Сверхсшитые полистирольные сорбенты для высокоэффективной жидкостной хроматографии

Пеннер, Наталия Александровна

Сверхсшитые полистирольные сорбенты для высокоэффективной жидкостной хроматографии тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

Пеннер, Наталия Александровна АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2000 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.02 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Сверхсшитые полистирольные сорбенты для высокоэффективной жидкостной хроматографии»

Автореферат диссертации на тему "Сверхсшитые полистирольные сорбенты для высокоэффективной жидкостной хроматографии"

На правах аукописи

РГЗ ОД ^ ! «

ПЕННЕР НАТАЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

СВЕРХСШИТЫЕ ПОЛИСТИРОЛЬНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

02.00.02 - Аналитическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: д.х.н., ст.н.с. Нестеренко П.Н.

Москва 2000

Работа выполнена в лаборатории хроматографических методов анализа кафедры аналитической химии Химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор химических наук,

старший научный сотрудник Нестеренко П.Н.

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

ведущий научный сотрудник Белякова Л.Д.

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Иванов А.Е.

Ведущая организация: Институт геохимии и аналитической химии им.

Вернадского В.И. РАН

Защита диссертации состоится 17 мая 2000 г. в 16 часов 10 минут, в ауд. 344 на заседании диссертационного совета Д.053.05.60 по химическим наукам при Московском государственном университете им М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ, Химический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ.

Автореферат разослан апреля 2000 г. Отзывы и замечания просьба отправлять по адресу:

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

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук Торочешникова И.И.

-и* 4 Л-Ь Г)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одной из наиболее важных задач современной ОФ ВЭЖХ является разработка универсальных сорбентов, селективных к различным группам органических соединений. Расширение круга анализируемых объектов, в частности необходимость разделения большого числа , азотсодержащих органических оснований и использования подвижных фаз с высокими рН, выдвигает ряд специальных требований к сорбентам, используемым для разделения, среди которых: высокая химическая и гидролитическая стабильность и отсутствие на поверхности сильных адсорбционных центров. Химически модифицированные кремнеземы не удовлетворяют этим требованиям, ввиду их невысокой устойчивости в щелочных элюентах и присутствия силанольных групп на поверхности. В настоящее время основной тенденцией в исследованиях по созданию новых неподвижных фаз для ВЭЖХ является разработка сорбентов на основе различных органических полимеров. Наибольшее внимание среди сорбентов этой группы привлекают ПС-ДВБ сорбенты, которые, однако, не лишены недостатков, характерных для всех полимерных сорбентов, главным из которых является невысокая эффективность, ввиду недостаточной жесткости их структуры.

Возможным путем решения этой проблемы может быть использование сверхсшитых полистиролов (ССПС), представляющих новое поколение полимерных сорбентов, синтез и структура которых принципиально отличаются от других ПС-ДВБ сорбентов. Они имеют ряд новых уникальных физико-химических свойств, таких как: высоко развитая удельная поверхность, сочетание гидрофобности и смачиваемости водой поверхности частиц сорбентов, исключительно высокая жесткость полимерной структуры и выраженное сродство к некоторым классам органических соединений. Совокупность этих качественно новых для полимерных сорбентов свойств позволяет выделить ССПС в отдельную группу неподвижных фаз перспективных для использования в ВЭЖХ.

Цель и задачи исследования. Целью работы была оценка применимости и изучение свойств ССПС как неподвижной фазы для высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Конкретные задачи исследования были следующими:

- изучение физико-химических свойств ССПС и механизма удерживания на нем, сравнение его свойств со свойствами других сорбентов для ВЭЖХ;

- изучение закономерностей хроматографического удерживания органических соединений разных классов на колонках, заполненных ССПС;

- разработка методик определения гидрофильных ароматических соединений методом ОФ ВЭЖХ на ССПС в различных объектах, в том числе в природных водах с предварительным сорбционным концентрированием.

Научная новизна. Изучен новый класс сорбентов для ВЭЖХ-микродисперсные сверхсшитые полистиролы, имеющие структуру, принципиально отличающуюся от обычных ПС-ДВБ сорбентов.

При изучении физико-химических свойств ССПС обнаружены исключительно высокая механическая прочность и жесткость полимерной

матрицы, что впервые позволило получить эффективность 75-80 тысяч тт/м дл; полимерного сорбента с размером частиц 5 мкм.

