Разработка сорбентов для газо-хроматографического контроля биотехнологических процессов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ им. А. Н. НЕСМЕЯНОВА АКАДЕМИИ НАУК СССР

На правах рукописи

ПОЛАНУЕР Борис Миронович

РАЗРАБОТКА СОРБЕНТОВ ДЛЯ ГАЗО-ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

02.00.03 — органическая химия 02.00.04 — физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва 1991

Работа выполнена в лаборатории химии запаха и вкуса № ститута элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянов АН СССР.

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Р. В. Головня

Официальные оппоненты:

доктор химических наук П. Б. Терентьев кандидат химических наук Л. Д. Белякова

Ведущая организация:

Всесоюзный научно-исследовательский химико-фармацевтич« ский институт.

Защита состоится « марта 1991 г. на заседании специг лизированного Совета К-002.99.02 в ордена Ленина Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова АН ССС] по адресу: 117813, Москва, ул. Вавилова, 28. IО^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова Акад« мии Наук СССР.

Автореферат разослан « » февраля 1991 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат хим. наук

Г. П. Зольников

-1' ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность: развитие Онотехнологии в СССР привело к необходимости создания подходов к контролю

биотвхнологаческих процессов. При этом необходимо решать задачи массового анализа при отборе перспективных штаммов-продуцентов и экспресс- контроля ирн оптимизации условий ферментация и контроле биотезшологичаскш: процессов. Основные требования к аналитическому методикам контроля в биотехнологии, - учитывая объем и характер выполняемой работы - зкспрессность анализа, простота подготовки проб и возможность получения точных количественных результатов.

Для решения этих аналитических задач используют различные методы, среди которых широкое применение нашла газовая хроматография. Ее распространенность обусловлена рядом факторов, в том числа быстротой анализа, доступность!) оборудования, возможностью селективного определения различных низксмолекулярных соединенна в' биологических образцах. Как правило, газо-хроматографические метода используют для анализа веществ в парах или неводных растворах, а биотехнологическиа образцы чаще всего представляют собой водные растворы поляршх веществ. Выделение из них анализируемой фракции увеличивает продолжительность и снижает точность анализа. Для ускорения анализа необходимы сорбенты пригодные для прямого ввода зодных проб. Дальнейшее сокращение времени анализа возиоано зри использовании неподвижных фаз с пошяенноЯ способностью к хисперсионным " взаимодействиям.

¿ельЕ настоящей работы является создание новых сорбентов,

пригодных для прямого ввода водных проб к анализа при низких ' температурах колоша;, оценка свойств иследуемых сорбентов с термодинамической точки зрения, создание системы колонок для определения полярных веществ в водных растворах и разработка методик анализа образцов ферментационных растворов с использованием этих сорбентов.

Научная новизна работы заключается в том что с ходе ее выполнения Оылг проведена количественная оценка способности неорганических Ееществ:едкого кали, тринарЖЗосфата и фторида калия к специфическим взаимодействиям с сорбатами . исследована пригодность расплава кристаллогидратов, фторида калия и тринэтрлйфосфата в качестве непсдвккшх фаз для определения полярных веществ в водных растворах методом газовой хроматографии . Установлено," что кристаллогидрат фторида кзлия является непододаоя фазой с уникально шзкой способностью к дисперсионным взаимодействиям (&е(сн^)=-450 дг/'молъ) по сравнение с традиционными неподвижными фазами (до (от,) -1400-2200 Дж/моль). Эта его способность была использована для создании экспресс-методик контроля Окотехнологических

процессов. На основании полу чеша данных была предложена система колонок с комбинированными неподвижными фазами, содержаще расплав кристаллогидрата фторида калия I органическую сидкость - сквалан. Тритон Х-305, полиэтиленглпкол! и т.д.. Подобные сорбент такгз пригодны для прямого вводг еодных проб, но отличаются Оольаей селективностью, чем сорбент! с кристаллогидратом фторида калия.

Практическая значимость работа. Разработана серия колонок с неподаиЕшаш фазагш различной полярности, пригодных для определения полярных соединений в водши растворах с цряксш

вводсм проб. С использованием этих колонок раэработанны экспресс-методики определения в ферментационных растворах полярных соединений различных классов (сгшртоз, органических оснований и т.д.)- Разработанные методики были использованы иля проведения скриннинга потенциальных продуцентов различных веществ, контроля потребления субстратов и накопления токсичных соединений е ферментационных растворах. Ряд разработанных методик включен в лабораторные и мштно-промышленные регламенты, в частности, регламент на юлучение натурального красного пигмента(Утвержден 27 шсня 1983 \ ) и регламент на получение искуственного подсластителя зспартзыа (Опытно-проявленный регламент производства

аспаргама С-ПР 54-111-39)

Апробация работы результаты работа докладывались на з и 5 дунайских симпозиумах по хроматографии (Братислава, 1983 г., [лта, 1985 г.), Всесоюзной конференции Технические средства контроля окрукавдэй среда, . качества микробиологической редукции и технических параметров микробиологического интеза" (Кириии, 1Э84 г.), ВсесоБзноЯ конференции "Контроль и правление биогехяологичвекши процессами " (Горький, 1985 г.).

