского потенциала, для кислот средней силы и для кислот изостроения предположительна эксклюзия по размеру (за счет "ситовых" эффектов), а для кислот с длинной углеводородной цепью и с двойными связями больший вклад в удерживание вносят гидрофобные взаимодействия углеводородного скелета молекулы с матрицей сорбента и л-взаимодействия.

ВЫБОР УСЛОВИЙ ИЭХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЛИФАТИЧЕСКИХ КАРБОНОВЫХ

КИСЛОТ

Выбор сорбента. Для расширения круга используемых сорбентов, мы провели работу по подбору неподвижных фаз, подходящих для ИЭХ органических кислот. Для этой цели исследовали 9 различных сульфированных катионообменников высокой емкости на основе сополимера стирола и дивинилбензола в Н+-форме (Aminex Н+ 50Wx4, Aminex Q-15S, AG-50Wx2, Aminex SB Blend Q-60, MK 50), а также гели Сферой, имеющие метакрилатную матрицу. Величины разрешения для соседних пиков кислот на хроматограмме, а также число теоретических тарелок, рассчитанные для всех исследованных сорбентов, представлены в табл.2.

Наилучшие параметры разделения модельных смесей монокарбоновых, дикарбоновых и оксикислот обеспечивают 3 сорбента - Aminex Н+ 50Wx4, Aminex Q-15S и Di-опсх (именуемых в дальнейшем для простоты Aminex Н, Aminex Q и Dionex соответственно). Эти сорбенты использовали для проведения дальнейшей экспериментальной работы. Хроматограммы модельных смесей моно-, дикарбоновых и смеси моно и дикарбоновых кислот, полученные при использовании сорбента Dionex,

представлены на рис.3. Как видно из хроматограмм, методом ИЭХ за 20 мин. можно разделить 11 карбоновых кислот. А 2.

42

3

г

а

о б 12

J_L

I-1_1_

о 6 42

0 € к 18 мин

Рис.3. Хроматограммы модельных смесей моиокарбоновых (а), дикарбоновых (б) и смеси моно- и дикарбоновых кислот (в), полученные в условиях ИЭХ (концентрация каждой кислоты в смеси - 1000 мг/л). ИЭХ-колонка Оюпех, элюент - 2 мМ бензойная кислота, р = 1,1 мл/мин Пики: 1 - щавелевая, 2 - малоновая, 3 - муравьиная, 4 - янтарная, 5 - уксусная, 6 -глутаровая, 7 - пропионовая, 8 - адипиновая, 9 - масляная, 10 - пимелиновая, 11 -валериановая.

Выбор элюента. В настоящей работе мы предложили новый подход к выбору элю-ента для одноколоночной ИЭХ алифатических карбоновых кислот с кондуктомет-рическпм детектированием. Первоначально, предполагая, что решающую роль в механизме удерживания карбоновых кислот на сорбентах для ИЭХ играет Доннановская эксклюзия, мы посчитали, что наиболее подходящими окажутся элюенты, имеющие более низкие значения рН растворов (при определенной концентрации), так как в этом случае подавляется диссоциация карбоновых кислот, и они не отталкиваются от отрицательно заряженного слоя вокруг частиц сорбента за счегт Доннанопского потенциала, а удерживаются в колонке как нейтральные молекулы и разделяются. Однако, из 10 исследованных алифатических и ароматических кислот в качестве элюентов, наилучшее по селективности и эффективности разделение карбоновых кислот внутри гомологических рядов обеспечивал 2 мМ раствор бензойной кислоты (рН 3,16), а не, например, щавелевой, октансульфокислоты или перфторпропионовой кислоты, рН 2 мМ растворов которых значительно ниже, чем у остальных кислот (~1,7-2,5). Кроме того, при использовании бензоина в качестве элюента (рН 2 мМ раствора ~6), получено хорошее разделение карбоновых кислот внутри гомологических рядов. Поэтому нами было сделано предположение, что основной вклад в разделение карбоновых кислот на сорбентах для ИЭХ вносят гидрофобные взаимодействия и, вследствие этого, - главную роль в

Число теоретических тарелок (Ы) и разрешение (К^), полученные для различных сорбентов. Колонка 8x300 лш, элюент - 2мМ бензойная кислота (р Н 3,16), Г = 1,2 мл/мин

