Синтез и исследование хроматографических свойств монолитных полиметакрилатных материалов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

На правах рукописи

Матусова Софья Михайловна

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОНОЛИТНЫХ ПОЛИМЕТАКРИЛАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

02.00.02 - аналитическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва 2008

Работа выполнена на кафедре аналитической химии Химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель:

доктор химических наук, член-корреспондент РАН, Шпигуй Олег Алексеевич

профессор

Официальные оппоненты.

доктор химических наук

Курганов Александр Александрович

Институт нефтехимического синтеза имени A.B. Топчиева РАН, г. Москва

Ведущая организация:

доктор химических наук

Формаповскпй Андрей Альфредович

Институт биоорганического синтеза имени М.М. Шемякина и 10.А. Овчинникова РАН, г. Москва

Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН, г. Москва

Защита состоится 24 декабря 2008 г. в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.88 по химическим наукам при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр.3, МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет, аудитория 344.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан 20 ноября 2008 г. Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук Торочешникова И.И.

Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Научная идея синтеза макропористых монолитных материалов для жидкостной хроматографии, предложенная в конце 80-х - начале 90-х годов, превратилась в мощный инструмент производства современных высокоэффективных сорбентов. В настоящее время монолитные стационарные фазы успешно применяются в скоростных процессах хроматографического разделения биологических (макро)молекул, в конструкциях современных ферментных реакторов, а также при осуществлении других процессов, основанных на динамическом межфазовом распределении вещества.

Использование макропористых монолитных сорбентов несет ряд существенных преимуществ по сравнению с применением традиционных наполненных колонок. В первую очередь, это особенности механизма внутрппорового массообмена, управляемого конвекцией потока, а не традиционной для хроматографии молекулярной диффузией, лимитирующей время разделительного процесса. В случае монолитных стационарных фаз оказалось возможным использование высоких скоростей потока элюента, что, соответственно, привело к резкому снижению оперативного времени анализа. Несмотря на большие успехи использования монолитов при анализе различных биологических обьектов, на данном этапе развития метода возникает ощутимая необходимость расширения его возможностей. Например, разработка эффективных и высокоселективных методов разделения органических и неорганических ионов определенно требует создания и оптимизации подобных стационарных фаз. Очевидно, что решение такой проблемы, в первую очередь, потребует значительной перестройки поровой структуры уже известных материалов с целью контролируемого изменения размеров пор и адсорбционной поверхности. В связи с этим необходимо заметить, что, несмотря на огромное количество публикаций в данной области, в открытой литературе практически отсутствуют данные по разработке алгоритма вариации поровой структуры в зависимости от условий получения сорбента.

В настоящее время распространение получили капиллярные монолитные колонки и дисковые монолитные материалы, используемые для разделения биологических макромолекул. В литературе подробно описано влияние условий получения монолитов на их свойства. Тем не менее, актуальной и малоизученной остается проблема разделения малых органических молекул и ионов на монолитных полимерных колонках с размерами, типичными для современной ВЭЖХ.

Цель работы состояла: в разработке принципов контролируемого формирования гомогенной поровой структуры монолитных полиметакрилатных материалов в колонках для

жидкостной хроматографии; в создании монолитных сорбентов с оптимальными гидродинамическими свойствами, селективностью и эффективностью для разделения малых органических молекул и ионов.

Достижение поставленной цели предусматривало решение следующих задач:

• изучение влияния условий полимеризации: температуры, природы порогенов, состава смеси мономеров и геометрии колонок на свойства монолитных материалов;

• изучение влияния природы функциональной группы на свойства апионообмеиников, полученных как методом аминирования моиолитной матрицы, так и путем введения соответствующих мономеров в полимеризационную смесь;

• поиск путей повышения гидрофобности монолитов для обращенно-фазовой хроматографии посредством добавления в реакционную смесь новых гидрофобных функциональных групп и создания сорбентов на основе тройных сополимеров;

• изучение хроматографического поведения полученных сорбентов в вариантах ионной и обращенно-фазовой хроматографии, определение областей их практического применения;

• оценка воспроизводимости хроматографпческих свойств синтезированных сорбентов. Научная новизна. Разработаны принципы контролируемого формирования

гомогенной поровой структуры монолитных полиметакрилатных материалов колоночного типа.

Предложены новые подходы к получению монолитов для ионной хроматографии, заключающиеся в добавлении в полимеризационную смесь соответствующих мономеров, содержащих необходимые функциональные группы, на стадии синтеза монолита.

Показано, что небольшое добавление мономеров, содержащих длинные алкильные радикалы в эфирной группе, позволяет значительно увеличить эффективность разделения при сохранении селективности и гидродинамических свойств монолитных макропористых материалов.

Показано, что для описания экспериментальных данных на монолитных сорбентах применимы вытеснительные модели Скотта-Кучеры и Снайдера-Сочевинского.

Показано, что уменьшения неионообменных взаимодействий поляризуемых анионов с матрицей ионообменника можно добиться введением аминогруппы на стадии полимеризации.

Практическая значимость. Получен ряд монолитных сорбентов для вариантов ионной и обращенно-фазовой хроматографии. Полученные сорбенты характеризуются различными гидродинамическими свойствами, емкостью, селективностью и эффективностью.

Максимальная эффективность разделения составила примерно 35000 тт/м для монолита на основе н-бутилметакрилата с добавкой лаурилметакрнлата в реакционную смесь.

Проведенное сравнение хроматографнческих свойств монолитных и коммерчески доступных сорбентов на основе спликагеля показало, что использование полученных монолитов позволяет сократить время анализа и снизить давление в хроматографической системе.

Анионообменники, характеризующиеся высоким сродством к поляризуемым анионам, использованы для количественного определения ионов методом «введено-найдено».

Показано, что полученные монолитные сорбенты могут быть использованы для анализа реальных объектов.

IIa защиту выносятся следующие положения:

• результаты изучения влияния условии полимеризации и геометрии колонок на структуру и хроматографичеекпе свойства монолитных материалов как для ионной, так и для обращенно-фазовой ВЭЖХ;

• новые подходы к повышению эффективности монолитных материалов колоночного типа;

• применимость вытеснительных моделей Скотта-Кучеры и Снайдера-Сочевинского для описания экспериментальных данных на монолитных сорбентах;

• результаты изучения влияния природы функциональной группы и природы использованных мономеров на гидродинамические свойства, эффективность и селективность разделения;

• данные по практическому применению полученных монолитов для анализа. Данная работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 07-03-00975-а).

Автор выражает искреннюю благодарность И.А. Дьячкову за постоянное внимание, поддержку, помощь в работе и обсуждении результатов, а также A.B. Пирогову, А.Д. Смоленкову, A.A. Бендрышеву (аналитический центр МГУ), В.М. Сенявину (кафедра физической химии МГУ), A.A. Малинкину (кафедра ВМС МГУ), Б.Я. Спивакову и Д.А. Трофимову (ГЕОХИ РАН, Москва), Е. Шмаровой (Объединенный центр исследований и разработок, Москва) за помощь при выполнении данной работы на разных её этапах.

Отдельное спасибо моим «научным родителям» докторам химических наук Т.Б. Тенннковой (Институт высокомолекулярных соединений РАН, Санкт-Петербург), O.A. Шпигуну, |Г.Д. Брыкипой) и моей семье за неоценимую помощь и постоянную душевную поддержку.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на X Международной конференции «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии» (Москва, 2006), Международном конгрессе по аналитическим наукам (Москва, 2006), Международных молодежных конференциях ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика» (Москва, 2006-2008), Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, 2007-2008), Всероссийском симпозиуме «Хроматография в химическом анализе и физико-химических исследованиях» (Москва, 2007), II Всероссийской конференции «Аналитика России» с международным участием (Краснодар, 2007), IV Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2008), Всероссийском симпозиуме «Хроматография и хромато-масс-спектрометрия» (Москва, 2008), III школе «Монолитные технологии для бнохроматографии, биоконверсии и твердофазного синтеза» (Словения, 2008), внутренних докладах и научных коллоквиумах лаборатории хроматографии кафедры аналитической химии МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, среди них

3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 2 статьи в сборниках трудов и 10 тезисов докладов на российских и международных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора,

4 глав экспериментальной части, общих выводов и списка цитируемой литературы. Материал изложен на 157 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 28 таблиц, в списке цитируемой литературы 127 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы

Систематизированы сведения о методах синтеза монолитных материалов, включая синтез монолитных колонок на основе полиметакрилатов. Рассмотрено влияние условий получения на основные характеристики монолитного материала, его морфологию и гидродинамические свойства. Описаны применяемые способы модифицирования монолитных сорбентов, содержащих эпоксидные группы. Рассмотрены некоторые наиболее важные области применения монолитов в хроматографическом анализе (газовая, обращенно-фазовая, капиллярная и ионная хроматографии) малых молекул, ионов и биомолекул и методы их концентрирования.

Экспериментальная чаешь

Монолиты получалм непосредственно в стеклянных колонках размером 3x150 мм, в пластиковых контейнерах и колонках из нержавеющей стали размером 10x50 мм, 4,6x50 мм, 2x50 мм, 3x4 мм. При хроматографированни стеклянные колонки помещали в металлический кожух из нержавеющей стали.

Для синтеза монолитных материалов in situ использовали мономеры: метилметпкрилат (ММА), этилметакрилат (ЭМА), н-бутилметакрилат (нБМА), третбутнлметакрплат (тБМА), октилметакрилат (ОМА), лаурилметакрилат (J1MA), глицидилметакрилат (ГМА), диметилампнэтнлметакрилат (ДМАЭМА), 2-гидрокси-этплметакрилат (ГЭМА) (все Sigma-Aldrich GmbH, Германия); в качестве сшивающего агента - этиленгликольдиметакрилат (ЭДМА) (Sigma-Aldrich GmbH, Германия); инициатор -2,2'-азо-бпс-изобутиронитрил (АИБН) (Merck, Германия); порогены: додеканол (ДДЛ), циклогексанол (ЦГЛ), бутандиол-1,4 (БДЛ) (все Sigma-Aldrich GmbH, Германия), н-пропанол (ППЛ) (Реахим, Россия) (все х.ч.). Для модифицирования монолитов использовали аммиак (водный раствор 25%, Реахим, Россия), диэтиламин (ДЭА), триметиламин (ТМА) (Sigma-Aldrich GmbH, Германия) (все х.ч.). Процентные соотношения компонентов в реакционной смеси варьировали в ходе эксперимента.

Растворение инициатора в смеси мономеров и дегазацию проводили в УЗ ванне «Сапфир» (Россия). Термостатирование образцов осуществляли в термостате Memmert WBU-45 (Германия). Промывку монолитных столбиков из пластиковых контейнеров и изучение сорбции на монолитах в статических условиях проводили на шейкере Heidolph Unimax 2010 (Heidolph, Германия). Промывание колонок проводили на хроматографическом насосе Shimadzu LC 6А (Shimadzu Corp, Kyoto, Япония). Морфологическую структуру полученных образцов монолита исследовали методами сканирующей электронной микроскопии (JSM-6700F, Япония) и интрузионной ртутной порометрии (порознметр PASCAL 440, Tliermoquest Italia, Италия). Содержание эпоксидных групп полимера определяли методом ИК-спектроскопин (ИК-Фурье спектрометр Tensor 27, Bruker, Германия).