Публикации.Осношов содержание работы изложено в 8 ' татьях.

Структура и объем работы.. Диссертация состоит из ведения, обзора литературы (глава 1), результатов и их Осуждения (главы 2,з>, призеров методик азо-1роматогра<Еического определения полярных соединений в здвых растворах (глава 4), экспериментальной части (глава 5), ¿водов и списка литературы. Работа излояена на 182 границах, содержит 21 рисунок и 24 таблицы. Библиография

вклвчает 152 названия. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1 представляет собой обзор литературы в котором с термодинамической точки зрения критически рассмотрено развитие подходов к оценке полярности сорбентов ь неподвижных фаз используеглн в газовой хроматограф:, сопоставлены различные скалы полярности. Показана малая информативность распространенных вкел, оцзнивапак полярность сорбентов в газовой хроматограйш по одному параметру, связанному с вкладом в удоргкввнае ме галеново го змна в молекулах н.алканоз пли в других гомологкческкг рядах. Рассмотрены толы полярности, ошравдаеся на индекса удерговгяйя серпк тест-ведеств с различны® функциональными группами или связанные с ними параметры, такие, например, как су;»ла индексов серив тест-вецеств. рассмотрены тоже термодинамические пкалы полярности, сснованнне' на характеристиках сорбция отдельных функциональных груш ила серш тест-весеств, квитирующих основные типы надмолекулярных взаимодействий в газовой хроматографии. 'Показаны преимущества шестипараметрической шкалы (ИНЭОС АН СССР) оценивающей полярность неподвижных фаз и сорбентов в газовой хроматографии по даЗфереЕциальшш мольный свободным энергиями сорбции пяти тест-веществ е кетиленового звена.

Глава 2 посвящена исследованию влияния неорганических солей - фторида калия и тринатрийфосфата на характеристики сорбции тест-веществ с различными функциональным грушами при анализе паров и неводных растворов. Свойства этих

солей сравнивали со свойствам? неорганического соединения, часто аспользуемого для обработки сорбентов - едкого кали, доказали, что присутствие зтих солей не влияет на способность зеполярной неподвшяой фазы - гндргровашюго Апиезона l к ,!е:аюлекуляр1шы взаимодействиям с алифатическими углеводородам (ТЯбЛ.1).

Таблица г

. Дифференциальные мольные свободные энергии растворения

летилешвого звена з молекула;: я-алкзнов, ag<ch,), на

ij

•солонках, содеряацкх кон, к? ма0р од и гидарованнй

йшезонсм l при ю о°С.-

Апиезоч L I +

кон KF Na3P04

-AG(CH2) - AG(CH2) - AG(CH?) •

кДж/моль кДж/моль кДж/моль

Гексан 2,27 2,27 2,26

Гептан 2,27 2,30 2,25

Октан 2,26 2,28 2,26

Нонан 2,26 2,29 2,28

Декан 2,27 2,26 2,27

Сочность определения ag(С^) - 40 Дх/моль

Для сопоставления способности фторида калия и сринатрийфосфата к, п-комплексообразовашю в качестве гест-веществ использовали ароматические углеводороды (табл.2). Величины ' ' индексов удеркпвания и дифференциальных

гллънях сзоЗодаих анергий согЗвде ароматических углеводородоь на сравниваемых колонках практически одинакова . На основании атого сделан гывод, что кг, ■ кон и "а3Ро4 к я-кошлексообра зеванию практически неспособны .

Таблила 2

Индекса удерживания, I, и дифференциальные юлите свободные ввергла сорОшш, кДв/коль ароматических угд^ьсдеро-дов на колонках с гидрированным аппезонок* ь, содерсаяах кон, к

е иадро^

Ашезон Ь + Ахшезон ъ

Соединение кои КГ На3Ю 4 I лит .