Кислота Сорбент

АОк Бюпех Ат1пех Агшпех Аттех 8 В МК 50 Сферой Сферой Сферой

50Wx2 H+50Wx4 СН58 В1епс1 0-60 100 Ага 1000 С 1000

N

Масляная (моно-

карбоновая) 800 4000 3500 1600 - - 640 400 2500

Янтарная (ди-

карбоновая) 600 2000 2600 1200 - - 750 - 1100

Винная (окси-

кислота) 400 2000 600 1900 400 350

Валериановая-капроно-

вая (монокарбоновые) 2,2 3,0 3,0 2,2 0,3 0 0,8 1,7 1,8

Глутаровая -адипиновая

(дикарбоновые) 0,6 1,3 1,3 1,7 0 0 0,7 0,8 1,4

Вин ная -гликоле вая

(оксикислоты) 1,6 1,4 1,4 1,4 0 0 0,9 0,4 0,4

обеспечении селективного и эффективного разделения органических кислот играет не столько рН, сколько природа элюента.

Для подтверждения этого предположения, были изучены в качестве элюентов 4 класса кислот: производные бензойной кислоты, содержащие в кольце как электронодо-норные, так и электроноакцепторные функциональные группы, причем подбирались такие кислоты, у которых в одном случае рКа было больше, чем у бензойной кислоты, а в другом случае - меньше; кислоты, содержащие два ароматических ядра, соединенных между собой через углеводородный радикал; жирноароматические кислоты (предельные - миндальная и ее замешенные, и непредельная - коричная); моно- и дикарбоновые кислоты, содержащие в молекуле одну или две двойные связи. В качестве элюентов исследовались также и другие органические соединения, например, бензоин. Структурные формулы, значения рКа и фоновой электропроводности 2 мМ растворов изученных элюентов представлены в табл. 3. Установлены закономерности элюирующей способности кислот внутри каждой группы. Так, наибольшей элюирующей силой обладают кислоты с двумя ароматическими ядрами в молекуле (без наличия оксигрупп); из жирноароматических - кислоты с двойной связью в боковой цепи; из ароматических кислот - производные бензойной кислоты, имеющие более высокие значения рКа, чем у бензойной кислоты; из алифатических - непредельные монокарбоновые кислоты с большим числом двойных связей в молекуле. Шкалы селективности для некоторых кислот-элюентов, относящихся к разным классам, представлены на рис.4. ^

-3-Л-1-1-

4 i 1 ' " í f f ff 1

т 7- i ¿ 1 ? ? <Lf f 1

I f i ' 8 1 f i b í 4 f H i

V k á h rt-'-ñ«" ' r/i

Бензоинля

(2 ГРУППА)

КОРИЧНАЯ (■¿ГРУППА)

TWvh с-'грозен илко-'ИМНЛЯ

Í4 ГРУППА) г*---to-30-

Рис.4. Шкалы селективности для моно- и дчкарбоновых кислот, полученные с применением

различных элюентов.

Колонка 8x300 мм, сорбент - Aminex Н, обозначения кислот - на рис.И М- КАПРОНОВАЯ

кислота.

Сравнивая элюирующую способность кислот, относящихся к разным группам, можно отметить, что худшее по селективности и эффективности разделение модельных смесей карбоновых кислот получено на кислотах-элюентах 1 группы (табл.3, рис.4), чуть лучше эти показатели у кислот 2 группы. Переход к жирноароматическим кислотам с двойной связью в боковой цепи (3 группа) привел к значительному повышению эффективности разделения изучаемых карбоновых кислот в модельных смесях. Таким образом, усложнение строения используемых в качестве элюентов кислот приводит к повышению

Исследованные элюенты (концентрация 2 мМ).