Особенностями хроматографических свойств ССПС являются значительный вклад я-я-взаимодействий в механизм удерживания, высокое сродство к гидрофильным органическим ароматическим соединениям, включая фенолы, сочетание высокой эффективности и селективности разделение изомерных полярных гидрофильных органических соединений. Показано, чтс ССПС является анионообменником нового типа и имеет протонированные карбонильные группы в качестве анионообменных.

На колонке, заполненной ССПС, впервые проведено одновременное разделение пирокатехина, резорцина, гидрохинона, о-, м-, /з-аминофенолов, л-N-метиламинофенола и л-фенилендиамина.

Практическая значимость. Проведена оценка возможностей новогс класса сорбентов - сверхсшитых полистролов - для разделения и определение различных органических соединений: экотоксикантов, консервантов, алкалоидов антибиотиков, органических кислот в водах, пищевых продуктах, продукцш косметической и фармацевтической промышленности. Разработаны методик! ВЭЖХ определения на колонках, заполненных ССПС:

- пирокатехина, резорцина, гидрохинона, о-, м-, п-аминофенолов и п-фенилендиамина в красках для волос;

- бензойной и сорбиновой кислот в газированных напитках.

Разработана методика определения в водах пирокатехина, резорцина i гидрохинона методом ОФ ВЭЖХ с предварительным on-line концентрирование;, на концентрирующей колонке, встроенной в петлю инжектора, нижняя границе определяемых содержаний фенолов составляет 2-3 мкг/л. На защиту выносятся следующие положения:

- возможность применения ССПС в качестве неподвижной фазы в ОФ ВЭЖХ;

- результаты изучения физико-химических свойств ССПС и вкладов различных взаимодействий в удерживание на нем;

- результаты изучения хроматографического удерживания различных классов органических соединений: фенола и его хлор-, нитро-, метил-, амино- и оксипроизводных, ПАУ, фталатов, фенилендиаминов, алифатических и ароматических карбоновых кислот, сульфаниламидных препаратов, ксантинов - е условиях ОФ ВЭЖХ на колонке, заполненной ССПС;

- результаты изучения концентрирования пирокатехина, резорцина, гидрохинона и фенола в статических и динамических условиях;

- методики определения пирокатехина, резорцина, гидрохинона, о-, м-, п-аминофенолов и л-фенилендиамина в красках для волос, бензойной и сорбиновой кислот в напитках, а также методика ОФ ВЭЖХ определения пирокатехина, резорцина и гидрохинона в водах с предварительным on-line концентрированием.

Апробация работы. Основные результаты диссертации изложены в 11 публикациях и доложены на XII Международном симпозиуме по ионнои хроматографии (Сан-Хосе, 1999), XXIII Международном симпозиуме по высокоэффективной жидкостной хроматографии (Granada, 1999), V Азиатской конференции по аналитической химии Asianalysis V (Xiamen, 1999):

Всероссийском симпозиуме по химии поверхности, адсорбции и хроматографии (Москва, 1999), Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-97» и «Ломоносов-98» (Москва), Всероссийском симпозиуме по теории и практике хроматографии и электрофореза (Москва, 1998).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, семи глав экспериментальной части, выводов и списка литературы (195 наименований). Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков и 45 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы рассмотрены основные типы промышленно выпускаемых полимерных сорбентов для ОФ ВЭЖХ, их характеристики, хроматографические свойства, области применения, а также использование для определения органических соединений с небольшой молекулярной массой. Описаны особенности синтеза и структуры ССПС.

В экспериментальной части приведены параметры исследованных в работе ССПС сорбентов с различной пористой структурой, размером и геометрией частиц (табл.1), а также использованных для сравнения ПС-ДВБ сорбента PLRP-S 300, полидивинилбензола (П-ДВБ) и гексадецилсиликагеля.

Таблица 1. Исследованные в работе сорбенты и их основные характеристики.

Сорбент dp. мкм Степень сшивки, % Syn., м2/г V v пор» мл/г Dnop» макро (микро)

Сверхсшитые полистиролы

MN-S-3 3 >100 1232 0,48 242

MN-S-5G 5 >100 638 -652

MN-S-5 5 >100

MN-S-9 9 >100 1150 0,35 380-400

MN-S-I0 10 >100 1000 0,3-0,4 200

MN-200 12* >100 800-1000 1,0-1,1 850-950(15)

ПС-ДВБ сорбенты

П-ДВБ PLRP-S 300 (Polymer Labs) 5 8 80 60 500 380 0,7 500 300

Гексадецилсиликагель (БиоХимМак) -SÜC16

Диасорб 130ТС16 5* - 250 130

*частицы имеют нерегулярную форму.