I -АС I -ДО I -Лб данные

Бензол 6ЕЗ 3,17 6С5 3,20 еаз 3,18 683

Толуол 7 90 5,44 аоо 5,50 £00 5,46 796

р-Ксшюл 900 7,75 £53 7,71 501 7,73 899

Ш-КСПЛОЛ 902 7,78 502 7,76 502 7,77 501

о-Ксилол 926 3,32 924 0,28 325 8,30 926

Существенные отлитая шзду сравниваемыми солями: фториде калия л • трпзатрцйфо сватом проявляется щ газо-хроматограйгеескоы анализе соедснежй, способных спещфпесшш цопюлекулярша взашодействзга с сорСекташ таких ксж органические основания. Индексы удерживания первачЕШ вторичных и третичным аминов на колонках с фторидом калия едкш кади практически одинаковы (табл.3). Ранее показано, ч: энтальпия комдлексообразования первичных и вторичных аминов щелочами составляет 26,4 и 13 кДа/моль, соответственно. Те £

ЕвЛПЕНН ЗЯТЭЛЫПЙ СЛЗДувГ 02ЙДЗТЬ Я ДЛЛ 'ЮУЯДеКСООбрЗЗОЕЗНЯЯ

первичных я --.¡^яиних йчяйоз с фгоргысм. кагил. усхэеозлонэ, что гротячныз агянл но споссСкя к ч.окглогсоооСрээов8Нпа с голоча:-п, слздовлтельзо, сек пэ образуют когалекссо к с з^ордвом кэлая.

ТаС.етца з

Кэдакса удзрсаваког, i, оггангчэсют: ссяовзбхй из колонках с гвдраровахшг. згшзозсч ь, ссд»рг«эта: ясн, кг а пря юо°С.

¿пзззан

Соединение хот.

Пиридин 7 50 7-13 735 31''. 1

Тризтллс-КПЕ 683 686 714 633

:г, к-Диыз тплг5хсил5 •■■'ли! 895 п?5 915 2 ?

Дигропллэ тяляез зза 333 342 •?о

Трипронияа'па! 913 317 323 90

в, н-Дагз гшпзшиЕЯ 1093 105 5 1055 0

н.Гзксплаг.сш 541 ею 334 994

а-иг гдлгэхселс: гш 354 032 924 950

ДЯПр0!шла?гл2 750 749 709 949

деоу тил212н 943 943 973 570

Анилин 970 963 1030 1402

я -"'е тнлзнллип 1063 1051 1036 565

5(ДО(1,, -

гдз лс3 и - энергетический эквивалент единицы индекса, зпраделяемыЗ из д.алкаЕоз.

Вклад в индексы удзр^гзяшя энергии взаииодейстгзи иэрвичных з вгортшп: «алоэ с I з большинства случаев

-а-

Еыае (та£5л.з>. Нами проведена количественная оценка различий меаду тршатрийфосфатом и фторидом калия .в способности к комплексообразованию с органическими основаниями. Эти различия, оцененные энергетически по величинам а(леи) составляют до 1,5 кДа/ыоль.

Дополнительный вклад в удерживание в случае первичных и вторичных аминов объясняется сольцой способностью трлнатрийфосфата к котглексообразованию с донорами протонов. Что касается третичных аминов, то они не .способны к специфическому взаимодействию с фторидом калия'. Дополнительное удерживание некоторых из них мозшо объяснить только их коынлексообразованием с тринатрийфосфатом.

-На примере алкилпиридинов нами оценены термодинамически характеристики взаимодействия третичных органических' оснований с тринатрийфосфатсм. В качества колонки сравнения использовал колонку с гвдированннм Апнезоном .л' и фторидом калия Выполнение изокинестческоро соотношения кецду энтальпией 'з энтропией и .величины изокинетических температур (/з = 374-41?°С свидетельствуют, что удерживание алкшширадинов на этой коланю обусловлено их дисперсионным взаимодействием с сорбентом.-

Таким образом, различия в удернивании алкилпирвдинов на сравниваемых колонках обусловлены их комплексообразованием с тринатрийфосфагом. Термодинамические характеристики вандерваальсового. взаимодействия " алкилпиридинов с тринатрийфосфагом приведены в табл.'4.

Для использованных в качестве тест-веществ алкилпиридинов величины дифференциальной мольной свободной энергии сорбции при 100°С лежат в диапазоне 0,4-0,9 кДж/шль, т.е. все они образуют с тршатрийфосфатом слабые ван-дер-ваальсовы

кс,,ялр,*сообрззов.'»я"!'н (ptfc. i), слзяоз'чтзльиэ гзхзтгсзм

:г: :"0'плзксооСгзговй?гт" с гртшзтзхГгсм п то? т.