Кислота Структурная формула Фоновая электропрово-водность, мкСм рКа*

Акриловая Итаконовая Мезаконовая Сорбиновая 1. Алифатические непредельные СНг = СН-СООН Н\_ _ - 'СНй-СООН И С и^СРОН НООС' ^СООН СН3-СН=СН-СН=СН-С00Н кислоты 4,2 5,5 8,4 3,2 4,26 3,82 3,07 4,76

о-Нитробензойная о-Хлорбензойная Бензойная п-Толуиловая п-Оксибензойная п-Аминобензойная 2. Замещенные бензойной (°Рсоон <0)-соон <§усоон \\ьЪ-©-СООН н о-ф-соон М-<0>С£ОН ислоты 9,5 7,3 3,2 1,9 3.5 1.6 2,17 2,94 4,19 4,37 4,58 4,89

Миндальная п-Хлорминдальная о- Метнлминдальная Коричная 3. Жирноароматические киа <оусн(онусоон (он)-ссон (оран(ОН)-СОСН (о}-сн=сн-соон юты 6,0 6,0 11,0 4,2 3,41 3,08 3,22 4,01

4 Дибензоилвинная Дифенилуксусная Транс-о(.-фенил-коричная Бензоин Кислоты с двумя ароматически _ СООН СООН _ 0 ОН ОН 0 ¿оон н ми ядрами 10,0 1,8 1,7 0,9 4,31 4,22 4,01

"Литературные данные

их элюирующей способности. Так, наилучшими кислотами, используемыми в качестве элюентов, оказались дифенилуксусная и транс-а-фенилкоричная кислоты, имеющие в своей молекуле 2 ароматических ядра и двойную связь (у транс-а-фенилкоричной кислоты) и, вследствие этого, - имеющие большое сродство к сорбенту (рис.5). Кроме того, фоновая электропроводность перечисленных кислот (~1,7), значительно ниже, чем у традиционной бензойной кислоты, что позволяет существенно снизить предел обнаружения (ПрО) определяемых карбоновых кислот.

4 2 А Б 6

II

3

23/<

и

Ю а)

30

б)

10 20 /чин

Рис.5. Хроматогралшы модельных смесей монокарбоновых (а) и дикарбоновых (б) кислот. Колонка 8x300 мм, сорбент- Апи'пех Н, Р = 1,0 мл/мин. Элюент: Транс-а-фенилкоричная кислота.

Исследуемые кислоты (концентрация каждой кислоты - 1000 мг/л): а) 1 - муравьиная, 2 - уксусная, 3 - пропионовая, 4 - масляная, 5 - валериановая, 6 - капроновая; б) 1 -малоновая, 2 - янтарная, 3 - глутаровая, 4 - адипиновая. ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ РАЗДЕЛЕНИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ » Оптимизацию условий разделения алифатических карбоновых кислот проводили на примерах гомологических рядов в режиме одноколоночной ИЭХ с кондуктомет-рическим детектированием сигнала. Установлено, что для получения селективного и эффективного разделения карбоновых кислот внутри гомологических рядов наиболее подходящими являются значения скорости потока элюента (Б), равные 1,0 мл/мин, оптимальными размерами колонок - 8x300 мм и 9x300 мм, рекомендовано использовать сорбенты с низким процентным содержанием дивинилбензола (2-5% сшивки), наиболее

• Материалы этого раздела будут опубликованы в статье Медведь А.Л., Иванов A.A., Шпитун O.A. Ионоэксклюзионная хроматография органических кислот. Выбор условий ионоэксклюзионного определения алифатических карбоновых кислот. // Журн. анал1гт. химии. 1996. Т.51. N11.

1 7

подходящим зернением используемых в данной работе катионообменников является 2535 мкм. Для уменьшения размывания пиков сильноудерживаемых кислот и повышения эффективности разделения, в элюент целесообразно добавлять до 20% по объему органического модификатора (ацетонитрил, спирты).

Аналитические характеристики. В выбранных оптимальных условиях были определены аналитические характеристики метода ИЭХ. Диапазоны линейности граду-ировочных графиков для moho-, дикарбоновых и оксикислот на трех сорбентах представлены в табл.4; ПрО карбоновых кислот, рассчитанные для элюентов с различной фоновой электропроводностью, - в табл.5.

Таблица 4

Области линейности градуировочных графиков (мг/л).