Хроматографические свойства монолитных сорбентов изучали при помощи хроматографических систем Agilent 1100 Series (Agilent Technologies, Германия), Shimadzu PIA 1000 (Shimadzu Corp, Kyoto, Япония), микроколоночного жидкостного хроматографа «Милихром 4» (Научприбор, Россия) со спектрофотометрическими детекторами и «Стайер» (Аквилон, Россия) с кондуктометрическим детектором и мембранным подавителем фонового сигнала. Объем вводимой пробы варьировали от 1 до 100 мкл.

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ КОНТРОЛИРУЕМОГО СИНТЕЗА МОНОЛИТНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В представленной работе детально исследовано влияние условий полимеризации, а именно, соотношения мономеров и порогенов в реакционной смеси, а также температуры и геометрии колонки на поровую структуру модельного сополимера ГМА-ЭДМА с целыо разработки алгоритма получения хроматографического сорбента с контролируемыми свойствами.

Влияние реакционных условий на структуру получаемого монолита Параметры, варьируемые на стадии приготовления полимерной смеси, приведены в табл. 1. По данным ртутной порометрии и СЭМ показано, что увеличение доли сшивающего агента (ЭДМА) приводит к возрастанию «плотности» полученных полимерных продуктов и, соответственно, к увеличению поверхности сорбента (уменьшению среднего размера пор). В то же время, высокие степени сшивки приводят к появлению на поверхности пористого полимера практически непроницаемых закрытопористых участков, что негативно сказывается на его гидродинамических свойствах. При использовании в качестве порогенов смеси додеканол -циклогексанол установлено, что при увеличении доли последнего размер макропор существенно уменьшается при соответствующем увеличении внутренней площади поверхности монолита.

Таблица 1. Параметры, варьируемые на стадии приготовления полимера

Мополнт Массовая доля, % Содержание эпоксмгрупп, ммоль/г

ГМА ЭДМА цгл дцл

в-бО-Ю 24 16 54 6 4,2

0-50-10 20 20 54 6 3,5

0-25-Ю 10 30 54 6 1,8

0-60-17 24 16 50 10 4,2

в-бО-О 24 16 60 0 4,2

в-бО-ЗО 24 16 42 18 4,2

0-60-40 24 16 36 24 4,2

0-60-50 24 16 30 30 4,2

Примечание: символ в обозначает глицидилметакрилат, а соответствующее первое число - его процентное содержание в смеси мономеров; второе число обозначает процентное содержание додеканола в смеси порогенов. Концентрация инициатора (АИБН) - 1 % масс, от смеси мономеров. Температура полимеризации 55, 60, 70"С, 12 ч.

В табл. 2 представлены данные анализа образцов методом ртутной порометрии. Количественно показано, что с увеличением температуры полимеризации наблюдается уменьшение среднего размера пор.

На основании данных двух методов были выбраны условия полимеризации, необходимые для получения материала с размером пор, достаточным для незатрудненного протекания жидкости при низком давлении, а также - с высокой удельной поверхностью пор. При этом соотношение мономеров ГМА-ЭДМА составляло 6:4, а соотношение порогенов ЦГЛ-ДДЛ 9:1, Т=55°С, 12 ч. Полученные результаты использованы для направленного синтеза монолитных материалов с заданными свойствами в колонках различной геометрии.

Таблица 2. Данные метода ртутной порометрии свойств пор полимеров, полученных при разной температуре полимеризации____

№ Температура полимеризации -время полимеризации Объем нор, мкл/г Площадь поверхности, м2/г Средний диаметр пор, нм Общая пористость, %

1 Линейный градиент 20—>55°С 30 мин, 55°С- 12 ч 830±80 18±2 350±40 60±3

2 55°С- 12 ч 850±80 20±2 230±20 60±3

3 Линейный градиент 20—>60°С 30 мин, 60°С-9ч т±90 25±3 150±10 60±3

4 60°С-9ч 950±90 46±5 110±10 60±3

5 Линейный градиент 20—>70°С 30 мин, 70°С -7ч 990±90 74±7 40±10 60±3

6 70°С -7ч 890±90 71±7 40±10 60±3

На рис. 1 приведены зависимости давления от объемной скорости потока подвижной фазы (вода). Все зависимости имеют линейный характер в широком диапазоне скоростей.

В ходе работы было исследовано влияние геометрии колонки на пористость монолита. Установлено, что для сорбента, синтезированного в колонке 10x50 мм, профиль пористости шире, чем в колонках 4,6x50 мм и 2x50 мм. Это свидетельствует об увеличении негомогенности структуры с увеличением диаметра колонки. Такое явление может наблюдаться в емкостях большого размера из-за неравномерного распределения тепла по диаметру колонки, юо Р, бар

1- Зависимости давления (р, бар) от скорости (V, мл/мин) потока подвижной фазы. Колонки 4,6x50 мм, элюент Н^О.

у, мл/мин

Химическая и механическая устойчивости монолитных сорбентов

Установлено, что монолитные материалы на основе сополимера ГМА-ЭДМА проявляют химическую устойчивость как в кислых, так и щелочных средах (рН 3-12). После работы с агрессивными средами давление на входе в колонку и времена элюирования соединений в пределах доверительного интервала не изменялись. Также монолитные сорбенты оказались стойкими к различным органическим растворителям (ацетонитрил, этанол, метанол, бензол, ацетон).

Отметим также, что даже при рабочем давлении до 250 бар монолитный сорбент проявляет механическую прочность. Вымывания осколков монолита с подвижной фазой не наблюдалось. Образцы сколов монолитов до и после хроматографирования были исследованы методом сканирующей электронной микроскопии. Изменения в структуре сорбента не наблюдалось, что позволило нам сделать вывод о механической устойчивости монолита при высоком давлении.

Получение аниопообменника и изучение его хроматографических свойств

Для придания анионообменных свойств полученные колонки были химически модифицированы аммиаком, ДЭА, ТМА. Сорбент модифицировали как в статических, так и динамических условиях. Ионную емкость определяли хроматографически и по относительному уменьшению количества эпоксидных групп при модифицировании.

Были построены кривые конверсии эпоксидных групп аминогруппами, подобраны условия модифицирования в колонках. Однако при непосредственном динамическом модифицировании аммиаком и ДЭА не удалось получить анионообменпый монолит. Все ионные соединения не удерживались на колонке и выходили с мертвым временем.

Изучению свойств монолитов (в том числе хроматографии), полученных с использованием ТМА и ДМАЭМА, посвящен следующий раздел.

МОНОЛИТНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕТАКРИЛАТНОЙ МАТРИЦЫ

Получение анионообменных монолатных сорбентов

Анионообменные монолитные колонки можно получать двумя основными способами:

1. введением анионообменной группы на стадии синтеза;

2. путем химического модифицирования монолитной матрицы.

В табл. 3 представлены условия синтеза и рассчитанные значения ионообменной емкости (в мкэкв по БО^- группе на 1 г сухого сорбента) для монолитного аниопообменника

на основе сополимера ДМАЭМА-ГЭМА-ЭДМА, в табл. 4 - для монолита ГМА-ЭДМА, модифицированного триметнлампном.

Таблица 3. Параметры, варьируемые на стадии приготовления монолита

Монолит Состав реакционной смссн, % об. Ионная емкость, мкэкв/г

РЭМА ЭДМА ДМАЭМА ддл цгл

1 10,0 26,7 3,3 50,0 10,0 102±9

2 10,7 26,7 2,7 50,0 10,0 80±7

3 11,3 26,7 2,0 50,0 10,0 62±5

4 11,7 26,7 1,7 50,0 10,0 48±5

5 12,3 26,7 1,0 50,0 10,0 31±4

6 12,7 26,7 0,7 50,0 10,0 20±3

7 13,0 26,7 0,3 50,0 10,0 12±3

Примечание: Инициатор свободно-радикальной полимеризации АПБН концентрации ] % масс, от смеси мономеров; полимеризация при 60°С в течение 22 часов.

Установлено, что долговечность анионообменных монолитов, полученных путем введения аминогруппы на стадии синтеза колонки (табл. 3) выше, чем для образцов из табл. 4 (42 и 20 л объем пропущенной подвижной фазы соответственно). Это можно объяснить частичным вымыванием аминогрупп с поверхности монолитного сорбента.

Таблица 4. Основные параметры ампнирования ГМА-ЭДМА монолита

Монолит Концентрация триметиламнна, % об. рН водного раствора Температура, "С Время синтеза, ч Ионная емкость, мкэкв/г

8а 1 10,5 40 24 18±3

8Ь 1 10,5 60 16 80±7

8с 1 12,0 60 16 110±20

8с1 5 10,5 40 24 96±9

8с 5 10,5 60 16 420±20

8Г 5 12,0 60 16 520±30

а

Примечание: Состав реакционной смеси: ГМА-ЭДМА-ЦГД-ДДЛ (26-14-10-50 % масс.). АИБН концентрации 1 % масс, от смеси мономеров; полимеризация при 60°С в течение 22 часов.

Изучение ионохроматографических свойств монолитных сорбентов Шкалы относительного удерживания неорганических анионов на некоторых изученных монолитных сорбентах приведены на рис. 2 и рис. 3.

Рис. 2. Шкалы селективности ГМА-ЭДМА+ТМА монолита: а (ионная емкость 0,1 мэкв/г), б (ионная емкость 0,4 мэкв/г). асГ - фактор селективности относительно хлорпд-иона. Элюент 1,7 мМ Ыа2СОз + 1,8 мМ НаНСОз.

нсоо

НРО„!- N0,-

сн,соо эо,5 N0," сг

п 1 1 1

сн,соо

ИСОО-ПР042

N0,-

а-

N0,

N0,"

Вг С1-

НРО,г-

ВЮ3-

БОг'

НСОО' С1" ВгОу

СН,СОО",Р НР04г" N0,-1 Вг

нсоо-

сн,соо-, Р

N0,- Вг

НР042" С1-

804:

ВгО,-

Рис. 3. Шкалы селективности ДМАЭМА-ГЭМА-ЭДМА монолитов: 2 (ионная емкость 0,08 мэкв/г), 4 (ионная емкость 0,05 мэкв/г), 6 (ионная емкость 0,02 мэкв/г). ад" - фактор селективности относительно хлорид-иона. Элюент 8 мМ №2С03 + 8 мМ 1МаНС03.

Коэффициенты емкости определяемых неорганических анионов, а также эффективности полученных колонок приведены в табл. 5.

Таблица 5. Коэффициенты емкости определяемых анионов и эффективность изученных монолитных сорбентов (условия хроматоп

Анной Монолит 2 Монолнт 4 Монолит 6 Монолит 8(1 Монолнт 8е

к- N5тт/м к' N1 тт/м К' 14, тт/м к' Л, тт/м к' 14, тт/м

Г 0,92 4200 0,46 2700 0,47 2000 0,42 2800 0,96 4000

СГ 15,38 5500 6,39 3700 2,61 3200 3,44 3200 25,41 4800

нроЛ 4,27 2200 2,62 2000 0,82 1700 0,67 2400 5,98 1500

ВгОз" 1,88 2000 2,62 2100 1,48 1800 - - - -

В г" 22,46 2400 8,60 3000 2,92 3100 3,02 2000 30,55 2300

во/" 21,42 3700 7,42 3000 1,51 2900 1,45 2000 49,75 2500

N03' 19,71 3000 6,58 2400 2,26 2600 2,67 1900 61,94 2400

N02" 17,65 3100 5,69 2100 1,64 2100 1,56 1800 53,35 2200

НСОО" 3,53 4600 1,88 3000 - - 0,54 2800 5,09 4500

СИзСОО" 1,84 5000 0,87 3600 - - 0,42 2900 2,02 4700

Следует отметить, что порядок выхода анионов на полученных сорбентах отличается от традиционного в ионной хроматографии и зависит не только от заряда и размера гидратнрованного иона, но и, по-видимому, от специфического взаимодействия ионов с монолитной матрицей сорбента.