таблица 4

Дп£5&рз1эдкэдьшг шльш? свободно рязргпч:, лз, кДз/мояь, зптзлк"?', "Ji, к.1?:/!.гад>, зптрэптд, t¡?. Д'.'/нзль* К вйЕ-дер-вазльсового до действ-Р. э"<лл::ггр:'хп:103 с пя ю ,

рр'т " ti ~ 'tif '„* 'j 'j -') г' — " • ;:. -i f' • \ гс' , t*

¡¡'зокгс?тачзсказ тегазрдту^ы, г'с

°с

u 2 125

129

130 127 12?. 13с 124 130

Взличпнн изскинепггесздтх температур когшлзкссоброзования шсалпяраданов с грянатркифоо?зтс?т находятся в диапазоне L22-i32°C (табл.4). С ростом температуры колонки от 100 до 120°С шфференциальноя мольная свободная энергия ксшлексообразовазня азньсается (табл.4). ГГрг: ютлературах колонка из» 13о°с,

2,0-

2,3-ДИ.-.ЗТЯГТПЗЕ'ДП 2/3

З-ЭТЛ-ЛПИРИГ.-Й! 2 -ирошюттр jJ1?!!

120

0,81 3,33

0,5? 0,12

0,71 q.30

0,33 0,23

0,14 0,11

0,70 о,сп

о,sí 3,23

0,69 0,12

0,41 0,15

100 2 4.30 26 .02 30.75 27.3? 1S.13 30.75 21,2? 23.91 13.20

спощфяескзго взаимодействия алкиллиридинов с

трзнатрийфосфатом не происходит, что приводит к совпадению Ееличш их индексов • удерживания на сравниваемых колонках (таОл.5).

£ Б. ДгеамьЛ 35

30

25

20

15

10

4 6

10 12 14

. кДх/капь

16

Рис.1 Зависимость ыозду энтальпией дн и энтропией ¿в

кошлексообразования десяти алкилпиридннов с тринатрийфосф

2

В

Н

Тзбднца 5

Зависимость индексов удергавгнгя алшгазптщпков от текла-атури анализа з присутствен: тст:нз7ркг>$оо5эга и фторида калпя.

Соединение АП13 30Н L/Ua 3?01 АЛЕЭЗОП L/K?

Т,°С ас 100 120 130 150 80 100 120 130 130

Пиридин еоа 786 7 66 753 763 742 743 756 750 754

2-V.e тшпшрадиы 871 852 836 032 336 319 «2 3 831 «■ззз 836

4-Мз тиллкрлдин 932 909 892 В8б 896 367 372 830 авб 395

з-Этилпиридян 1011 991 977 973 988 ' 956 961 971 975 9Q8

Способность фторида кадия и тризэтрийфсфатэ к заюдекуляряо!ду взгзмоле&ггсзю с оргашпзсклш основаниями :г?нхвалл с использованием паров з негодных растворов эст-еэцзстз. Результата похученнкз при этом позволили на;.! редлстнть ддл ясполъсозапля з газовой хроматографии растворов погуз ешодепенуз фазу - расплав рнсталлогидрата фторяда калия, кр»2н2о (Тс7--42°С) .

СОПОСТаВДЗЕЕЗ СБОЙСТЗ ЭТОЙ ЕЗШДЕИГН0Й фззн СО

зойствгмя традиционных органзческпг фаз и сорбентов, ' с зрмоданамнческоЗ точки зрения позволило выявить зз хецифическоз свойство - пошпзннуя - способность к

жпяекулярдым взагиодеастзнш с сорбагама в условиях газовой эоызтогра£ип. Бз способность к взашаодеэсттгля^ различных типов 3-5 раз ките, чей у органических нзподвшгнюс фаз, расплавов зганических солей и полимерных сорбентов.

При этои удерзлзапна на кр*2нго подчиняется тем гз шзншзрлостян, что н на традздзшак неподЕизшд фазах.

йЕцрагер, запк^ссть вдексов угераглзанйя н-спиртов от порядкового г.су.пра гскологв при Е0°С на этой ьеводаишой фаге описывается уравнениец универсального Biuia:

logra 0,6У93 i »с2б,2q + s3, 72п1-134, 75 íe (ro-ít^totl (1)

е=0,6 е.и.

где г, - порядковый шге», гошлога.

¿далогачьоб уравпенка сало кг® ..одучепо ' для гомологического ряда шрсачныд влшакявсв:

logia 0,5218 I «560,25 + 9 3 ,22П-268, 84 гГ ~ "(г,-,-2 Г"+б~~1 (2)

6-0,5 8.2.

Уравне1шя1-ь того ".:-'.з ei-дэ ОЕГлскьае :сл завяспостъ индекс с в удерзаваБЛЯ гомолоптаскш; рядов солярио: бегств от ir: ез органзческкх взэодояыас фазах. Такт« осрьэох:, герсхтер сорбции на сргая^чоских несодаг^ш фазах -и ' es расплаве" кристаллогидрата ©торгуй какая од:з т; хот г г.