Микросферические ССПС и П-ДВБ были любезно предоставлены компанией Purolite, UK. Частицы MN-200 с размером 12 и 25-35 мкм были получены размалыванием крупной фракции сорбента с размером 0,3-1,2 мм с последующим выделением узкой фракции путем седиментации из воды.

В работе использовали отечественный жидкостной хроматограф Милихром 1-А со спектрофотометрическим детектором и хроматографической колонкой 62x2 мм, заполненной сорбентом MN-200, а также хроматографическую систему, состоящую из насосов высокого давления Beckman 114М и Milton Roy А 802, инжектора Rheodvne 7125, детекторов: спектрофотометрического Carlo Erba

Instruments Micro-UVIS 20 и кондуктометрического LKB Bromma Conductolyser 5300B.

ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВЕРХСШИТОГО ПОЛИСТИРОЛА КАК СОРБЕНТА ДЛЯ ВЭЖХ.

К физико-химическими свойствам полимерных сорбентов относятся: механическая прочность, степень изменения объема в органических и водно-органических средах, структура сорбента, включающая Dnop, и распределение пор по размеру, SM, а также гидрофобность поверхности, сила л-тс-взаимодействий, вклад различных механизмов в удерживание и эффективность, первые два свойства определяют применимость сорбента в ОФ ВЭЖХ.

Для оценки механической прочности ряда ССПС сорбентов были получены зависимости давления на входе в хроматографическую колонку от объемной скорости ПФ. Они линейны во всем диапазоне объемных скоростей от 0 до 3 мл/мин вплоть до давления 40 МПа. Это свидетельствует от том, что ССПС сохраняет форму, не сжимается необратимо и имеет достаточно высокую жесткость и механическую прочность для его использования в ОФ ВЭЖХ.

Степень изменения объема ССПС в ТГФ и АЦН, которые сильно сольватируют поверхность ПС-ДВБ сорбентов и чаще всего используются в ОФ ВЭЖХ, оценивали фактором набухания (SP):

sp = р(орг.раетворитель)- р(Н_2Р_)

р(н2о) "" '

где р = Р/Т1- отношение давления на входе в хроматографическую колонку при пропускании через нее чистого растворителя к вязкости этого растворителя. Значения SP-фактора для MN-200 (0,15 для ТГФ и 0,33 для АЦН) и MN-S-5G (0,06 для АЦН) сопоставимы с подобными значениями для ОДС (0,05 для ТГФ), и намного ниже таковых для других распространенных полимерных сорбентов (0,41,8 для ТГФ). Таким образом, параметры структуры ССПС практически не зависят от состава ПФ.

Пористую структуру ССПС MN-200 изучали методом ГПХ с использованием н-алканов (С5-С20) и олигомеров линейного ПС (ММ 950 -1400000) в качестве стандартов. Средний Dnop сорбента соответствует максимумам на дифференциальной кривой или точкам перегиба на интегральной кривой распределения (рис.1) и равен 11 А для микропор и 1000 А для макропор, что близко к значениям, полученным по адсорбции азота (табл.1), Syj по результатам ГПХ составляет около 1500 м2/г.

Гидрофобность ССПС оценивали по параметрам, рассчитанным по удерживанию ряда я-алкилбензолов (табл.2) а(СН2) - тангенс угла наклона зависимости lgk'-C„- можно рассматривать как меру селективности или сродства сорбента к алкильным группам, тогда как a(Ph) характеризует сродство сорбента к ароматическим соединениям. Среди изученных сорбентов ССПС имеет самое высокое сродство к фенильной группе a(Ph) MN-200 » PLRP-S » Sil С16, тогда как его селективность к алкильным группам а(СНз) ниже, чем у Sil С16. Для сферических ССПС а(СН2) составляет 0,072-0,083, расчет проводили по удерживанию ди-н-алкилфталатов в ПФ: АЦН.