Полученные при разных скоростях элюирования хроматограммы демонстрируют характерные для монолитных стационарных фаз симметричность пиков и независимость эффективности разделения от скорости потока подвижной фазы (рис. 4). Все колонки характеризуются наибольшей эффективностью по хлорид-иону. Наивысшая эффективность (5500 тт/м) достигнута на колонке с монолитным сорбентом 2.

т

uvJl

12 16

Bpi'M», мни

мл/чин P=g (iüii

v=l m.i/miiii [>=1Ч бпр

16 20 24

Itpi'MH, MIHI

Hpi'Mii, мин

10 12 14 16 18 20

6 8 Kl 12 14 16 18 20 Время, MIHI

Рис. 4. Хроматограммы модельных смесей анионов (все 0,5 мМ):

(а) монолит 2. Элюент 8 мМ №1СО.! + 8 мМ ЫаНСОь скорость подачи подвижной фазы 1 мл/мин.

(б) монолит 2. Элюент 8 мМ ^а;СО< + 8 мМ ЫаНС03; скорость подачи подвижной фазы 2 мл/мин.

(в) монолит 8е. Элюент 1,7 мМ КсъСО-, +1,8 мМ Ка1!СО;; скорость подачи подвижной фазы 1 мл/мин.

(г) монолит 8е. Элюепт 1,7 мМ Ыа2СОя + 1,8 мМ N311003; скорость подачи подвижной фазы 2 мл/мин.

Поведение однозарядных ионов

Для выяснения механизма удерживания однозарядных ионов на монолитных ашкжообменнпках на основе двойных и тройных сополимеров были получены зависимости логарифма коэффициента емкости от логарифма концентрации элюента. Все графические зависимости \gk' - Ige для ДМАЭМА-ГЭМА-ЭДМА монолита имеют прямолинейный характер (табл. 6), и для однозарядных анионов тангенс угла наклона равен единице в пределах доверительного интервала, что позволяет говорить о преимущественно ионообменном характере взаимодействий сорбент - аналит. Однако для анионообменника ГМА-ЭДМА+ТМА тангенсы углов наклона прямых не соответствуют отношению зарядов определяемых компонентов и элюирующего аниона, то есть в данном случае можно говорить о существенном вкладе неионообменных взаимодействий в удерживание анионов.

Таблица б. Математические параметры зависимости lg к' - Ige

Анион Уравнение R2 Диапазон линенноети, мМ Sr tea)

Колонка 2, ДМАЭМА-ГЭМА-ЭДМА

F lgr = -l,08igc+ 1,00 0,98 2-20 0,02

НСОО" \gk' = -l,241gc + 1,49 0,97 2-20 0,03

СНзСОО- lg/c' = -l,061gc + 1,57 0,98 2-20 0,04

CI" lg£'= -0,971gc + 2,12 0,99 2-20 0,05

Колонка 8е, ГМА-ЭДМА+ТМА

F" IgA" = -0,67Igc + 0,57 0,98 2-20 0,03

НСОО" lgyt' = -0,891gc+ 1,13 0,97 2-20 0,02

СНзСОО- lg/c' = -0,721gc + 1,23 0,98 2-20 0,04

СГ IgF = -0,66Igc+ 1,79 0,99 2-20 0,05

Примечание: к' - фактор удерживания, с - концентрация элюента, tgCC —-. Условия: колонка 3x150 им,

Ige

элюеит Na;CO; - Na! ICC); (2-20 мМ), кондуктометрическин детектор, скорость потока 1 мл/мин.

Оценка правильности методом введено-найдено

Оценка правильности ионохроматографического определения анионов приведена в табл. 7. При помощи метода «введено-найдено» показано, что синтезированные монолитные материалы ДМАЭМА-ГЭМА-ЭДМА (монолит 2) можно использовать для количественного определения однозарядных ионов.

Таблица 7. Оценка правильности ионохроматографического определения анионов методом «введено-найдено» (п=3, Р=0,95)__

Аннон Введено, мкг/л Найдено, мкг/л «г (С) Введено, мкг/л Найдено, мкг/л Sr (с)

Г 50 53±3 0,02 200 197±15 0,03

НСОО- 50 48±4 0,03 200 204±15 0,03

СН,СОО" 50 50±5 0,04 200 201±20 0,04

er 50 52±6 0,05 200 192±24 0,05

Таким образом, получены новые полиалкнлметакрнлатные монолитные сорбенты, которые обладают хорошей селективностью, эффективностью и высокими гидродинамическими характеристиками. Показано, что структура монолитного сорбента и введение аминогруппы непосредственно в полимерную смесь влияют на хроматографическне параметры полученных сорбентов. Варьирование структуры монолита дает возможность простого синтеза анионообменников с различной селективностью.

ПОЛИАЛКИЛМЕТАКРИЛАТНЫЕ МОНОЛИТНЫЕ КОЛОНКИ ДЛЯ ВЭЖХ

Выбор основных реакционных параметров синтеза

В табл. 8 приведены основные варьируемые параметры. Установлено, что наилучшими гидродинамическими характеристиками обладают монолиты с соотношением порогенов в смеси ЦГЛ-ДДЛ 1:5. Как альтернатива циклогексанолу в смеси порогенов были использованы н-пропанол и бутандиол-1,4, однако это существенно не отразилось на проницаемости получаемых сорбентов. Рассчитанные по уравнению Пуазейля значения эквивалентного размера пор монолитов представлены в табл. 8.

Изучено влияние степени сшивки матрицы на пористость монолитов. Установлено, что оптимальным является мольное соотношение сшивающий агент (ЭДМА) : алкилметакрилат (AMA) = 1,3. Уменьшение содержания ЭДМА приводит к возрастанию подвижности звеньев полимера и как следствие, сильной набухаемости в органических растворителях.

Рис. 5. Микрофотография скола монолита нБМА-ЛМА-ЭДМА (14-0-26%) За.

С целью оценки влияния числа атомов углерода в сложноэфирной части молекулы алкилметакрилатов на свойства сорбентов были синтезированы монолитные материалы состава АМА-ЭДМА. Недостатками монолитов ММА-ЭДМА 1 и ЭМА-ЭДМА 2 являются повышенная хрупкость и неоднородность структуры, подтвержденные пропусканием растворителей при промывке и при изучении гидродинамической проницаемости. Сорбент проседал в колонке, что возможно объяснить двумя факторами: высоким сродством гидрофильных порогенов к молекулам метилметакрилата и этилметакрилата и низкой подвижностью звеньев образующегося полимера. Установлено, что монолиты нБМА-ЭДМА 3 и тБМА-ЭДМА 4 являются подходящими для использования в обращенно-фазовом варианте хроматографии. Данные СЭМ анализа показали, что все синтезированные сорбенты 3 и 4 обладают гомогенной структурой (рис. 5).

Таблица 8. Параметры, варьируемые на стадии приготовления монолита, и его основные

гидродинамические характеристики

Монолит Обозначение Массовая доля, % «эквивалентный» í1 ** мкм Давление***, бар

Мономеры Порогены

AMA ЭДМА ЦГЛ ДДЛ ППЛ ЕДЛ

ММА-ЭДМА 1а 14 26 10 50 - н

Ib 14 26 50 10 - н

1с 14 26 45 15 - н

ЭМА-ЭДМА 2а 14 26 10 50 - н

2Ь 14 26 50 10 - н

нБМА-ЭДМА За 14 26 50 10 1,9 9

ЗЬ 17 26 47,5 9,5 1,3 20

Зс 19 26 45,8 9,2 0,7 60

3<1 14 26 45 15 1,6 12

Зе 14 26 10 50 - д

тБМА-ЭДМА 4а 14 26 10 50 1,9 9

4Ь 20 20 10 50 1,1 27

4с 26 14 10 50 - д

4(1 17 26 9,5 47,5 1,0 30

4е 14 26 50 10 1,8 10

4f 14 26 50 10 1,9 9

4g 14 26 50 10 - д

ОМА-ЭДМА 5а 14 26 10 50 - д

5b 14 26 50 10 - д

5с 14 26 10 50 - н

ЛМА-ЭДМА 6а 14 26 10 50 - д

6Ь 14 26 50 10 - н

бс 14 26 50 10 - д

6(1 14 26 10 50 - н

6с 14 26 25 25 - д

6f 14 26 25 25 - д

«8 14 26 10 50 - н

6h 14 26 50 10 - д

иБМА-ЛМА-ЭДМА 7а 14/3* 26 47,5 9,5 1,1 25

7b 12/5* 26 47,5 0,5 0,7 60

7с 10/7* 26 47,5 9,5 0,5 130

7d 14/3* 23 50 10 - д

7е 14/5* 21 10 50 - д

7f 14/5* 26 45,8 9,2 - д

78 14/3* 23 10 50 0,9 40

тБМА-ЛМА-ЭДМА 8 а 14/3* 26 47,5 9,5 1,7 11

8b 12/5* 26 47,5 9,5 0,8 50

8с 14/3* 23 50 10 - д

Примечание: AMA - алкилметакрилат. Концентрация инициатора (АИБН) - 1 % масс, от смеси мономеров. Температура полимеризации 60°С, 24 ч. * - масс, доля % ЛМА,

** - размер пор, рассчитанный по уравнению Пуазейля,

*** - значение давления на колонке при скорости потока 1 мл/мин в подвижной фазе AH-H20 (1:1), н • неоднородная и хрупкая структура монолита, д - высокое давление на стадии промывки монолита.

С целыо улучшения хроматографическнх характеристик монолитных сорбентов в процессе работы был проведен синтез сорбентов на основе сополимеров ОМА-ЭДМА 5 и ЛМА-ЭДМА 6. При применении выше описанной методики были получены материалы с неоднородностями в виде комков и трещин в монолите, видимых невооруженным глазом. Кроме того, проницаемость данных сорбентов была очень мала (скорости потока 0,01 мл/мин соответствовало давление 80 бар). Было доказано, что ранее описанная методика синтеза не может быть использована при работе с данными мономерами. Известно, что процесс формирования структуры монолитного полимера, в частности, сополимера АМА-ЭДМА, существенно зависит от природы и соотношения в органической фазе термодинамически «плохих» растворителей - порогенов. По всей видимости, высокое сродство порогенов к алкилметакрилатам в составе монолитов ОМА-ЭДМА 5 и ЛМА-ЭДМА 6 приводит к обращению порогенов из «плохих» в «хорошие» растворители п, как следствие, резко снижает долю макропор в структуре монолита. Таким образом, на данном этапе работы сделан вывод о бесперспективности дальнейшего удлинения алкнльного радикала в молекуле алкплметакрплата при сохранении данной методики синтеза.

Для увеличения гидрофобности поверхности, и, как следствие, селективности и эффективности разделения в мономерную смесь вводили третий компонент, характеризующийся большей длиной алкнльного радикала. С этой целыо были получены монолиты АМА-ЭДМА с добавкой ЛМА.

Как выяснилось, монолиты на основе таких тройных сополимеров обладают высокой проницаемостью лишь при небольшой доле ЛМА в реакционной смеси. Из рис. б видно, что увеличение доли ЛМА в реакционной смеси до 5 и 7% делает невозможным использование таких монолитных сорбентов при больших скоростях подачи подвижной фазы вследствие высоких значений давления в хроматографической системе.