Кислота Сорбент

Dionex Aniinex Н Aminex Q

Элюент, концентрация

Бензойная кислота, Транс-^-фенилкоричная Бензойная кислота

5,0 мМ кислота, 2,0 мМ 2,0 мМ

Муравьиная 50-1000 40-1000 40-1000

Уксусная 10-2000 10-1000 1-1000

Пропионовая 10-1600 10-1000 10-1500

Масляная 10-1000

Валериановая 40-1000

Щавелевая 10-100

Малоновая 10-350 10-1000

Янтарная 75-5000 1-2000 1-2000

Глутаровая 10-2000

Адипиновая 40-1500

Яблочная 10-1000 10-1000

Винная 100-500 10-500

Молочная 10-1500 100-1500

Лимонная 50-500

Анализ данных табл.4, 5 позволяет сделать вывод, что метод определения

карбоновых кислот одноколоночной ИЭХ с кондуктометрическим детектированием отличается хорошими аналитическими характеристиками: широким диапазоном линейности градуировочных графиков, низкими пределами обнаружения, высокой воспроизводимостью: относительное стандартное отклонение по временам удерживания не превышает 0,02, а по высотам пиков - 0,05 (Р=0,95; п = 5). В работе проводили изучение мешающего влияния органических кислот, неорганических анионов, спиртов и Сахаров, входящих в состав сложных объектов, таких как вина и соки, на определение алифатических карбоновых кислот. Установлено, что на сорбенте Апипех Н при использовании в качестве элюента 2 мМ бензойной кислоты (в скобках будут приведены соответствующие значения для 2 мМ транс-а-фенилкоричной кислоты):

Пределы обнаружения органических карбоновых кислот.

Кислота Предел обнаружения (ПрО), мг/л

ЛЭХ-Кл 9x220 мм Кл 8x400 мм Аттех <3-155 Кл 8x300 мм Аттех Н+ 50\Ух4

Элюент (концентрация - 2 мМ)

Бензойная Бензойная Транс -аС- Кратность Бензойная Транс-о£- Кратность Бензоин Кратность

кислота фенил- снижения кислота фенил- снижения снижения

кислота коричная ПрО к коричная ПрО к ПрО к

кислота бенз. к-те кислота бенз. к-те бенз. к-те

Муравьиная 2 6 0,5 12 0,02 300

Уксусная - 2 0,03 70 40 2 20 0,04 1000

Пропионовая 40 6 0,1 60 40 2 22 0,2 220

Масляная - 50 2 25 0,3 170

Валериановая 70 70 7 10 0,5 140

Капроновая 100 20 5 1 100

Щавелевая 0,6

Малоновая 5 0,6 8

Янтарная 10 1 0,02 50 30 3 10

Глутаровая 30 1 30

Адипиновая 40 30 3 10

Яблочная 0,01 5х10"4 20 0,2 0,1 2

Винная 0,01 1х10'3 10

Молочная 0,1 ЗхЮ"3 33

Лимонная 1 0,03 33

определению уксусной кислоты не мешают 10 (70) кратные избытки муравьиной, 8 (50) кратные избытки пропионовой кислоты; определению муравьиной кислоты не мешают 350 (2000) кратные избытки уксусной кислоты. Определению пропионовой кислоты не мешают 5 (25) кратные избытки уксусной и 15 (25) кратные избытки масляной кислоты. Определению масляной кислоты не мешают 10 (15) кратные избытки пропионовой кислоты. Для дикарбоновых кислот: определению малоновой кислоты не мешают 2000 (3000) кратные избытки янтарной кислоты. Определению янтарной кислоты не мешают 400 (500) кратные избытки малоновой и 10 (30) кратные избытки глугаровой кислоты. Определению глутаровой кислоты не мешают 15 (25) кратные избытки янтарной и 20 (35) кратные избытки адипиновой кислоты. Таким образом, определению карбоновых кислот не мешают 10-1000 кратные избытки соседних по удерживанию карбоновых кислот, 1000-кратные избытки неорганических анионов, присутствие в соизмеримых количествах спиртов и Сахаров. Причем, при использовании в качестве элюента транс-а-фенилкоричной кислоты, мешающее влияние веществ по сравнению с элюированием бензойной кислотой снижается за счет достижения более высокой эффективности разделения.