ке> 1.0

лкех

|9°пор(А) 1д°пор (а)

Рис. 1. Интегральная (а) и дифференциальная (б) функции распределения пор по размеру для ССПС М1Ч-200. Колонка: 62x2 мм; ПФ: ТГФ; объемная скорость ПФ: 15 мкл/мин. Алканы (-♦-), олигомеры ПС ).

Таблица 2. Инкременты удерживания метиленовой и фенильной групп, рассчитанные по удерживанию н-алкилбензолов из уравнения 1° к' = а(СН2)С„ + а(Р11). ПФ: АЦН-вода (70:30).

О 5

0 О

Сорбент MN-200 PLRP-S 300 Sil C16

а(СН2) a(Ph) 0,127 0,309 0,114 0,124 0,130 0,086

Вклад я-я-взаимодействий в удерживание оценивали по корреляции 1 - \gPov, (логарифм коэффициента распределения в системе октанол-вода) (рис.2) и по тангенсу угла наклона а„ зависимости от п„ - числа л-электронов в молекуле ПАУ (рис.3). Экспериментальные точки корреляции - 1 %Р„„ для ССПС расположены, в основном, выше линии бензол-толуол-этилбензол, что говорит о значительном вкладе я-л-взаимодействий в механизм удерживания на ССПС, который особенно выражен в случае сорбатов с электроноакцепторными заместителями.

Рис. 2. Вклад я-л взаимодействий в удерживание на сорбентах разной природы. ПФ: АЦН-вода-уксусная кислота (70:29:1). Сорбаты: замещенные бензолы и ПАУ. Черные точки: 1- бензол, 2 - толуол, 3 - этилбензол.

Вклад и-л-взаимодействий (рис.3) а* для ССПС MN-200 (0^=0,096) значительно выше, чем для PLRJP-S (сц=0,072) и для Sil CI6 (0^=0,043). Сила л-тг-

взаимодействий для сферических ССПС сорбентов (табл. 3) увеличивается с уменьшением размера частиц сорбента от 10 (ая=0,076) до 3 мкм (сц=0,131). вне зависимости от 8УД и Вло„.

igk' i.o -

"л

MN-200 0^=0.097

PLRP-S 300 о^=0,073

SilC16 0^=0.044

Рис. 3. Сравнение силы я-я-взаимо-действий для сорбентов разной природы. ПФ: АЦН.

Таблица 3. си микросферических ССПС. ПФ: АЦН.

Сорбент MN-S-3 MN-S-5G MN-S-5 MN-S-9 MN-S-I0

а* 0,131 0,102 0,096 0,085 0,076

Структурную селективность ССПС оценивали по отношению коэффициентов емкости трифенилена (ТФ) и о-терфенила (ОТ) (а=^'(ТФ)/^'(ОТ)). ТФ имеет жесткую плоскую структуру, ОТ - объемную, где вокруг двух связей Ph-Ph возможно вращение. Значения а для ССПС составляет 3,50 - 4,78, что близко к а для обычных ПС-ДВБ сорбентов и значительно выше, чем для ОДС (а= 1,44).

Для оценки эффективности колонок, заполненных ССПС, были получены зависимости относительной ВЭТТ (/¡=H/dp), от линейной скорости элюента (и) для фенола (рис.4). Эффективность MN-200 выше, чем PLRP-S, а при низких скоростях ПФ сравнима с эффективностью гексадецилсиликагеля. При и > 20 см/мин зависимость h-u для MN-200 имеет плато и лучше описывается расширенным уравнением Ван-Деемтера или уравнением Родригеса, которое помимо вкладов вихревой (А), продольной (В) диффузии и сопротивления массопереносу (Q учитывает вклад конвекции (К):

h = A(u)+^^ + (c(u)+K.(u))-u- и позволяет сравнивать кинетику сорбции-u

десобции молекулы на поверхности неподвижной фазы.

При высоких скоростях ПФ эффективность MN-200 мало зависит от и, скорость массообмена между ПФ и ССПС значительно выше, чем для PLRP-S и Sil С16, что приводит к увеличению эффективности при использовании ССПС е хроматографии, а также сокращает время, необходимое для уравновешивания хроматографической колонки при смене ПФ.

200 -

Sil C16

)

Рис. 4. Зависимости относительной ВЭТТ (Л) от линейной скорости ПФ (и) для различных сорбентов. Модельное соединение: фенол. ПФ: АЦН-вода-уксусная кислота (50:49:1).