250 р, бар Рис. 6. Зависимость давления (р, бар)

4

200 -

1.10

от скорости потока (V, мл/мин) для монолитной колонки 3x150мм, стекло. Элюент АН-Н20 (1:1).

ню

Монолитные колонки нБМА-ЛМА-

50

о

о

5

ЭДМА: 1) (14-0-26%) За, 2) (14-326%) 7а, 3) (12-5-26%) 7Ь, 4) (10-726%) 7с.

Изучение хроматографических свойств

Для определения влияния природы алкилыюго радикала на основные параметры удерживания была предпринята попытка хроматографического разделения бензола и его производных на некоторых из указанных в табл. 8 монолитов.

Основное внимание было уделено исследованию монолитов нБМА-ЭДМА 3, тБМА-ЭДМА 4, нБМА-ЛМА-ЭДМА 7 и тБМА-ЛМА-ЭДМА 8 (см. табл. 9).

Таблица 9. Основные хроматографические параметры разделения на полиалкил-метакрилатных монолитах; колонка 3x150 мм, элюент: АН - НгО (1:1), скорость подачи

Монолит Вещество 1к, мни к' а Коэфф. | асимметрии Л', тт/м

За Фенол 2,09 1,2 - 0,89 2200

Бензол 5,46 5,0 4,17 0,90 3300

Толуол 7,93 7,9 1,58 0,94 3700

Этилбеизол 12,12 12,6 1,59 0,95 4500

4а Фенол 2,17 1,0 - 0,89 4100

Бензол 4,78 3,4 3,40 0,90 4900

Толуол 6,59 5,1 1,50 0,94 5100

Этилбеизол 9,50 7,2 1,41 0,95 5600

7а Фенол 2,29 1,7 - 1,05 6700

Бензол 6,20 5,9 3,47 1,11 7900

Толуол 9,02 9,2 1,56 1,19 8100

Этилбеизол 13,84 14,8 1,61 1,18 8700

7Ь Фенол 0,90 1,0 - 1,08 11600

Бензол 3,14 2,5 2,5 1,19 12400

Толуол 4,04 3,5 1,4 1,20 14800

7с Бензол 3,03 2,3 - 1,00 18500

Толуол 3,95 3,4 1,48 1,00 35100

8а Фенол 2,12 1,4 - 0,90 2000

Бензол 5,23 4,9 3,52 0,88 2800

Толуол 9,13 9,3 1,90 0,73 3100

Этилбензол 13,13 13,8 1,49 0,90 4300

Из шкал селективности, представленных на рис. 7, видно, что с увеличением доли добавки ЛМА селективность разделения существенно не изменяется.

Рис. 7. Шкала селективности по толуолу для монолитных колонок нБМА-ЛМА-ЭДМА: 1) (14-0-26%) За, 2) (14-3-26%) 7а, 3) (12-5-26%) 7Ь, 4) (10-7-26%) 7с. Элюепт АН -Н20 (1:1).

Отметим, что порядок выхода компонентов на монолитных колонках имеет традиционный для обращенно-фазовой ВЭЖХ вид:

фенол (РЬОН) < бензол (РЬН) < толуол (РЬМе) < этплбеизол (РЬЕ1) и объясняется гидрофобным характером взаимодействий молекул разделяемых веществ и неполярной поверхности сорбента. Поскольку гидрофобноеть молекул сорбатов в ряду увеличивается, то удерживание компонентов возрастает.

Для определения эффективности разделения компонентов на исследуемых сорбентах были рассчитаны значения числа теоретических тарелок на метр длины колонки (табл. 9). Хорошая эффективность разделения (до 35000 тт/м) достигается на сорбентах тБМА-ЭДМА 4а и нБМА-ЛМА-ЭДМА 7а-с. На рис. 8 видно, что пики имеют симметричную форму, и, следовательно, изотерма сорбции имеет линейный характер. В группах нБМА-ЭДМА 3 и тБМА-ЛМА-ЭДМА 8 наибольшая эффективность была достигнута для сорбентов категории а. На остальных сорбентах пики соединений несимметричны, характеризуются недостаточной эффективностью (до 1500 тт/м), имеют плечи и размытый фронт, что указывает на выпуклый характер изотермы сорбции.

Рис. 8. Хроматограмма модельной смеси фенола, бензола, толуола и этилбензола. Монолитная колонка тБМА-ЭДМА 4а; элюент АН - Н20 (1:1), длина волны 254 нм, скорость 1 мл/мин, р=9 бар.

Отмстим перспективность применения монолитных сорбентов в высокоскоростных процессах разделения. Так, на рис. 9 приведены хроматограммы тестовой смесн фенола,

РЬН 1 РЬМе 1

РЬОН 1 РЬН 1 РЬМе 1

РЬОН 1 РЬН 1 РЬМе 1 РЬЕ1

РЬОН 1 РЬН 1 РЬМе 1 РЬЕ1 1

РИМс

Прем

бензола, толуола и этнлбензола на колонке нБМА-ЛМА-ЭДМА 7а при скоростях подачи подвижной фазы 1-3 мл/мип. Полученные при разных скоростях элюирования хроматограммы демонстрируют характерные для монолитных стационарных фаз симметричность пиков и независимость эффективности разделения от скорости потока подвижной фазы.

Воспроизводимость хроматографнческих параметров монолитных колонок во времени была изучена на примере разделения модельной смеси урацнла, бензола и толуола. При работе на монолитной колонке нБМА-ЛМА-ЭДМА 7а в течение 7 дией (объем пропущенной подвижной фазы 18 л) хроматографические параметры (в первую очередь времена удерживания компонентов и эффективность разделения) существенно не изменяются. Кроме того, сохраняется порядок выхода компонентов и значение давления на колонке, что свидетельствует о стабильности структуры монолитного сорбента в течение данного периода времени. Воспроизводимость колонок между синтезами сохранялась для монолитов на основе двойных сополимеров и тройного сополимера с добавкой ЛМА 3%. Однако с увеличением доли добавки ЛМА воспроизводимость синтеза колонок падала. Это может быть объяснено образованием хаотичной глобулярной структуры монолита на основе тройных сополимеров, и, как следствие, увеличением дефектов в структуре на стадии синтеза и промывки сорбента. Это подтвердили детальными микроскопическими исследованиями поверхностей и сколов образцов.

июн

¥=| М.1/МНИ

|)=30бар з

у=2 мл/мии р=50 бар

\=3млЛмш р=70 йар

Рис. 9. Хроматограммы модельной смеси фенола, бензола, толуола, этнлбензола, полученные при различных скоростях потока элюента. Монолитная колонка нБМА-ЛМА-ЭДМА 7а; элюент АН - НгО (1:1), длина волны 254 им.

10 12 И 16

Оценка применимости вытеснительных моделей

Для выяснения механизма удерживания бензола и толуола па монолите из водно-ацетонитрильных подвижных фаз была оценена возможность описания экспериментальных данных уравнениями Скотга-Кучеры ¡/к' = А + В<р и Снандсра-Сочсвинского А - '/•/£<?, где к' - коэффициент емкости сорбата, <р - объемная доля модификатора в подвижной фазе, п - отношение площадей молекулы сорбата и наиболее сильно удерживающегося компонента подвижной фазы, А, В- коэффициенты.

Были построены зависимости обратной величины коэффициента емкости от объемной доли ацстоннтрила в подвижной фазе и логарифма коэффициента емкости от логарифма объемной доли ацетоннгрнла (рис. 10).

На удерживание сорбата оказывают влияние не только межмолекулярные взаимодействия с поверхностью адсорбента, но и межмолекулярные взаимодействия в подвижной фазе. Особенно сильно последние проявляются в обращенно-фазовой ВЭЖХ при использовании водно-органических подвижных фаз.

ч а; ад ид п.» I ,05

Рис. 10. Зависимости (а) обратной величины коэффициента емкости {¡/к') от объемной доли ((р) ацетонитрила в подвижной фазе; (б) логарифма коэффициента емкости (/¿/с') от логарифма объемной доли (/£»р) ацетонитрила в подвижной фазе. Колонка нБМА-ЛМА-ЭДМА 7а; температура полимеризации 60°С, 22 ч. Элюент АН - Н20.

Как видно из рис. 10, зависимость 1/к' от объемной доли модификатора линейна только в области небольших значений концентрации ацетонитрила. Межмолекулярные взаимодействия адсорбент - органический модификатор способствуют более резкому уменьшению удерживания сорбата с ростом концентрации модификатора в подвижной фазе. Зависимость 1°к' от линейна в широком диапазоне добавки ацетонитрила в подвижной фазе (см. рис. 10), что свидетельствует о выполнении традиционного для обращенно-фазовой ВЭЖХ механизма удерживания, обусловленного сольвофобными взаимодействиями в подвижной фазе.

Сравнение хроматографических свойств монолитных сорбентов и коммерчески доступных колонок ни основе силикагеля

Для сравнения хроматографических свойств монолитных сорбентов с коммерчески доступными колонками было проведено хроматографированне модельной смеси органических веществ (фенол, бензол, толуол и этилбензол) на монолитной колонке тБМА-ЭДМА 4а и на коммерческой колонке Зупе^-Нуско-ЯР Стя (10 мкм).

При сравнении хроматографических параметров разделения модельной смеси (рис. И и табл. 10) видно, что монолитная колонка уступает коммерческой по значениям эффективности и селективности разделения. Тем не менее, как видно из рис.11, пики компонентов острые и симметричные, полностью разрешены. Кроме того, давление на входе в монолитную колонку тБМА-ЭДМА составляет 9 бар, тогда как при использовании коммерческой колонки Эупе^-Нуско-КР С|8 давление составляет 95 бар.

т

р = 9 бар

jPhOll

Í i;

PhMc

Л

i.

PhEt

\

I °

i JUD

2

рюн

10

p = 95 бар

Рис. 11. Хроматограммы модельной смеси ароматических углеводородов:

(а) монолитная колонка тБМА-ЭДМА 4а, 3x150 мм, стекло;

(б) колонка Зупе^-Нуско-ЯР Си (10 мкм), 4,6x250 мм.

Элюент АН - Н20 (1:1), скорость 1 мл/мни, длина волны 270 им.

Phil

_JL_

PhMe

д Á ! \

PhEt

A

15

Время, мни

20

Согласно паспорту коммерческой колонки Phenonienex Luna Cig 2x150 мм (5 мкм) время удерживания беизппрена при скорости подачи подвижной фазы 0,5 мл/мин и давлении 23 бара составляет 4 минуты. Использование монолитного сорбента тБМА-ЭДМА 4а в качестве неподвижной фазы для разделения позволяет снизить давление в системе до 3 бар при тех же условиях анализа.

Таблица 10. Сравнение хроматографическнх параметров разделения смеси органических веществ на коммерчески доступной колонке (Б) 8упе^1-Нус1го-11Р Сщ (10 мкм), 4,6x250 мм, и (М) монолитной колонке тБМА-ЭДМА 4а; элюент АН - вода (1:1), скорость 1 мл/мин, длина волны 270 им

Компонент к' N, тт/м Ass а

S М S М S М S М

Фенол 1,1 1,0 22800 6500 0,75 0,89 - -

Бензол 6,4 3,4 22200 7600 0,79 0,90 5,82 3,4

Толуол 11,9 5,1 27500 8500 0,86 0,94 1,86 1,5

Эгилбеизол 21,3 7,2 27000 7900 0,81 0,95 1,79 1,41

Таким образом, возможность снижения рабочего давления в хроматографической системе является неоспоримым преимуществом монолитных колонок на основе тБМА-ЭДМА 4а по сравнению с коммерчески доступными колонками па основе енликагеля.