Уникальное свойство ргсплпв;, хсдаста-ЧЕОГЕДрата фхорад калия, заключающееся в &го пониженной ■ способности ¡ дцсперсиошш; взаимодействиям, в сочетании с возможность: прямого ввода водных проб, позволяет рекомендовать его' дл экспресс-анализа полярных соевшенаЗ в водных растворах.

Оценка свойств расплава кристаллогидрата тринатрнЁфосфата, на_ро,«12H-0, (Г =72°С) показала, что os тенге обладает

3 4 г 4 ил.

пониженной способностью к дисперсионный взаиггодапстЕиям (üg{CH2)= 380 ■ Дв/иоль црн ео°С). Б то се время это кристаллогидрат легко дегидратируется' и, как следствие этого его расплав не удобен для использования в качества неподвиз; фазы. В связи с этим основные исследовавая проводили на

Згп'Пиге5

Рис. — Рчзделони? сгяси н. ег~гргсв. Сталг-иэя пол^гча 1С-: ¡.г« 2м. о па Хрсг/осорс1-"1 : а.;, оО-ВП г «он. порвту;-;> колошей 30° С. ! О юсл водюго рпствсра. ГЬасч« 1 - ивтваол. 2 -этанол. 3 - пропанол. 4 - Сутанол.

?! 3

№

\1

Рпс.З. Разделенче смеси органических оетевгл^й . Стальная золовка 1м»3.чм. 10/. кр*2н_о на Хромосорбо и «и, 60-Ю шз, ге?шература холошея БСРС. 10 мил водного раствора. ТЬвсз: 1 ->тала»лт, 2 - пнрадан. 3 - 2- амкяо-2- мвталпропанол-1, 1 - 3.5-да'оталпаридан.

колошсаг с расплавом кристаллогидрата фторида калия в качества ездэдзжхсй фаза. Эти колонки стабильны в интервале тогпауатур 60-1С0°С п удоб:щ при анализе со^д-стнкй различая классов, в том часле спиртов, аминов, эфаров, котоеов. ^¡зд'сзствамп этих колонок являются мягкие условия и мзлос ?.рзш анализа (рис.2,3).

Для r,03iii3EHH селективности при анализе ферментационных растворов кт щийзелш ссрОзнаь:. содэршда раяиав кристаллогидрата фторида кажя к органическую нзподашвус фазу. Яаи: установлено, что сорЗзнтз, лояучаз^ае при нанесении Но твердый носитель органической неподаиквэй фазы и кристаллогидрата фторхда калия, щхтохш для определения пэлярздс сосдяаенкй в водах рзотьорах. Вещества различных классов: углзнздорсда, спирта, afepti, кетош, зкег злгялуэтгся сиг.'лзтрЕЧЕсд пиками (рис 4,5). Ыеклл органическую нзподвкпнус фазу, l:osîo варьдросагь селективность полученных таким образо! сорбентов.

На колонка!, содергадзд оргашкзогуг шподадшу» Фазу к kf*2h2o, всех случаш; наблюдали гадальный порядок выхода гомологов дслярныд соединений - спиртов з аминов (рис.«,5 Зависимость плдоксов удергиваяая, i, п.спиртов от длены углзводородЕой • • цепи такья подчиняется уравненш; универсального вида при всех тешзратурзх аналаза. Е качества щяглзра приведено' уравнение <з> для расчета индексов удзрзивззия п-еппртов на ciaaxaH3/KF*2HgO при тешературе. бо°с.

; los о 1,3749

I =427,36 + 91,20а+еэ740ЁГ - (й-2)2+о71 (3)

£=0,5 o.s.

гдз к - порядкошЗ HCLi3p голэлагз

-/ЗГ-

5 Г1

i i

Р;;с.-¥ Рапяслспие сксск сз!ртсг.. Стпльнол ■ колс;:;:с см*3г.". 2м*г*м. 5й скЕааэяа и 5« .КР^гн^О на инертсне N АТ/. 0,1-0,125 км, температура колонки - 6С°С1 1 мкл водного раствора. Пики: 1-метанол, г - этанол, 3 - изо-лропанол, 4 - терт-Оутанол , 5 - н-шюпансл, 6 - 2-сЗутЕнол, 7 - изо-бутанол, 3 - н-бутанол

' ' ' I ' 111?

го гп

я

"а

1*1

Рис .¿Г Разделение снеси ыетзшзиридинов - Стальная колонка 2м»змм, 5% Тритона Х-305 и 5% кт*2н20 на Инертане n ая, 0,1 -о, 125 ам, температура колонки 80°С. 1 ккл водного раствора. 1ики: 1 - пиридин, г - 2-метилгпгридин, з - 4-метялпкридон, ' 5 - г.б-диметилпиридия, 6 - 3,5- дшетилптатдин, 7 -з,д-диметилпиридин.