Использование комбинированного метода ионной и ионоэкаыюзионной хроматографии.* Достоинства ИЭХ перед другими хроматографическими методами при определении карбоновых кислот заключаются в возможности использовать се в комбинации с ИХ, что является полезным при определении кислот с близкими временами удерживания. Так, при анализе смесей моно- и дикарбоновых кислот в одноколоночном варианте ИЭХ, не удается разделить с достаточной селективностью такие пары кислот, как щавелевая и серная, муравьиная и янтарная, лимонная и фума-ровая, глутаровая и пропионовая, масляная и адипиновая. При использовании системы, включающей первую разделяющую колонку размером 6x50 мм с анионообменником АНИЕКС (Cl'-форма) и вторую ИЭХ-колонку 8x400 мм с сорбентом Aminex Q, вышеперечисленные пары кислот успешно разделяются. Дикарбоновые кислоты в режиме ИХ удерживаются сильнее монокарбоновых, а в ИЭХ наблюдается обратная картина; за счет большей задержки дикарбоновых кислот на сорбенте АНИЕКС, во вторую, ИЭХ-колонку, они уже попадают с большим опозданием, и при выходе из описанной хроматографической системы при детектировании, время удерживания дикарбоновых кислот оказывается большим, чем монокарбоновых. При использовании комбинации методов ИХ и ИЭХ, элюентами могут служить как растворы карбоната и гидрокарбоната натрия, так и растворы ароматических кислот, то есть, элюенты, применяемые в двухколоночной ИХ и одноколоночной ИЭХ.

* Материалы этого раздела будут опубликованы в статье Медведь А.Л., Иванов А.А. Использование комбинированного метода ионной и ионоэксклюзионной хроматографии для определения органических и неорганических анионов. // Журн. аналит. химии. 1996. Т.51. N12.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И САХАРОВ МЕТОДОМ ИЭХ

В настоящей работе изучено удерживание на сорбентах для ИЭХ более 70 органических соединений разных классов.

Выяснены основные закономерности удерживания алифатических карбоновых оксикислот на сорбентах Атшех и Сферой.

Наилучшую селективность разделения изомеров монокарбоновых кислот обеспечивает сорбент Атшех р.

Разделение силыюудерживаемых кислот различных классов (длштоиепочечных алифатических моно- и дикарбоновых. жирноароматических, ароматических) рекомендуется проводить либо на короткой колонке (9x50 мм с сорбентом Атшех Н), либо на колонке со специальной набивкой (при 400 атм) размером 6x200 мм с сорбентом Атшех О, обеспечивающих селективное разделение этих групп кислот с приемлемым временем анализа.

Показана возможность определения методом ИЭХ Сахаров. Для этой цели использовали сорбент Атшех 50\Ух4 в - форме при УФ-детектировании сигнала (210 нм), либо сорбент Апипех С> в сочетании с дифференциальным рефрактометром при элюировании водой. Перспективным является использование сорбента Атшех 0 и двойной системы детектирования сигнала (последовательное подключение рефрактометра и кондуктометра) для одновременного определения Сахаров и органических кислот из одной смеси.

Жирноароматические кислоты, вследствие сильных гидрофобных взаимодействий с матрицей сорбента, имеют большие времена удерживания на колонках для ИЭХ стандартной длины (300-400 мм). Использование коротких колонок (9x50 мм Апипех Н) и колонки со специальной набивкой (6x200 мм Апипех 0) позволяет успешно применять метод ИЭХ для определения жирноароматических и некоторых ароматических кислот с приемлемым временем анализа.

Как правило, ароматические кислоты и кислоты с большим числом циклических ядер в молекуле методом ИЭХ не определялись вследствие сильных гидрофобных взаимодействий молекул этих кислот со СТДВБ-матрицей сорбентов. Однако, вследствие наличия оксигрупп в молекулах желчных и фенолкарбоновых кислот, последние подчиняются общим закономерностям удерживания, установленным для алифатических карбоновых кислот с различными заместителями в углеводородной цепи, эписанным в 1 разделе данного автореферата, и имеют приемлемые времена удерживания (до 30 мин ). Методом ИЭХ желчные и фенолкарбоновые кислоты определены впервые. В настоящей работе выяснены основные закономерности удерживания этих шелот. Выбраны оптимальные условия разделения фенолкарбоновых и желчных кислот в смеси с неорганическими анионами и алифатическими карбоновыми кислотами. В выбранных условиях проанализированы сложные объекты, в которых содержатся