Применение полученных монолитных потшетакрилатных колонок в анализе

Как было рассмотрено выше, монолитный сорбент на основе сополимеров тБМА-ЭДМА 4а можно применять для определения веществ ароматического ряда, природных экотоксикантов, таких как бензппрен, бензол и его производные, с реализацией высокоскоростного процесса хроматографирования.

С использованием той же монолитной стационарной фазы показана возможность определения пищевых консервантов, таких как сорбиновая и бензойная кислоты. Проведено хроматографирование бензойной кислоты и смеси бензойной и сорбиновой кислот. Из рис. 12 видно, что данный монолитный сорбент может быть успешно использован для определения бензойной кислоты в составе газированных напитков.

Содержание бензойной кислоты определяли по градуировочпому графику в пробе «Колокольчик» и методом «введено-найдено» в пробе «Coca-Cola». Уравнение градуировочного графика и основные параметры определения бензойной кислоты приведены в табл. 11.

Анализ показал наличие бензойной кислоты в пробе «Колокольчик» (содержание 110± 15 мг/л, sr (с) = 0,06; ПДК 1,7 г/л) и ее отсутствие в пробе «Coca-Cola», что соответствует паспортным данным образцов.

Таблица 11. Основные характеристики определения бензойной кислоты (n=9, т=3, Р=0,95): (а) проба «Колокольчик», (б) проба «Coca-Cola» а) Г

б)

Вещество Уравнение градуировочного графика R! Нижняя граница определяемых содержании, мг/л Диапазон линейности, MtY.i

Бензойная кислота ■у-0.45 115,57 0,99 20 20-600

Вещество Введено, мг/л Найдено, мг/л Sr (с)

Бензойная кислота 20 20+2 0,03

100 105+8 0,03

150 156+10 0,03

Для оценки эффективности определения бензойной кислоты было проведено хроматографпрование пробы «Колокольчик» при различных скоростях потока подвижной фазы и вычислены соответствующие хроматографические параметры. Из рис. 12 видно, что определение можно провести менее чем за 1 мин, при скорости потока подвижной фазы 4 мл/мпн. Эффективность при этом составила 5000 тт/м.

Бензойная кислота /Ч V = 1 мл/мни р = 16 бар

\ ...../.......................Ь

0 2 3 4 mii

i / Бензойная ч, кислота v = 2 мл/мин р = 29 бар

i .........Л......XI\:,i..... \

0............ БсшоГшая кислота / \ ....................2..............................................................3.................. .......................................4..............rn.ii V = 3 мл/мни р = 45 бар

\ "Л ' ^

о 1 2 3 4 mi.

i Бензойная кислота Л / \ v = 4 мл/мин р = 59 бар

N/V_............

0 ? 3 4 mi.

Время, мин

Рис. 12. Хроматограммы пробы «Колокольчик»; колонка тБМА-ЭДМА 4а, 3x150 мм, стекло. Элюепт АН - 1% раствор Н3РО4 (1:3); длина волиы 230 нм.

Данные преимущества полученного монолитного сорбента перед традиционными колонками для жидкостной хроматографии позволяют в дальнейшем рассмотреть возможности использования его в анализе реальных объектов.

выводы

1. Изучено влияние состава мономерной смеси, природы порогенного растворителя и температуры полимеризации на хроматографические свойства монолитного сорбента. Показано, что оптимальные условия получения монолитов достигаются при температуре синтеза 60°С, использовании порогенов - ДДЛ п ЦГЛ; ДДЛ и БДЛ. Установлено, что монолитные сорбенты (ДМАЭМА-ГЭМА-ЭДМА, тБМА-ЭДМА и нБМА-ЛМА-ЭДМА), обладающие оптимальными свойствами, имеют средний диаметр пор 1-2 мкм, что позволяет использовать их при значениях скорости потока подвижной фазы до 5 мл/мин.

2. Обнаружено аномальное удерживание анионов на монолитном аннонообменнике па основе ДМАЭМА и ТМА. Установлено, что на данных сорбентах вклад в удерживание анионов вносят как ионообменные, так и ненонообмеппые взаимодействия.

3. В варианте обращепно-фазовой ВЭЖХ показано, что при введении в реакционную смесь высших алкилметакрилатов можно варьировать селективность и эффективность в широком диапазоне значении.

4. Установлено, что вытеснительные модели Скотга-Кучеры и Снайдера-Сочевпнского адекватно описывают экспериментальные данные в диапазоне 30-80% добавки ацетоиитрила в подвижной фазе.

5. Проведено сравнение хроматографпческих свойств полученных монолитных тБМА-ЭДМА сорбентов и коммерчески доступных сорбентов на основе енлпкагеля (использование монолитов позволяет сократить время анализа и снизить давление в хроматографической системе).

6. Показано, что полученные монолитные полиметакрплатные сорбенты могут быть использованы в анализе реальных объектов.

Основные результаты изложены в следующих публикациях:

1. Матусова С.М., Пирогов А.В., Тенникова Т.Б., Шппгун О.А. Синтез монолитных анионообменных материалов для ВЭЖХ на основе глицидилметакрилата. / Тез. докл. X Международной конференции «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии», Москва-Клязьма, 24 - 28 апреля 2006. С.299.

2. Matusova S.M., Pirogov A.V., Tennikova Т.В., Shpigun О.A. Preparation and characterization of polymethacrylate monolithic columns for high-performance liquid chromatography. / Materials of International Congress on Analytical Sciences. June 25-30, 2006, Moscow, Russia. 1-P125 (volume 1).

3. Матусова C.M., Иванова К.И., Пирогов А.В., Тенникова Т.Б., Шпигун О.А. Влияние температуры полимеризации па поровую структуру полпметакрилатпого монолитного сорбента для хроматографии. // Труды VI Международной молодежной конференции ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика», Москва, 23-24 ноября 2006. С.153-157.

4. Матусова С.М., Языкова J1.H. Изучение гидродинамических свойств монолитных сорбентов для жидкостной хроматографии / Тез. Международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов-2007», Москва, 11-14 апреля 2007. С.33.

5. Матусова С.М., Пирогов A.B., Тениикова Т.Б., Шпигун O.A. Разработка принципов контролируемого синтеза монолитных полимерных сорбентов для ионной хроматографии. // Журн. прпкл. химии. 2007. Т.ВО. №4. С.652-657.

6. Матусова С.М., Языкова Л.Н., Иванова К.И., Пирогов A.B., Тенникова Т.Б., Шппгун O.A. Оценка размеров макропор монолитных материалов для жидкостной хроматографии по закону Пуазейля. / Труды Всероссийского симпозиума «Хроматография в химическом анализе и физико-химических исследованиях», Москва-Клязьма, 23-27 апреля 2007. С.74.

7. Матусова С.М., Языкова Л.Н., Иванова К.И., Пирогов A.B., Тенникова Т.Б., Шпигун O.A. Исследование эффективности монолитных колонок на основе 2,3-эпоксипропилметакрилата в жидкостной хроматографии / Тез. II Всероссийской конференции «Аналитика России» с международным участием, Краснодар, 7-12 октября 2007. С.47.

8. Матусова С.М., Иванова К.И., Дьячков И.А., Пирогов A.B., Шпигун O.A. Синтез и исследование хроматографических свойств политретбугилметакрилатных монолитных сорбентов для ВЭЖХ. // Труды VII Международной молодежной конференции ИБХФ РАН -ВУЗы «Биохимическая физика», Москва, 12-14 ноября 2007. С.201-207.

9. Матусова С.М., Иванова К.И., Дьячков И.А. Влияние состава мономерной смеси на хроматографические свойства полиалкилметакрилатных монолитных колонок для ВЭЖХ. / Тез. Международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов-2008», Москва, 8-11 апреля 2008. С.48 .

10. Матусова С.М., Иванова К.И., Дьячков И.А., Пирогов A.B., Тенникова Т.Б., Шпигун O.A. Использование монолитных колонок на основе диметиламипэтилметакрилата в ионной хроматографии. / Тез. IV Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах», Санкт-Петербург, 15-17 апреля 2008. С.106.

11. Матусова С.М., Иванова К.И., Дьячков И.А., Пирогов A.B., Тенникова Т.Б., Шпигун O.A. Синтез и применение полиметакрилатных монолитных колонок в ионной хроматографии. / Тез. Всероссийского симпозиума «Хроматография и хромато-масс-спектрометрия», Москва-Клязьма, 14-18 апреля 2008. С. 148.

12. Matusova S.M., Diachkov I.A., Pirogov A.V., Tennikova T.B., and Shpigun O.A. The Ion Chromatography Of The Trimethylaminomethacrylate Monolithic Columns. / Book of Abstracts of 3rd Summer School of Monolith Technology for Biochromatography, Bioconversion, and Solid Phase Synthesis, Portoroz, Slovenia, June 1-4 2008. P.37.

13. Матусова C.M., Дьячков И.А., Пирогов A.B., Шппгун O.A. Получение и сравнение хроматографических свойств монолитных анионообменных сорбентов с разным способом введения функциональной группы. / Труды VIII Международной молодежной конференции ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика», Москва, 11-13 ноября 2008. С.165.

14. Матусова С.М., Иванова К.И., Дьячков И.А., Смоленков А.Д., Пирогов A.B., Тенникова Т.Б., Шппгун O.A. Полиалкилметакрилатные монолитные колонки для ВЭЖХ. // Изв. АН, Сер. Хим. 2008. №12. С.2547-2553.

15. Матусова С.М., Дьячков И.А., Пирогов A.B., Шпигун O.A. Монолитные сорбенты для ионной хроматографии на основе полпалкилметакрилатной матрицы. // Вести. МГУ, Сер. 2. Химия. 2009. Т.50. №2. В печати.

Заказ № 166/11/08 Подписано в печать 18.11.2008 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,5

ООО "Цнфровичок", тел. (495) 797-75-76; (495) 778-22-20 www.cfr.rii; e-mail :info@cfr.ru

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Монолитные сорбенты для хроматографии.

1.2. Синтез монолитных материалов.

1.3. Монолиты на основе неорганической матрицы.

1.3.1. Монолиты на основе диоксида кремния.

1.3.2. Монолиты на основе оксидов металлов.

1.3.3. Монолиты на основе угля.

1.4. Монолиты на полимерной основе.

1.5. Механизм образования монолитного материала.

1.6. Механизм образования пор.

1.7. Характеристики монолитного материала.

1.7.1. Морфология.

1.7.2. Гидродинамические свойства.

1.7.3. Функциональные группы.

1.7.4. Химическая стабильность и механическая устойчивость монолитных сорбентов.

1.8. Модифицирование монолитных сорбентов.

1.9. Практическое применение монолитных сорбентов.

1.9.1. Газовая хроматография.

1.9.1.1. Монолитные сорбенты на основе полиуретана.

1.9.1.2. Монолитные сорбенты на основе полидивинилбензола.

1.9.2. ОФ ВЭЖХ и капиллярная жидкостная хроматография.

1.9.3. Ионная хроматография.

1.9.4. Методы разделения и концентрирования.