Ta'-3&i оЗраэои.', основной вклад в удерааззгае поллрных вегдстз se. сорбенте;:, содэрхледп. оргайх-л-.ааз ¿шодассхнв

фззг е. k&jlu. 1)нэсят дьспзр^уснгш-л

При это'-! способность кссдздоаакзах нвш оз юподаяетых фаз к кзямолеку,щшк взаа^одзйсгвая« оцрсдзляа'лм;. гловек».; оЗразоы, их орг'адлчзсгаза кхшеонток .

Таблица 3.5

• sü'jpve Д'1Чззкиз бу_ль1д-1 e:i г.пгддваовог звено,

¿G(CH2)

Дг/'.смь к энзрге'плзскзз ..^.г^ьздзнты дйщвпсов удзрю^заяя т';сг-;,сд"с?р iG{:} на ко^^^ра^ь::-;:: дсдодашаж ¿ззях, сэдзржада кристаллогидрат фторида кз::;:л

¡Сорбент ígích,) Бензол Бут^-юд-! г-понханок х-астро Пирлдг-ъ'! ! предан !

Сквэлан 2270 14230 I4I20 14820 158-10 16260

Алыезон l 2160 I45SG I3SS0 14730 Ï60IQ 15980

Тритон Х-303 1850 16950 19720 Г'200 22S80 21050

ПЗГ-20 ь 1710 18180 15420 I3VwO IS320 22130

1ШГА 1'650 15030 17920 16250' 16580 18750

вздЕлаш ¿g(ch2) рзссчагаш для пари декан-додекан

Взроятго, в paopaöc-'i'üHBSz наш коьйашроьзашзс Езподазтд фазгд Бзащ;одз£.отвЕ8 сорбзтос осуществляется преклущественно с органической еидкостыс, а кристаллогидрат • фторида калу унЕ&щзруат поверхность к дзлае-т сорбенг более 'гдирофшшкшл".

В глбез 4 расс;,;огреш основные дроблена газо-хролахограЗсчаского опрадьдзния поляршх соединений в

водных растворах, содержащих нелетучие и термолабильные компоненты. Охарактеризоващ наиболее распространенные методы подготовки проб: криоконцентрироЕание, экстракция, сорбция-десорбция. Рассмотрены достоинства и недостатки этих методов. Показано, что в ряде случаев предпочтительно проводить газо-хроматографический анализ с прямим вводом водных проб, ' что позволяет сократить время необходимое для подготовки проб и повысить точность при количественном определении летучих компонентов. Проанализированы сложности, возникающие при прямом вводе водных проб в

гэзо-хромагографическую колонку. Сформулированы требования к методикам экспресс-анализа ферментационных растворов.

Использование разработанных нзуи сорбентов, содержащих б качестве неподвижной фазы расплав кристаллогидрата фтористого калия, позволило разработать аналитические методики /довлетворящие этим требования;.«.- - -

Некоторые примеры . " практического использования

разработанных сорбентов такие- рассмотрены в главе 4. Колонка с кристаллогидратом фторида'калия в ' качестве неподвижной фазы аспользовалась, в - . частности ,' при исследовании потребления

НетаНОЛЭ МеТИЛОТрофНЫМИ МИКрООргаШЗМЙШ НапвепиЫ ро1утогрЬа -

зерспектившми продуцента!® кормового бежа. Были изучены влияние концентрации метанола в ферментационных растворах на достоверность результатов анализа, степень утилизации субстрата I накопления офрмальдегида, подобраны оптимальные условия хранения проб ферментационных растворов. С использованием разработанной методики установлено, что в условиях недостаточной аэрации кеталотрофы способш утилизировать формальдегид как основной источник углерода а превращать его

Б ^этанол. Ыэгодика обеспзчнвала анализ проба за вреид а» прсвыпащее 2 . сз и давала . возмоаность прсакглазкравггь до юс проб е день, т.е. пригодна для иассового анализа.

Колонку с расплавом кристаллогидрата фторида калил мы использовала такаэ при исследовании накопления индола в фзриакэдаошзз: растворах микроорганизмов е.coli и Bacillus eabtiiio. Разработка подобной мгтодикн особенно актуальна з связи с jeu что индол, образушийся при бгосштэзе везамзнгшЕ зкшюквслоти триптофана, является токсичны:,*» соедаззнпзм с отрадахельнзш органолагяхчзскайа характеристиками.

Разработанная каш методика позволяет' проводить определение индола и 5-\:зтилиадола (скатола; при темпера1уре колонки so°c за время не цревадавдвь ? ыш, включая подготовку пробы.