и, см/мин

Максимальная эффективность разделении получена для сферического ССПС MN-S-5G и составила 75-80 тыс. тг/м, Н « 12,5 мкм, h ~ 2,5 (рассчитано по пику резорцина).

АНИОНООБМЕННЫЕ СВОЙСТВА ССПС

Поверхность ССПС MN-20Ö имеет заряд, причем и величина, и знак дзета-потенциала зависят от pH ПФ (рис. 5). По литературным данным, наряду с углеродом и водородом MN-200 содержит небольшое количество хлора и около 6% кислорода. На поверхности MN-200 присутствуют кетонные, эфирные (R-O-R') и спиртовые функциональные группы, а также катионообменные группы трех типов: слабо, сильно кислые и фенольные.

С , мВ

MN-200

9 pH

Рис. 5. Дзета-потенциал (!;) поверхности немодифицированного ССПС М№200.

(51геа1 М. //Trans.LChem.Eng. 1998. У.76. Р. 115-126.)

Условия: суспензию микрочастиц ССПС титровали 0,1 М НС1 или 0,1 М ЫаОН.

Положительный заряд поверхности ССПС МК-200, по-видимому, связан с присутствием кислорода в полимерной матрице. В этом случае ССПС является анионообменником нового типа, поскольку его анионообменные группы — это протонированные карбонильные группы: '

\„ _ + __пн_Делокализация заРяда

у -у - в полимерной матрице

Удерживание неорганических анионов на ССПС определяется зарядом поверхности сорбента и концентрацией элюента, зависимость V - рН имеет максимум (рис. 6), положение которого зависит от природы элюента и смещается в сторону уменьшения рН при уменьшении элюирующей способности кислоты в ряду: НСЮ4 > НК03 > Н2804. Профили ^-потенциала ММ-200 и микросферического ССПС МЫ-Б-Ю совпадают, но к' всех анионов на МЫ-Б-Ю выше, чем на МЫ-200 из-за более высокой концентрации анионообменных групп.

Рис. 6. Зависимость удерживания неорганических анионов от рН ПФ. Колонка: МК-Э-Ю, ПФ: 0,005-10 мМ хлорная кислота.

3.5 «0 45

РН

Ряд селективности ССПС по отношению к неорганическим анионам Г", Н2Р04~ < СГ < < ВГ < ВЮ3~< < < СЮ3"< ЫОг" < I" < БО«,2"- СЮ4"<< БС^« Ю4"

отличается от ряда селективности на традиционных анионообменниках,

содержащих четвертичные аммониевые группы, двумя особенностями:

относительно слабым удерживанием БО/" и сильным удерживанием N02".

Вероятно, нитрит удерживается на поверхности ССПС за счет специфических

взаимодействий с ОН-группами с образованием эфира:

полимерная

г «члллОН + НЫОо матрица ""

Слабое удерживание сульфата связано с сильным отталкиванием двухзарядного аниона от отрицательно заряженных групп на поверхности ССПС.

Влияние ионной силы и температуры на удерживание неорганических анионов на ССПС невелико. Значения их теплот адсорбции лежат в интервале от -2 до 19 кДж/моль, что говорит о преимущественно анионообменном механизме удерживания неорганических анионов на ССПС. Несмотря на невысокую эффективность (~3400 тг/м), на ССПС М^Б-Ю удалось разделить 6-1 неорганических анионов (рис.7).

полимерная _ + ■>г матрица

Г 1

Рис. 7. Разделение неорганических анионов на МN-8-10. Колонка: 250x4,6 мм, ПФ: 0,2 мМ хлорная кислота,

объемная скорость ПФ 1,5 мл/мин. Детектирование кондуктометрическое.

Г"

15 20 0 *

Время, мин.

<0 и 20

2^«

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ РАЗНЫХ КЛАССОВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ССПС Фенол н его хлор-, нитро- и метнлпроизводные

Зависимости фенолов на ССПС от содержания АЦН в ПФ, описываются уравнениями второго порядка (г2=0,999): 1д к' = а- тХ + (/X2, где X— концентрация органического растворителя в ПФ, об.%. Форма зависимостей к'-рН ПФ для фенолов (рис.8) несколько отличается от традиционной для ОФ ВЭЖХ: в области рН 5,4-6,5 наблюдали небольшое увеличение к фенолов, что связано с изменением заряда поверхности ССПС с положительного при рН<4,3 на отрицательный при рН>4,3. Область максимального удерживания фенолов соответствует области нейтральности поверхности сорбента, смещение которой в сторону более высоких рН связано с присутствием органического растворителя в ПФ.