желчные и фенолкарбоновые кислоты. Пример селективного разделения фенолкар-боновых кислот совместно с кислотами других классов приведен на рис. 6.

i_1_i_|-

О Го 20ЬО НИН

Рис.6. Хроматограмма смеси фенолкарбоновых, алифатических, ароматических и неорганических кислот. ИЭХ-колонка 9x220 мм Эюпех, элюент - 2 мМ бензойная кислота, Р=1,1 мл/мин

Кислоты: 1 - фосфорная, 2 - хлорогеновая, 3 - уксусная, 4 - глугаровая, 5 - адипиновая, 6 - валериановая, 7 - гиппуровая, 8 - салициловая, 9 - галловая, 10 - протокатеховая.

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ИЭХ

Такие достоинства метода ИЭХ, как экспрессность, максимально упрощенная пробоподгоговка, широкий выбор элюента, возможность использовать комбинацию методов ИХ и ИЭХ, отделение органических кислот от неорганических, возможность улучшить разделение модификацией подвижной фазы, позволили его применить для качественного и количественного анализа широкого круга реальных объектов. Перечень проанализированных объектов и определяемых в них карбоновых кислот приведен в табл. 6. Хроматограмма крови человека представлена на рис.7.

Таблица 6

Практическое применение метода ИЭХ.

Анализируемые объекты Образцы Определяемые кислоты

Биологические Кровь Моча Экскреты ¿-Кетоглутаровая, пировиноградная, молочная, щавелевоуксусная, янтарная, пропионовая, масляная, изомасляная, валериановая, про-пилвалериановая, капроновая

Пищевые продукты Вина, соки, напитки, напары трав Яблочная, винная, лимонная, молочная, уксусная, аскорбиновая, гиппуровая, другие фенолкарбоновые кислоты

Объекты окомжаюшей среды Природные, сточ ные воды, воздух синтетические и растительные образцы Фумаровая, уксусная, щавелевая, молочная, муравьиная, малоновая, пропионовая

Правильность определения карбоновых кислот в биологических образцах оцени-

вали методом ВЭЖХ. Результаты определения карбоновых кислот в этих образцах представлены в табл.7.

Хроматограммы натуральных вин, полученные в режиме ИЭХ с рефрактометрическим детектированием, приведены на рнс.8.

2

1'

4

и

L

<0 ¡£б зб Ф SO

Рнс.7. Хроматогралша цельной крови человека. Предколонка 6x50 мм Сферой 100 ООО, Разделяющая колонка 8x300 мм Aminex Н, элюент - 2 мМ транс- ¿¿-фешикоричная кислота, F = 0,8 мл/мин, детектор -кондуктометр.

Кислоты: 1 - неорганические, 2 - пировиноградная (150 мг/л), 3 - янтарная (300 мг/л), 4 - уксусная (400 мг/л), 5 - пропионовая (130 мг/л), 6 - изовалериановая (220 мг/л), 7 -

ММ

капроновая (500 мг/л). i

а)

I_а!

¿11

¿3

L

4

-У

W

S

-(2

24 3 6 глИЧ

0 -f 2L 24 36 0

Рис.8. Хроматограммы советского полусладкого шампанского (а) и итальянского полусладкого шампанского "Super Spumante " (б). Предколонка 6x50 мм Сферой 100 000, колонка 8x400 мм Aminex Q, элюент - Н20, Э,5 мл/мин, детектор - дифференциальный рефрактометр, RI 8х. Пики: 1 - сахароза, 2 - глюкоза, 3 - фруктоза, 4 - лактат, 5 - глицерин, 6 - ацетат метанол, 8 - этанол.

F = 7 -

Концентрации органических карбоновых кислот, присутствующих в биологических образцах. Предколонка 6x50 мм Сферой 100 ООО, колонка 8x300 мм Aniinex Н, элюент - 2 мМ транс- ai -фенилкоричная кислота, F = 1,0 мл/мин, V = 100 мкл, детектор -кондуктометр, чувствительность - 30 мкСм.