Ряд аналитических методик разработали такав с использованием коибшнрованных неподвккшх фаз, содер^асзз: кристаллогидрат ©тордца калия и -органическую нададкЕзую фазу.

При поысзи этих сорбентов, в частности, разработал; ь'зтодикн одредзлення осгаточша растБорнтелзЁ: - мзтазола и изс -пропанолз в искуствзнноы подсластителе - зСпартак (мзтал-аспарагзл-фенилаланиЕ) и 'субстратах, смюльзуешх дл; его биосинтеза. В сзлзи с низкой концентрацией остаточвк: растворителей необходимы были сорбенты, обеспечнвашиз вво, проб, содегсацЕХ до 50% Еелатучзх термолабильных соединений Использование сорбента, содержащего кристаллогидрат фторид калия и сквалаа позволило услзишо рашхть эгу .задачу. Анзлг проводили при теипзратуро колонки 50°С, что обеспечивал стабильность нелетучих: создзнешга. Обдаз вреия анализа вкыяая падготогцсу пробы нз превызало 4 гпз. Прл есхюльзовзни

:р&дколонки, аналитическая колонка сохраняла стабильность более толуголэ. Разработанные методики бвлл вкдяче-ля в сгштпо-Зрошжленный регламент получения еспартзнз.

Сорбент, содержащий Тритон Х-зоз и кристаллогидрат Етгорида калил использовали для исследования накопления летучих эрганкчсских растворителей: ацетона, эткнолэ, пропанола, 'утзнола различны:® клонами рода Clostridium, полученными из spoO почва зоны Чернобыля. Анализ проводила: при температуре солонки 60°С, подготовка пробы к::мочала одну' стадию уд&яенля 5иомассы центрифугированием или фильтрованием,

'азргботанная нами экспресс-методика дозволяла щободйть анздис $а время не прегдаагкее б «ян (рз:.б), включая подтсюЕку

»кс.б.Хроматограыш ферментационных растворов клонами Clostridium. Колонка Тритон X-305/kf*2h2o, so°c, Пеки: I - ацетон, 2 -этанол, 3 - иэо-лрспанол, 4 - бутанол, время анализа - 2,5 мин-

Гот кз сорбент использовали при разработке методики контроля накопления кадаверина а, 5-пеягамегилендиамишз) б процесса получения незаменимой кислоты L-лизина. Образоезниэ вдсокотоксичяого кадаверина свидетельствует о загрязнзнии культура микроорганизмом Bacillus cadaveria И, КЭК ПраВИЛО, приводит к необходимости прекращения процесса ферментации. Обычно, при газо-хроматогрзфическом анализе диамины выдзляют из водного раствора и переводят в летучки анальные производное. Разработанный наш сорбент позволяет избежать этой стадии. При прямом зводе водных проб кадаверин' и его гомолог путресщш на колонке с Тритоном Х-зоб и кристаллогидратом фторида кали . элжкруются гла.метркчшми зонами за время, не превышашее ю кие узка при температуре колонки 8о°С. Обеспечазается простота и экспрессность аналитической методики.

Таким образом продзмонстирована. пригодность

разработанных наш сорбентов для газо-хроматографического контроля биотехнологических процессов на разных стадиях, включая отбор штаммов-продуцентов, оптимизацию условий ферментации, анализ коезчного продукта. Разработанные ветодики обеспечивают быстроту проведения анализа и упрощают подготовку проб.

Экспериментальная часть работы излонаны в главе ■ 5 Описано оборудование использованное в ходе выполнения работы, подготовка сорбентов к колонок, условия проведения газо-хромаографкческого анализа, условия ферментации .' Изложз: разработанные нами аналитические ыетодаки.

авода

1 .Проведено сопоставление различных шкал, используемых для денки полярности стационарных фаз и сорбентов в эзовой хроматографии. Показана малая информативность шкал, снсеешшх на параметрах сорбции метилепосого звена в .аахвиах нлп з других гсшлогаческпх рядах и недостаточная ¿1ор.ма'лгЕпость ойцощжеятой пкаш. Как-Рейнольдса. Показано го наиболее лнфорлатЕШОй для оценка полярности сорбонтоз зляется териодянакичзсквя гкэла, разработанная з ИНЭОС АН СССР основанная на взлнчккэх деЭйерскцгадша дольше сгободж. :ерпй* сорбции серки тест-ведость, ясягарукцЕХ основные типы ээяуодеЗстшЛ сер5зг-сор5ект. £1кзл& ' оаергстическад

евнвалеятов яяаексов удгргззнгя . тзст-бзсзсгз ¿(5(1/ зко.мзедозпзз для сценки сел^г.тнвноетл сорбентов.