ГЛАВА 2. АППАРАТУРА, РЕАКТИВЫ, МАТЕРИАЛЫ, СИНТЕЗ СОРБЕНТОВ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Аппаратура.

2.2. Реактивы и материалы.

2.3. Методика подготовки внутренней поверхности стеклянных колонок перед синтезом.

2.4. Методика получения монолитного сорбента.

2.5. Методика промывания.

2.6. Модифицирование сорбента.

2.7. Расчет размера пор по уравнению Пуазейля.

2.8. Расчет пористости монолитов из хроматографических параметров

2.9. Определение емкости анионообменников.

2.10. Расчетные формулы для хроматографических параметров.

2.11. Расчетные формулы метрологических параметров.

2.12. Расчет изотерм адсорбции.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ КОНТРОЛИРУЕМОГО СИНТЕЗА МОНОЛИТНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Влияние реакционных условий на структуру получаемого монолита.

3.1.1. Влияние состава реакционной смеси.

3.1.2. Влияние температуры и времени полимеризации.

3.1.3 Влияние геометрии колонки на гидродинамические свойства.

3.2. Расчет пористости монолитных сорбентов хроматографическим способом.

3.3. Химическая стабильность.

3.4. Получение анионообменника и изучение его хроматографических свойств.

3.4.1. Модифицирование раствором аммиака.

3.4.2. Модифицирование ДЭА.

3.4.3. Модифицирование ТМА.

ГЛАВА 4. МОНОЛИТНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕТАКРИЛАТНОЙ МАТРИЦЫ

4.1. Влияние состава смеси мономеров на свойства монолитного сорбента

4.2. Емкость и стабильность сорбентов.

4.3. Изучение ионохроматографических свойств монолитных сорбентов

4.4. Поведение однозарядных ионов.

4.5. Влияние функциональной группы на ионохроматографические свойства сорбентов.

4.6. Оценка аналитических возможностей монолитных материалов.

ГЛАВА 5. ПОЛИАЛКИЛМЕТАКРИЛАТНЫЕ МОНОЛИТНЫЕ КОЛОНКИ ДЛЯВЭЖХ.

5.1. Выбор основных реакционных параметров синтеза.

5.2. Влияние состава смеси мономеров на хроматографические свойства монолитного сорбента.'.

5.2.1. Монолиты на основе двойных сополимеров.

5.2.2. Монолиты на основе тройных сополимеров.

5.3. Влияние природы порогенного растворителя на свойства монолитного сорбента.

5.4. Влияние температуры полимеризации на свойства монолитного сорбента.

5.5. Изучение морфологии и химической устойчивости монолитных сорбентов.

5.6. Гидродинамические свойства монолитных сорбентов.

5.7. Воспроизводимость результатов хроматографического разделения на монолитных сорбентах.

5.8. Поведение бензола и толуола.

5.9. Построение изотерм адсорбции ароматических углеводородов по данным ВЭЖХ.

5.10. Сравнение хроматографических свойств монолитных сорбентов и коммерчески доступных колонок на основе силикагеля.

5.11. Применение монолитных колонок в анализе.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Научная идея синтеза макропористых монолитных материалов для жидкостной хроматографии, предложенная в конце 80-х - начале 90-х годов, превратилась в мощный инструмент производства современных высокоэффективных сорбентов. В настоящее время монолитные стационарные фазы успешно применяются в скоростных процессах хроматографического разделения биологических (макро)молекул, в конструкциях современных ферментных реакторов, а также при осуществлении других процессов, основанных на динамическом межфазовом распределении вещества.

Использование макропористых монолитных сорбентов несет ряд существенных преимуществ по сравнению с применением традиционных наполненных колонок. В первую очередь, это особенности механизма внутрипорового массообмена, управляемого конвекцией потока, а не традиционной для хроматографии молекулярной диффузией, лимитирующей время разделительного процесса. В случае монолитных стационарных фаз оказалось возможным использование высоких скоростей потока элюента, что, соответственно, привело к резкому снижению оперативного времени анализа. Несмотря на большие успехи использования монолитов при анализе различных биологических объектов, на данном этапе развития метода возникает ощутимая необходимость расширения его возможностей. Например, разработка эффективных и высокоселективных методов разделения органических и неорганических ионов определенно требует создания и оптимизации подобных стационарных фаз. Очевидно, что решение такой проблемы, в первую очередь, потребует значительной перестройки поровой структуры уже известных материалов с целью контролируемого изменения размеров пор и адсорбционной поверхности. В связи с этим необходимо заметить, что, несмотря на огромное количество публикаций в данной области, в открытой литературе практически отсутствуют данные по разработке алгоритма вариации поровой структуры в зависимости от условий получения сорбента.

В настоящее время распространение получили капиллярные монолитные колонки и дисковые монолитные материалы, используемые для разделения биологических макромолекул. В литературе подробно описано влияние условий получения монолитов на их свойства. Тем не менее, актуальной и малоизученной остается проблема разделения малых органических молекул и ионов на монолитных полимерных колонках с размерами, типичными для современной ВЭЖХ.

Цель работы состояла: в разработке принципов контролируемого формирования гомогенной поровой структуры монолитных полиметакрилатных материалов в колонках для жидкостной хроматографии; в создании монолитных сорбентов с оптимальными гидродинамическими свойствами, селективностью и эффективностью для разделения малых органических молекул и ионов.

Достижение поставленной цели предусматривало решение следующих задач:

• изучение влияния условий полимеризации: температуры, природы порогенов, состава смеси мономеров и геометрии колонок на свойства монолитных материалов;

• изучение влияния природы функциональной группы на свойства анионообменников, полученных как методом аминирования монолитной матрицы, так и путем введения соответствующих мономеров в полимеризационную смесь;

• поиск путей повышения гидрофобности монолитов для обращенно-фазовой хроматографии посредством добавления в реакционную смесь новых гидрофобных функциональных групп и создания сорбентов на основе тройных сополимеров;

• изучение хроматографического поведения полученных сорбентов в вариантах ионной и обращенно-фазовой хроматографии, определение областей их практического применения;

• оценка воспроизводимости хроматографических свойств синтезированных сорбентов.

Научная новизна. Разработаны принципы контролируемого формирования гомогенной поровой структуры монолитных полиметакрилатных материалов колоночного типа.

Предложены новые подходы к получению монолитов для ионной хроматографии, заключающиеся в добавлении в полимеризационную смесь соответствующих мономеров, содержащих необходимые функциональные группы, на стадии синтеза монолита.

Показано, что небольшое добавление мономеров, содержащих длинные алкильные радикалы в эфирной группе, позволяет значительно увеличить эффективность разделения при сохранении селективности и гидродинамических свойств монолитных макропористых материалов.

Показано, что для описания экспериментальных данных на монолитных сорбентах применимы вытеснительные модели Скотта-Кучеры и Снайдера-Сочевинского.

Показано, что уменьшения неионообменных взаимодействий поляризуемых анионов с матрицей ионообменника можно добиться введением аминогруппы на стадии полимеризации.

Практическая значимость. Получен ряд монолитных сорбентов для вариантов ионной и обращенно-фазовой хроматографии. Полученные сорбенты характеризуются различными гидродинамическими свойствами, емкостью, селективностью и эффективностью.

Максимальная эффективность разделения составила примерно 35000 тт/м для монолита на основе н-бутилметакрилата с добавкой лаурилметакрилата в реакционную смесь.

Проведенное сравнение хроматографических свойств монолитных и коммерчески доступных сорбентов на основе силикагеля показало, что использование полученных монолитов позволяет сократить время анализа и снизить давление в хроматографической системе.

Анионообменники, характеризующиеся высоким сродством к поляризуемым анионам, использованы для количественного определения ионов методом «введено-найдено».

Показано, что полученные монолитные сорбенты могут быть использованы для анализа реальных объектов.

На защиту выносятся следующие положения:

• результаты изучения влияния условий полимеризации и геометрии колонок на структуру и хроматографические свойства монолитных материалов как для ионной, так и для обращенно-фазовой ВЭЖХ;

• новые подходы к повышению эффективности монолитных материалов колоночного типа;

• применимость вытеснительных моделей Скотта-Кучеры и Снайдера-Сочевинского для описания экспериментальных данных на монолитных сорбентах;

• результаты изучения влияния природы функциональной группы и природы использованных мономеров на гидродинамические свойства, эффективность и селективность разделения;

• данные по практическому применению полученных монолитов для анализа.

Данная работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07-03-00975-а).

Автор выражает искреннюю благодарность И.А. Дьячкову за постоянное внимание, поддержку, помощь в работе и обсуждении результатов, а также A.B. Пирогову, А.Д. Смоленкову, A.A. Бендрышеву аналитический центр МГУ), В.М. Сенявину (кафедра физической химии МГУ), A.A. Малинкину (кафедра ВМС МГУ), Б .Я. Спивакову и Д.А. Трофимову (ГЕОХИ РАН, Москва), Е. Шмаровой (Объединенный центр исследований и разработок, Москва) за помощь при выполнении данной работы на разных её этапах.

Отдельное спасибо моим «научным родителям» докторам химических наук Т.Б. Тенниковой (Институт высокомолекулярных соединений РАН, Санкт-Петербург), O.A. Шпигуну, [Т.Д. Брыкиной] и моей семье за неоценимую помощь и постоянную душевную поддержку.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на X Международной конференции «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии» (Москва, 2006), Международном конгрессе по аналитическим наукам (Москва, 2006), Международных молодежных конференциях ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика» (Москва, 2006-2008), Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, 2007-2008), Всероссийском симпозиуме «Хроматография в химическом анализе и физико-химических исследованиях» (Москва, 2007), II Всероссийской конференции «Аналитика России» с международным участием (Краснодар, 2007), IV Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2008), Всероссийском симпозиуме «Хроматография и хромато-масс-спектрометрия» (Москва, 2008), III школе «Монолитные технологии для биохроматографии, биоконверсии и твердофазного синтеза» (Словения, 2008), внутренних докладах и научных коллоквиумах лаборатории хроматографии кафедры аналитической химии МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, среди них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 2 статьи в сборниках трудов и 10 тезисов докладов на российских и международных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, 4 глав экспериментальной части, общих выводов и списка цитируемой литературы. Материал изложен на 157 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 28 таблиц, в списке цитируемой литературы 127 наименований.

выводы

1. Изучено влияние состава мономерной смеси, природы порогенного растворителя и температуры полимеризации на хроматографические свойства монолитного сорбента. Показано, что оптимальные условия получения монолитов достигаются при температуре синтеза 60°С, использовании порогенов - ДДЛ и ЦГЛ; ДДЛ и БДЛ. Установлено, что монолитные сорбенты (ДМАЭМА-ГЭМА-ЭДМА, тБМА-ЭДМА и нБМА-ЛМА-ЭДМА), обладающие оптимальными свойствами, имеют средний диаметр пор 1 -2 мкм, что позволяет использовать их при значениях скорости потока подвижной фазы до 5 мл/мин.

2. Обнаружено аномальное удерживание анионов на монолитном анионообменнике на основе ДМАЭМА и ТМА. Установлено, что на данных сорбентах вклад в удерживание анионов вносят как ионообменные, так и неионообменные взаимодействия.

3. В варианте обращенно-фазовой ВЭЖХ показано, что при введении в реакционную смесь высших алкилметакрилатов можно варьировать селективность и эффективность в широком диапазоне значений.

4. Установлено, что вытеснительные модели Скотта-Кучеры и Снайдера-Сочевинского адекватно описывают экспериментальные данные в диапазоне 30-80% добавки ацетонитрила в подвижной фазе.