л-л-взаимодействия электронов ароматических колец в структуре ССПС с молекулами фенолов вносят значительный вклад в механизм удерживания фенолов. Значения к' всех изученных фенолов на колонке, заполненной ССПС выше, чем на других сорбентах, в том числе и на немодифицированном ПС-ДВБ сорбенте РЬЯР-Б. Использование микросферических ССПС позволяет разделять сложные смеси фенолов, относящихся к приоритетным экотоксикантам (рис.9), при этом эффективность, рассчитанная по пику фенола, составила около 50000 тт/м.

Рис. 8. Зависимость удерживания

о1.

фенолов от рН ПФ. Элюент: 5мМ фосфатный буфер- АЦН (50:50), сорбент: МК-200. 1 - фенол; 2 - п-крезол; 3 - м-крезол; 4 - п-нитрофенол;

5 - о-крезол;

6 - 2,6-диметилфенол;

7 - о-нитрофенол;

8 - 2,4-динитрофенол.

рН

Окси-, аминофенолы и фенилендиамины

Недавние исследования показали, что окси-, аминофенолы и фенилендиамины в больших концентрациях могут наносить вред здоровью человека. Ввиду низкой селективности большинства сорбентов к этим гидрофильным органическим соединениям, их ОФ ВЭЖХ разделение и определение представляет сложную аналитическую задачу, особенно в случае изомерных аминофенолов, поскольку их хроматографические пики в значительной мере асимметричны ввиду дополнительных взаимодействий сорбент-сорбат. ССПС имеет высокое сродство к гидрофильным ароматическим соединениям и позволяет повысить селективность их разделения.

Зависимости С(АЦН) для окси- и аминофенолов, как и в случае хлор-, нитро- и метилпроизводных, хорошо описываются уравнениями 2-го порядка с коэффициентами корреляции, близкими к 1. Механизм удерживания

Рис. 9. Хроматограмма смеси фенола (1), п-нитрофенола (2), 2,6-диметилфенола (3), 4-хлор-3-метилфенола (4), о-нитрофенола (5), 2,4-дюоюрфенола (6), 2,4-динитрофенола (7) и 2,4,6-трихлорфенола (8). Колонка: МЫ-Б-ЗО, 150x4,6 мм, ПФ: АЦН - 20 мМ фосфорная кислота (70:30), объемная скорость ПФ 0,5 мл/мин, детектирование УФ 280 нм.

-Г"

15 20

Время, мин.

этих производных фенола помимо неспецифических дисперсионных взаимодействий включает п-я-взаимодействия с ароматическим кольцом, причем роль вторых достаточно велика. Удерживание оксифенолов в диапазоне рН от 4 до 6,5 практически не изменяется, а протонирование аминофенолов при рН ниже 5,5 приводит к уменьшению их к'(рис.10).

к'

12 -

Рис. 10. Зависимость удерживания амино- и оксифенолов от рН. Колонка: МЫ-8-5С. ПФ: АЦН - 5 мМ фосфат калия (30:70).

1 - л-аминофенол, 2 - гидрохинон, 3 - .м-аминофенол, 4 - резорцин, 5 - о-аминофенол, 6 - пирокатехин

рн

Для подавления вторичных взаимодействий аминофенолов с неподвижной фазой в ПФ добавляли фосфат или цитрат аммония, увеличение концентрации которых приводит к уменьшению удерживания аминофенолов и к улучшению формы их пиков. Увеличение концентрации фосфата аммония до 0,3 М наиболее эффективно подавляет вторичные взаимодействия с сорбентом. Использование ССПС позволяет разделять сложные смеси окси-, аминофенолов и п-фенилендиамина (рис.11). Разделение изомерных фенилендиаминов на ССПС (рис.12) проводили прирН >11, что невозможно при использовании ХМК.

I-1-1-г

0 5 Ю 15

Время, мин. Рис. 12. Хроматограмма смеси изомерных фенилендиаминов на МЫ-Б-бО. ПФ: АЦН -К3Р04,рН 11,5 (50:50), остальные условия как на рис.11.