2. Проведена тер: :одшгамкче скал оценка различай в юссбности безводных неорганически . солз2 к? и ка^ро^ к хецгБаческому вззк-одействиз с органически® оспсв&шгох в :ловиях газо-знидкостнсй хроматографии. Установлено, что юсобность 'иа3Ро4к ксмплексообревовэшю с первичными и горячшет сазами сопоставима со споссСпсстью кг. -'В отличие от гарида калия трщатрийфосфат способен такнэ к образования >порно-акцептсркых ко-ллексов с треляншет оминомн - донорагли вктронов.

3.На основании нзокинетической зависимости ¡риодинамических характеристик комплексообразовавия шипшридинов с трипа триЩосфа том проведено определение ¡рхнего температурного предела существования подобных >норно-акцепторных комплексов. Разработан способ групповой

-22- ' ■ " идентификаций алкилшридинов в смесях с углеводородам с использованием температурного предела комплексообразования.

6. РасплаЕК кристаллогидратов фторида калия I тринатрийфссфата Епервые использованы з качестве неподвикнш фаз. Установлено, что по , сорбционным свойствам они резке отличается от безводных солей. Оценена полярность расплавг кристаллогидрата фторида кадия как неподвижной • фазы. Установлена его уникально низкая способность к диспзрсиэнши взаимодействиям с • н-алканзки, аминами, н-алханолами, альдегидами, кетонами. На основе расплавов солей разработа! новый тип колонок для экспресс-анализа полярных веществ I водных растворах.

б. Предложены сорбенты нового типа, "позволяющие анализировать полярные вешества ' в водных растворах. Термодинамически охарактеризованы их свойства .

7.Разработаны экспресс-методы анализа спиртов и аминов I водных растворах, эффективность которых продемонстрирована не примере контроля биотехнологических процессов: •

-определения метанола в субстратах для , ферментного синтеза искуственного подсластителя - аспартаыа

-определения'перспективных ■ продуцентов для получения био технологическими методами органических растворителей: ацетона, изо-пропанола, бутанола

' -определния индола в ферментационных . растворах цикроогранизмов' - продуцентов незаменимой аминокислоты триптофана.

-определения следовых количеств кадавериЕа

(1,4-дааминобутана) в ферментационных растворах

шамаов-продуцвнгоз незаменимой аминокислоты - лизина.

-исследования кинетики потребления метанола ЮТИЛО rpOjHH-

ffl ДрОЕКЭМИ Hansenuls polymorpha;

Основные результаты диссертации изложении з следующих

>аботах:

..Thermodynamic distinction in donor-acceptor interactions of organic bases with KF and Ma3P04 on hydrogenated Apiezon columns / R.V.Golovnya,I.L.Zhuravleva B.i'.Polanuer // J.Chrorr.atogr. 1984 286 79-90

. Хсмплекзосбразовакне алкнлшгридннов с ка3?о4 в условиях газовой хроматография / ?.В.Головня., И.Л.НУравлева , Б.Ы.Полануер //.Изв.АН СССР.Сер.хим.., 19S4 , nii, 2437

. Gas chromatographic determination of the temperature limit of alkylpyririine-trisodiuir. phosphate complex ■formation and its use in. identification / B.!i .Polanuer, I.L.Zhuravleva, R.V.Golovnya J.Chromatogr., 1906, 365 399-404

. Использование гззо-громатографическсго котода да зкслресс-знэлизэ мзтэнола в культуральной жидкости / Б.М.Долзнуер.' Н.З.Базв, В.К.Гордеев и Биотехнология

19S6, 5, 121-123,

. Тазо-хрсмэтогрзфзческоэ определение пздолн в фбркгнтацпоншх растворах / Б.М.Полануср, М.Й.Туркоз, В.К.Гордеев // Биотехнология isbs, з, 121-123,

. Кристаллогидрат фторида калия как новая стационарная fj-эза для газохрома тогрэфт-юского а зализа водвнх растворов полярпкх вешзств /Б.М.Полануер, Р.В.Головня, И.Л.Луравлевэ, В.К.Гордеев// Изв. АН СССР.Сзр.ХИ?^.., 1S87 ,К2, 34В-352

Thermodynamic evaluation 'of tha internolecular interactions of pctassiun fluoride crystal.hydrate in gas chromatography

/R.V.Golovnya,B.M.Polanuer // Chromatographia 1989 28 N3/4, 179-182

B Comparison of methods for the determination of polarity and selectivity of stationary phases in gas chromatography from thermodynamic point of view./R.v.Golovnya,B.M.Polanuer // J.Chromatogr. 1990, 517 51-56