5. Проведено сравнение хромато графических свойств полученных монолитных тБМА-ЭДМА сорбентов и коммерчески доступных сорбентов на основе силикагеля (использование монолитов позволяет сократить время анализа и снизить давление в хроматографической системе).

6. Показано, что полученные монолитные полиметакрилатные сорбенты могут быть использованы в анализе реальных объектов.

1. Svec F., Frechet J.M.J. Molded separation media: an inexpensive, efficient and versatile alternative to packed columns for the fast HPLC separation of peptides, proteins, and synthetic oligomers and polymers. // Macromol. Symp. 1996. V.110. P.203-216.

2. Ishizuka N., Minakuchi H., Nakanishi K., Hirao K., Tanaka N. Chromatographic characterization of macroporous monolithic silica prepared via sol-gel process. // Colloids Surf. A. 2001. V.187-188. P.273-279.

3. Kubin M., Spacek P., Chromecek R. Gel permeation chromatography on porous poly(ethylene glycol methacrylate). // Collect. Czech. Chem. Commun. 1967. V.32. P.3881-3887.

4. Ross W.D., Jefferson R.T. In situ-formed open-pore polyurethane as chromatography supports. // J. Chromatogr. Sci. 1970. V.8. P.386-389.

5. Svec F., Bleha M., Tennikova T.B., Belenkii B.G. Macroporous polymeric membranes for the separation of polymers and a method of their application. Pat. 4.889.632 US, US Cl.210/500.28. 1989.1. V

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

7. Svec F., Tennikova T. B., Deyl Z. (Eds). // Monolithic Materials: Preparation, Properties and Applications. Amsterdam: Elsevier, 2003. V. 67. P.778.

8. Tennikova T.B., Svec F. High-performance membrane chromatography: highly efficient separation method for proteins in ion-exchange, hydrophobic interaction and reversed-phase modes. // J. Chromatogr. 1993. V.646. P.279-288.

9. Химич Г.Н., Рахматуллина Е.Н., Слабоспицкая М.Ю., Тенникова Т.Б. Синтез и исследование поровой структуры полимерных монолитных сорбентов. // Журн. прикл. химии. 2005. Т.78. С.623-628.

10. Xie S. Disposable monolithic column. // Patent Application Publication. Pub No.: US 2005/0274662 Al.

11. Mihelic I., Krajnc M., Koloini T. Kinetic model of a methacrylate-based monolith polymerization. // Ind. Eng. Chem. Res. 2001. V.40. P.3495-3501.

12. Mihelic I., Koloini Т., Podgornik A. Temperature distribution effects during polymerization of methacrylate-based monoliths. // J. Appl. Pol. Sci. 2003. V.87. P.2326-2334.

13. Канатьева А.Ю., Курганов A.A., Викторова E.H., Королев А.А. Монолитные стационарные фазы в жидкостной и газовой хроматографии. // Успехи химии. 2008. Т.77, С.393-400.

14. Ishizuka N., Kobayashi Н., Minakuchi Н., Nakanishi К., Hirao К., HosoyaK., Ikegami Т., Tanaka N. Monolithic silica columns for high-efficiency separations by high-performance liquid chromatography. // J. Chromatogr. A. 2002. V.960. P.85-96.

15. Krull I.S., Stevenson R.L., Mistry K., Swartz M.E. // Capillary Electro chromatography and Pressurized Flow Capillary Electrochromatography, New York: HNB Publishing, 2000.

16. П.Королев A.A., Попова Т.П., Ширяева В.Е., Курганов В.А. // Журн. физ. химии. 2005. Т.79. С.543.

17. Guiochon G. Monolithic columns in high-performance liquid chromatography. // J. of Chromatogr. A. 2007. V.1168. N.l. P.101-168.

18. Chen Z., Uchiyama K., Hobo T. Chemically modified chiral monolithic silica column prepared by a sol-gel process for enantiomeric separation by micro highperformance liquid chromatography. // J. Chromatogr. A. 2002. V.942. P.83-91.

19. Ismail A.A, Ibrahim I.A. Impact of supercritical drying and heat treatment on physical properties of titania/silica aerogel monolithic and its applications. // Appl. Catal. A. 2008. V.346, Is.1-2. P.200-205.

20. Hoth D.C., Rivera J.G., Colón L.A. Metal oxide monolithic columns. // J. Chromatogr. A. 2005. V.1079. Is.1-2. P. 392-396.

21. Gatica J.M., Rodríguez-Izquierdo J.M., Sánchez D., Chafik T., Harti S., Zaitan H., Vidal H. Originally prepared carbon-based honeycomb monoliths with potential application as VOCs adsorbents. // Comptes Rendus Chimie. 2006. V.9. Is.9. P.1215-1220.

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

23. Svec F., Frechet J.M.J. Kinetic control of pore formation in macroporous polymers. The formation of "molded" porous materials with high flow characteristics for separations or catalysis. // Chem. Mater. 1995. P.707-715.

24. Xie S., Allington R.W., Svec F. Rapid reversed-phase separation of proteins and peptides using optimized "moulded" monolithic poly(styrene-co-divinylbenzene) columns. // J. Chromatogr. A. 1999. V.865. P.169-174.

25. Svec F., Frechet J.M.J. Modified poly(glicidil methacrylate-co-ethylene dimethacrylate) continuous rod columns for preparative-scale ion-exchange chromatography of proteins. // J. Chromatogr. A. 1995. V.702. P.89-95.

26. Svec F., Frechet J.M.J. «Molded» rods of macroporous polymer for preparative separations of biological products. // Biotech. And Bioeng. 1995. V.48. P.476-480.

27. Augustin V., Jardy A., Gareil P., Hennion M. In situ synthesis of monolithic stationary phases for electrochromatographic separations: Study of polymerization conditions. // J. Chromatogr. A. 2006. V.l 119. P.80-87.

28. Kucerov Z., Szumski M., Buszewsk B., Jandera P. Alkylated poly(styrene-divinylbenzene) monolithic columns for HPLC and CEC separation of phenolic acids. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.3018-3026.

29. Gu C., Lin L., Chen X., Jia J., Wu D., Fang N. Analysis of microcystins by capillary high performance liquid chromatography using a polymethacrylate-based monolithic column. //J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2866-2873.

30. Carbonnier B., Guerrouache M., Denoye R., Millot M-K. CEC separation of aromatic compounds and proteins on hexylamine-functionalized N-acryloxysuccinimide monoliths. //J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.3000-3010.

31. Kanatyeva A.Y., Viktorova E.N., Korolev A.A., Kurganov A.A. Comparison of nonporous silica-based ion exchangers and monolithic ion exchangers in separations of inorganic anions. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2836-2842.

32. Connolly D., O'Shea V., Clark P., O'Connor B., Paull B. Evaluation of photografited charged sites within polymer monoliths in capillary columns using contactless conductivity detection. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.3060-3068.

33. Wei X., Yin J., Yang G., He C., Chen Y. On-line solid-phase extraction with amonolithic weak cation-exchange column and simultaneous screening of al-adrenergic receptor antagonists in human plasma. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2851-2857.V

34. Eeltinlc S., Geiser L., Svec F., Frechet J.M.J. Optimization of the porous structure and polarity of polymethacrylate-basedmonolithic capillary columns for the LC-MS separation of enzymatic digests. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2814-2820.

35. Danquah M.K., Ho J., Forde G.M. Performance of R-N(R9)-R99 functionalised poly(glycidylmethacrylate-co-ethylene glycol dimethacrylate)monolithic sorbent for plasmid DNA adsorption. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2843-2850.

36. Tennikova T.B., Bleha M., Svec F., Almazova T.V., Belenkii B.G. Highperformance membrane chromatography of proteins, a novel method of protein separation. // J. Chromatogr. 1991. V.555. P.97-107.

37. Courtois J., Bystrom E., Irgum K. Novel monolithic materials using poly(ethylene glycol) as porogen for protein separation. // Polymer 2006. V.47. P.2603-2611.

38. Courtois J., Szumski M., Georgsson F., Irgum K. Assessing the macroporous structure of monolithic columns by transmission electron microscopy. // Anal. Chem. 2007. V.79. P.335-344.

39. Ponten E., Viklund C., Irgum K., Bogen S.T., Lindgren A.N. Solid phase chemiluminescence detection reactors based on in situ polymerized methacrylate materials. // Anal. Chem. 1996. V.68. P.4389-4396.

40. Moorthy J., Beebe D.J. In situ fabricated porous filters for microsystems. // Lab Chip. 2003. V.3. P.62-66.

41. Bandari R., Knolle W., Prager-Duschke A., Glasel H.-J., Buchmeiser M.R. Monolithic media prepared via electron beam curing for proteins separation and flow-through catalysis. // Macromol. Chem. Phys. 2007. V.208. P. 1428-1436.1. V

42. Hemstrom P., Nordborg A., Irgum K., Svec F., Frechet J.M.J. Polymer-based monolithic microcolumns for hydrophobic interaction chromatography of proteins. // J. Sep. Sci. 2006. V.29. P.25-32.

43. Hebb A.K., Senoo К., Cooper A.I. Synthesis of porous cross-linked polymer monoliths using 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R134a) as the porogen. // Composites Sci. Tech. 2003. V.63. P.2379-2387.

44. Courtois J., Fisher G., Sellergren В., Irgum K. Molecularly imprinted polymers grafted to flow through poly(trimethylolpropane trimethacrylate) monoliths for capillary-based solid-phase extraction. // J. Chromatogr. A. 2006. V.l 109. P.92-99.

45. Merhar M., Podgornik A., Barut M., Zigon M., Strancar A. Methacrylate monoliths prepared from various hydrophobic and hydrophilic monomers -Structural and chromatographic characteristics. // J. Sep. Sci. 2003. V.26. P.322-330.

46. Gu В., Li Y., Lee M. Polymer monoliths with low hydrophobicity for strong cation-exchange capillary liquid chromatography of peptides and proteins. // Anal. Chem. 2007. V.79. P.5848-5855.

47. Buchmeiser M.R. Polymeric monolithic materials: Syntheses, properties, functionalization and applications. // Polymer. 2007. V.48 P.2187-2198.

48. Peters E.C., Svec F., Frechet J.M.J. Rigid macroporous polymer monoliths.// Adv. Mater. 1999. V.l 1. P.l 169-1181.

49. Vlakh E.G., Tennikova T.B. Preparation ofmethacrylatemonoliths. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2801-2813.

50. Канатьева А.Ю. Исследование физико-химических свойств монолитных капиллярных колонок хроматографическими методами. Автореферат дисс. . канд. хим. наук. Москва. «Учеба» МИСиС. 2007. 24 с.

51. Калашникова И.В. Адсорбция биологических частиц (вирусов) на функционализированной поверхности полимерных сорбентов монолитного типа. Автореферат дисс. . канд. хим. наук. Санкт-Петербург. ИБС РАН. 2008. 23 с.

52. Tenikova Т.В., Reusch J. Short monolithic beds: history and introduction to the field. // J. Chromatogr. A. 2005. V.1065. P.l3-17.

53. Vidich J. Chemical and chromatograthic stability of methacrilate-based monjlithic columns. // J. Chromatogr. A. 2007. V.l 144. P.63-71.

54. Wang M., Xu J., Zhou X., Tan T. Preparation and haracterization of polyethyleneimine modified ion-exchanger based on poly(methacrylate-co-ethylene dimethacrylate) monolith. // J. of Chromatogr. A. 2007. V.l 147. P.24-29.