0 5 Ю 15 20

Время, мин. Рис. 11. Хроматограмма модельной смеси окси-, аминофенолов, метола и п-фенилендиамина. Колонка: ММ-Э-ЗО, 250x4,6 мм, ПФ АЦН - 0,ЗМ МН4Н2Р04 (рН 5,15) (25:75), объемная скорость ПФ 0,5 мл/мин, детектирование УФ 280 нм.

Алифатические карбоновые кислоты.

Изучение особенностей хроматографического удерживания и разделения ряда алифатических моно-, ди-, три- и оксикарбоновых кислот на колонках, заполненных немодифицированным ССПС, показало, что зависимость их удерживания к' от рН при постоянной ионной силе (С(Ма28 04) = 7,5 мМ) имеет форму, характерную для удерживания кислот в ОФ ВЭЖХ. Селективность разделения карбоновых кислот на ССПС максимальна при рН ниже 2, где все исследуемые кислоты находятся в молекулярной форме и удерживаются в основном по обращенно-фазовому механизму. Зависимости \2.к' - С(АЦН) для гидрофильных кислот (щавелевая, винная) практически линейны, для более гидрофобных гомологов они лучше описываются квадратичной функцией, что говорит о наличии дополнительных взаимодействий. Удерживание всех исследованных кислот на ССПС выше, чем на сульфированном ПС-ДВБ сорбенте для ион-эксклюзионной хроматографии.

Хроматографические пики алифатических моно-, ди-, три- и оксикарбоновых кислот имеют симметричную форму и хорошо разрешены, что позволяет использовать ССПС для разделения сложных смесей кислот (рис. 13 и 14), и, возможно, для их количественного определения в различных объектах, в том числе в винах (рис. 15). Предварительную пробоподготовку образца вина не проводили, и присутствие в пробе 10-11 об.% этилового спирта не препятствует разделению.

1 3

Рис. 13. Хроматограмма модельног смеси муравьиной (1), уксусной (2) пропионовой (3), а-броммасляной (4) \ масляной (5) кислот. Колонка: МЫ-Б-бО, 250x4,6 мм, ПС АЦН - 20 мМ фосфорная кислот; (19:81), объемная скорость ПФ О,' мл/мин, детектирование УФ 210 нм.

-г~-1-1—

10 15 20 25

Время, мин.

Рис. 14. Хроматограмма модельной смеси кислот.

Колонка: МЫ-5-50, 250x4,6 мм, ПФ АЦН - 20 мМ фосфорная кислота (5:95), объемная скорость ПФ 1 мл/мин, детектирование УФ 210 нм.

1 - щавелевая, 2 - винная, 3 - муравьиная, 4 - яблочная, 5 - молочная, 6 - уксусная, 7 - лимонная, 8 - янтарная, 9 - малеиновая, 10 - пропионовая.

—1-I-1-г~

10 15 20 25

Время, мин.

Ароматические карбоновые кислоты.

ССПС перспективен для разделения и определения ароматически карбоновых кислот и позволяет с высокой селективностью разделять сорбиновуь и бензойную кислоты (рис. 16,а) в том числе в напитках (рис. 16,6 и в Увеличение числа я-электронов ведет к существенному увеличент удерживания, поэтому бензойная кислота, имеющая 6 тс-электроно[ удерживается сильнее, чем сорбиновая, в молекуле которой содержится 4 л электрона. Предложена методика определения этих кислот в напитках тип «Кола» (табл.4), где одновременно с кислотами можно контролироват содержание кофеина и аспартама.

О 10 20 30

Время, мин.

Рис. 16. Хроматограммы модельной смеси кислот (а) и напитков Пепси лайт (б) и Кола I (в). Колонка: МЫ-5-50, 250x4,6 мм, ПФ: АЦН -20 мМ фосфорная кислота (50:50), объемная скорость ПФ 0,5 мл/мин, детектирование УФ 254 им. Объем пробы 10 мкл.

1 - аспартам,

2 - кофеин,

3 - бензойная кислота,

4 - сорбиновая кислота.

Рис. 15. Хроматограмма образца сухого белого вина. Объем пробы 20 мкл.

Колонка: ММ-8-50,250x4,6 мм, ПФ: АЦН - 20 мМ фосфорная кислота (5:95), объемная скорость ПФ 1 мл/мин, детектирование УФ 210 им.