Образец Кислоты Обнаружено (мг/л) Р = 0,95; п = 5

ИЭХ ВЭЖХ

Кровь артери- неорганические

альная, здорового молочная 101±3 98±3

чел. (разб. 25 раз)

Кровь из гнойной янтарная 300±10 288±9

раны (сепсис пер- уксусная 400±10

вичный), разб. пропионовая 130±4

5 раз изовалериановая 220±7 222±7

капроновая 500±10

пировиноградная 150±5 146i4

Мазок в транс- об-кетоглутаровая 106±3 100±4

портной среде пировиноградная 150±5

(агар-агар) молочная 20±1 20±1

пропионовая 25±1

масляная 22±1

Мазок пировиноградная 200±6 195±7

уксусная 12,1±0,5

Гнойные выделе- молочная 185±5 193±9

ния из раны масляная 110±4

изомасляная 75±3 79±4

гиппуровая 53±2

Таким образом, разработанные методики определения карбоновых кислот в

сложных объектах представляют интерес для медицины и пищевой промышленности.

ВЫВОДЫ

1. Определены времена удерживания более 70 moho-, дикарбоновых кислот и их замещенных (включая окси-, кето- и непредельные кислоты) на 9 сорбентах и 20 элюен-тах. Выявлены основные закономерности удерживания органических карбоновых кислот в условиях одноколоночной ИЭХ с кондуктометрическим детектированием. Установлено, что основной вклад в разделение органических карбоновых кислот вносят Доннановская эксклюзия, гидрофобные взаимодействия и ситовые эффекты.

2. На основании исследования условий разделения органических карбоновых кислот в режиме ИЭХ, предложены новые сорбенты (Dionex, Aminex Н+ 50Wx4, Aminex Q 15S), обеспечивающие селективное и эффективное разделение смесей moho-, дикарбоновых и оксикислот.

3. Показана решающая роль природы кпелоты-элюента в разделении карбоновых кислот в условиях ИЭХ. Выбраны элюенты (транс-(¿-фенилкоричная, дифенилуксусная кислоты, бензоин), обеспечивающие максимальную чувствительность определения органических кислот (имеющие низкую фоновую электропроводность) при применении кондуктометрического детектора.

4. Исследовано влияние различных факторов (состав и рН элюента, природа органического модификатора) на поведение органических карбоновых кислот в режиме ИЭХ. Показано, что введение органического модификатора (5-10 %) в подвижную фазу уменьшает величину молекулярной сорбции сильноудерживаемых кислот. Установлено, что наиболее подходящими для ИЭХ являются сорбенты с низкой степенью сшивки (2-5%), представляющие собой мелкозернистые сферические частицы размером 20-50 мкм.

5. Показана возможность определения методом ИЭХ органических соединений нескольких классов: изомеров монокарбоновых кислот, сильноудерживаемых кислот (длинноцепочечных алифатических и жирноароматических), алифатических и ароматических оксикислот, в том числе желчных н фенолкарбоновых кислот, а также Сахаров с различными системами детектирования (УФ-детектор, рефрактометр, кондуктометр).

6. Определены основные аналитические характеристики ионоэксклюзионного метода определения карбоновых кислот. Диапазон линейности градуировочных графиков -1-2 порядка, предел обнаружения - от десятков до тысячных долей миллиграммов в литре. Методики характеризуются высокой воспроизводимостью результатов анализа

7. Метод ИЭХ применен для определения монокарбонопых, дикарбоновых кислот, их производных, жирноароматических, фенолкарбоновых и желчных кислот в сложных образцах - биологических объектах, винах и напитках, водах и воздухе, в синтетических образцах и объектах растительного происхождения.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Медведь А.Л. Определение фенолкарбоновых кислот в шишках хмеля с применением ионоэксклюзионной хроматографии. // Хмелеводство. 1992. Вып.14. С. 15-19.

2. Иванов A.A., Медведь AJI. Ионная хроматография карбоновых кислот. Определение ароматических кислот. // Журн. аналит. химии. 1993. Т.48. N9. С. 1539-1546.

3. Медведь АЛ., Иванов A.A., Шпнгун O.A. Ионоэксклюзионная хроматография органических кислот. Закономерности удерживания алифатических карбоновых кислот. // Журн. аналит. химии. 1996. Т.51. N10. С.1051-1063.

(Sr < 0,05).