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

56. Svec F., Kurganov A.A. Less common applications of monoliths III. Gas chromatography. // J. of Chromatogr. A. 2008. V.l 184. P.281-295.

57. Руденко Б.А., Руденко Г.И. Высокоэффективные хроматографические процессы. Том I. М.: Наука. 2003. 288 с.

58. Шаповалова Е.Н., Пирогов А.В. Хроматографические методы анализа. Методическое пособие для специального курса. М.: Отдел оперативной печати и информации Химического факультета МГУ. 2007. 204 с.

59. Основы аналитической химии. В двух книгах. (Под ред. Ю.А. Золотова). Том I. М.: Высш. шк. 2004. 360 с.

60. Yang G., Feng S., Liu H., Yin J., Zhang L., Cai L. On-line clean-up and screening of oxacillin and cloxacillin in human urine and plasma with a weak ion exchange monolithic column. // J. of Chromatogr. B. 2007. V.854. P.85-90.

61. Brne P., Podgornik A., Benvcina K., Gabor В., Strancar A., Peterka M. Fast and efficient separation of immunoglobulin M from immunoglobulin G using short monolithic columns. // J. of Chromatogr. A. 2007. V.l 144. P.120-125.

62. Jandera P., Urban J., Moravcov'a D. Polymetacrylate and hybrid interparticle monolithic columns for fast separations of proteins by capillary liquid chromatography. // J. of Chromatogr. A. 2006. V.l 109. P.60-73.

63. Moravcova D., Jandera P., Urban J., Planeta J. Characterization of polymer monolithic stationary phases for capillary HPLC. // J. Sep. Sci. 2003. V.26. P.1005-1016.

64. Bisjak C., Lubbad S., Trojer L., Bonn G. Novel monolithic poly(phenyl acrylate-co-1,4-phenylene diacrylate) capillary columns for biopolymer chromatography. // J. of Chromatogr. A. 2007. V.l 147. P.46-52.

65. Jakschitz T., Huck C., Lubbad S., Bonn G. Monolithic poly(trimethylsilyl-4-methylstyrene)-co-bis(4-vinylbenzyl)dimethylsilane. stationary phases for the fast separation of proteins and oligonucleotides. // J. of Chromatogr. A. 2007. V.l 147. P.53-58.

66. Biesaga M., Ochnik U., Pyrzynska K. Analysis of phenolic acids in fruits by HPLC with monolithic columns. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2929-2934.

67. Bugey A., Staub C. Application of monolithic supports to online extraction and LC-MS analysis of benzodiazepines in whole blood samples. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2967-2978.

68. Poblocka-Olech L., Nederkassel A-M., Heyden Y.V., Krauze-Baranowska M., Glod D., Baczek T. Chromatographic analysis of salicylic compounds in different species of the genus Salix. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.295 8-2966.

69. Popp M., Sulyok M., Rosenberg E. Chromatographic characterisation of a novel type of monolithic methylsilsesquioxane-based HPLC column. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2888-2899.

70. Ye F., Li S., Zhao S. Development of a new C14 monolithic silica column containing embedded polar groups for pressurized capillary electrochromatography. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.3027-3034.

71. Muniz-Valencia R., Gonzalo-Lumbreras R., Santos-Montes A., Izquierdo-Hornillos R. Method development validation for corticoids in animal feed samples by liquid chromatography using a monolithic column. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2950-2957.

72. Augustin V., Proczek G., Dugay J., Descroix S., Hennion M-C. Online preconcentration using monoliths in electrochromatography capillary format and microchips. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P.2858-2865.

73. Huo Y., Schoenmakers P., Kok W. Efficiency of methacrylate monolithic columns in reversed-phase liquid chromatographic separations. // J. of Chromatogr. A. 2007. V.1175. P.81-88.

74. R'iord'ain C., Gillespie E., Connolly D., Nesterenko P., Paull B. Capillary ion chromatography of inorganic anions on octadecyl silica monolith modified with an amphoteric surfactant. // J. of Chromatogr. A. 2007. V.1142. P.185-193.

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

76. Шпигун О.А., Золотов Ю.А. Ионная хроматография и ее применение в анализе вод. М.: Изд-во МГУ, 1990. 199с.

77. R'lord'ain С., Barron L., Nesterenko Е., Nesterenko P., Paull В. Double gradient ion chromatography using short monolithic columns modified with a long chained zwitterionic carboxybetaine surfactant. // J. of Chromatogr. A. 2006. V.1109. P.l 11-119.

78. Fan Y., Zhang M., Feng Y. Poly(acrylamide-vinylpyridine-methylene bisacrylamide) monolithic capillary for in-tube solid-phase microextraction coupled to high performance liquid chromatography. // J. Chromatogr. A. 2005. V.l099. P.84-91.

79. Tennikov M.B, Gazdina N.V., Tennikova T.B, Svec F. Effect of porous structure of macroporous polimer supports on resolutions in high-performance membrane chromatography of proteins. // J. Chromatogr. A. 1998. V.798. P.55-64.

80. Wang M., Xu J., Zhou X. Preparation and characterization of polyethyleneamine modified ion-exchanger based on poly(methacrilate-co-ethylene dimethacrylate) monolith. // J. Chromatogr. A. 2007. V.l 147. P.24-33.

81. Yamamoto S, Nakamura M. Retention studies of DNA on anion-exchange monolith chromatography Binding site and elution behavior. // J. Chromatogr. A. 2007. V.l 144. P.155-160.

82. Glenn K.M., Lucy C.A. Ion chromatography on a latex-coated silica monolith column. // J.Chromatogr. A. 2007. in press.

83. Barron L., Nesterenko P. Rapid on-line preconcentration and suppressed micro-bore ion chromatography of part per trillion levels of perchlorate in rainwater samples. // Anal. Chim. A. 2006. V.567. P. 127-134.

84. Pena A., Chmielova D., Lino K.M., Solich P. Determination of fluoroquinolone antibiotics in surface waters from Mondego River by high performance liquid chromatography using a monolithic column. // J. Sep. Sci. 2007. V.30. P. 2924-2928.

85. Yi W., Ying Y., Yuq F. Monitoring Sulfadiazine and Sulfamethazine Residues in Eggs Using Polymer Monolith Microextraction Coupled with High Performance Liquid Chromatography. // Chin J Chromatogr. 2006. V.24(5). P.471-474.V

86. Svec F. Less common applications of monoliths: Preconcentration and solidphase extraction. // J.Chromatogr. B. 2006. V.841. P.52-64.

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

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

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

90. Лурье. Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. 6-е изд. М.: Химия. 1989. 448с.

91. Химическая энциклопедия. (Под ред. Н.С. Зефирова), Т. IV. М.: Большая Российская энциклопедия. 1995, 642.

92. Касьянова Т.Н., Смоленков А.Д., Пирогов А.В., Шпигун О.А. Полиэлектролитные сорбенты для ионной хроматографии на основе полистирол-дивинилбензольной матрицы. // Сорбционные и хром, процессы.2007. Т.7. С.52-59.

93. Практические работы по адсорбции и газовой хроматографии. (Под ред. А. В. Киселёва). М.: МГУ, 1968. 285 с.

94. Ostryanina N.D., Ilina O.V., Tennikova Т.В. Effect of experimental conditions on strong biocomplementary pairing in high-performance monolithic disk affinity chromatography. // J. Chromatogr. B. 2002. V.770. P.35-43.

95. Nunez O., Nakanishi K., Tanaka N. Preparation of monolithic silica columns for high-performance liquid chromatography. // J. Chromatogr. A. 2008. V.1191. P.231-252.

96. Gutzov S., Ahmed G., Petkova N., Fuglein E., Petkov I. Preparation and optical properties of samarium doped sol-gel materials. // J. Non-Cryst. Solid.2008. V.29. P.3438-3442.

97. Danquah M.K., Forde G.M. Preparation of macroporous methacrylate monolithic material with convective flow properties for bioseparation: Investigating the kinetics of pore formation and hydrodynamic performance. // Chem. Eng. J. 2008. V.140. P.593-599.

98. Кип K.A., Kunin R. Pore structure of macroreticular ion exchange resins. // J. Polym. Sci. 1967. V.16. P.1457-1469.

99. Yu C., Xu M., Svec F., Fréchet J.M.J. Preparation of monolithic polymers with controlled porous properties for microfluidic chip applications using photoinitiated free-radical polymerization. // J. Pol. Sci. A: Pol. Chem. 2002. V.40. Is.6. P.755-769.V

100. Svec F., Fréchet J.M.J. Temperature, a simple and efficient tool for the control of pore size distribution in macroporous polymers. // Macromolecules. 1995. V.28. P.7580-7582.

101. Vilclund C., Svec F., Fréchet J.M.J. Monolithic, "molded", porous materials with high flow characteristics for separations, catalysis, or solid-phase chemistry: control of porous properties during polymerization. // Chem. Mater. 1996. V.8. P.744-750.

102. Боголицына A.K., Пирогов A.B., Шпигуи O.A. Синтез матрицы сорбентов для ионной хроматографии на основе стирола и дивинилбензола. // Вестник Моск. унив-та. Сер. 2. Химия. 2006. Т.47. №5. С.339-341.

103. Обрезков О.Н., Никифоров А.Ю., Шпигун О.А. Определение алифатических аминов методом двухколоночной ионной хроматографии с кондуктометрическим детектированием. // Вестн. Моск. ун-та. Сер.2. Химия. 1998. Т.39. №1. С.49-51.

104. Обрезков О.Н., Крохин О.В., Пирогов А.В., Семенова С.Н., Шпигун О.А. Определение переходных металлов на динамически модифицированных катионообменниках. //Журн. физ. химии. 1994. Т.68. С.1880-1883.

105. Пирогов A.B. Полиэлектролитные сорбенты для ионной хроматографии. // Журн. анал. химии. 2000. Т.55. №12. С.1285-1291.

106. Антоник Л.М., Лопырев В.А., Тиунов М.П., Долгушин Г.В. Кватернизация 1,1-диметилгидразина хлорметилированным полистиролом и свойства полученных анионообменных смол. // Журн. приклад, химии. 2001. Т.73. Вып.11. С.1759-1762.

107. Касьянова Т.Н., Смоленков А.Д., Пирогов A.B., Шпигун O.A. Синтез и сравнение хроматографических свойств полимерных анионообменников с диметилгидразиниевыми и алкиламмониевыми функциональными группами. // Журн. аналит. химии. 2008. Т.63. №1. С.47-52.

108. Е.Р. Nesterenko, L.P. Barron, P.N. Nesterenko, В. Pauli. Flow gradient liquid chromatography using a coated anion exchange microcolumn. // J. Sep. Sei. 2006. V.29. P.228-235.

109. Ланин C.H. Физико-химические закономерности адсорбции ароматических соединений и их проявление в высокоэффективной жидкостной хроматографии. Автореферат дисс. . докт. хим. наук. Москва. МГУ. 1998. 49 с.

110. Ланин С.Н., Никитин Ю.С. Прогнозирование удерживания в высокоэффективной жидкостной хроматографии. Вытеснительная модель. // Журн. аналит. химии. 1991. Т.46. №8. С.1493-1502.

111. Хупе К.-П., Лотшпайх Ф., Вельтер В. М Высокоэффективная жидкостная хроматография в биохимии. (Под ред. А. Хеншен). М.: Мир, 1988. 688 с.

112. Парфит Г., Рочестер К. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел. М.: Мир, 1986. 488 с.