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

Полануер, Борис Миронович АВТОР
кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ
1991 ГОД ЗАЩИТЫ
   
02.00.03 КОД ВАК РФ
Автореферат по химии на тему «Разработка сорбентов для газо-хроматографического контроля биотехнологических процессов»
 
Автореферат диссертации на тему "Разработка сорбентов для газо-хроматографического контроля биотехнологических процессов"

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

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