1 - винная, 2 - яблочная, 3 - молочная, 4 - уксусная, 5 - лимонная, 6 - малоновая, 7- янтарная, 8 - малеиновая, 9 - фумаровая.

а)

б)

в)

Ю 15 Я

Время, мин.

Таблица 4. Характеристики методики и результаты определения сорбиновой и

Кислота ПО, мМ Диапазон определяемых содержаний, мМ Содержание, мг/л

Пепси лайт Кола I Кола II

Бензойная Сорбиновая 3,8х10"2 3,2x10'5 6,0x10"2-3,0 4,8х10'5-2,0х10"3 115+3 8+2 121+4

Одновременное разделения сложных смесей ароматических moho-, ди три- и тетракарбоновых кислот можно проводить на ССПС MN-S-5G (рис. 17). ] ряду изомерных moho-, ди-, три- и тетрабензолкарбоновых кислот tR изменяете следующим образом:

1,3,5-<1,2,4,5-<1,2,3,4-<1,3-<1,4-<1,2,4-<1,2,3-«1,2-<бензойная з

Рис. 17. Хроматограмма модельно смеси ароматических кислот. Колонка: ММ-Б-бО, 250x4,6 мм, ГЫ АЦН - 20 мМ фосфорная кислота (45:55 объемная скорость ПФ 1 мл/мш детектирование УФ 235 нм. 1 - тримезиновая, 2 - пиромеллитовая, 3 - прегниновая, 4 - изофталевая, 5 - терефталевая, 6 - тримеллитовая, 7 - гемимеллитовая, 8 - фталевая, 9 - бензойная.

т-1-г"

5 10 15

Время, мин.

Разделение ди-н-алкилфталатов

Ди-н-алкилфтапаты широко используют в качестве пластификаторо Селективность микросферических ССПС сорбентов к алкильным группа а(СНг) практически одинакова, а разрешающая способность достаточна д." разделения смеси первых восьми членов гомологического ряда ди-; алкклфталатов при использовании АЦН в качестве ПФ (рис. ¡8).

Рис. 18. Хроматограмма смеси ди-н алкилфталатов.

Колонка: МЫ-8-50, 250x4,6 мм, ПФ: АЦН объемная скорость ПФ 0,5 мл/мин детектирование УФ 254 нм. 1 - диметилфталат; 2 - диэтилфталат; 3 - ди-н-пропилфталат; 4 - ди-н-бутилфталат; 5 - ди-н-пентилфталат; 6 - ди-н-гексилфталат

7 - ди-н-гептилфталат;

8 - ди-н-октилфталат.

Время, мин.

Определение содержания окси-, аминофенолов и фенилендиамииов в красках для волос методом ОФ ВЭЖХ на сверхсшитом полистироле.

В состав красок для волос, обеспечивающих долговременное окрашивание, помимо парфюмерных добавок, экстрактов трав и ПАВ входят один или несколько изомерных окси- и аминофенолов (чаще всего л-аминофенол и резорцин), а также м- или л-фенилендиамин. ССПС позволяет разделять сложные смеси окси-, аминофенолов и фенилендиамииов (рис.11,12). Воспроизводимость времен удерживания всех компонентов смеси достаточно высока (бг < 0,004). Была предложена методика определения этих соединений в красках для волос. Перед ВЭЖХ определением фенолов и фенилендиамииов проводили пробоподготовку, включающую гомогенизирование, разбавление пробы и ее фильтрование через патрон с октилсиликагелем, поскольку краски содержат гидрофобные компоненты, которые могут сорбироваться на хроматографической колонке и мешать определению. Правильности методики, включающей пробоподготовку и ВЭЖХ определение, проверяли методом «введено-найдено» на примере оксифенолов (табл.5). Хроматограмма одного из образцов красок представлена на рис. 19, результаты определения - в табл. 6.

Таблица 5. Характеристики методики определения окси-, аминофенолов и п-фенилендиамина в красках для волос методом ОФ ВЭЖХ на ССПС \1N-S-5G и

оценка ее правильности (п=3, Р=0,95). Объем пробы 20 мкл.

Соединения ПО, мкг/мл Диапазон определяемых содержаний, мкг/мл Введено, мкг/мл* Найдено, мкг/мл* sr

Пирокатехин 0,11 0,25 - 50 21,8 19,9±0,3 0,08

Резорцин 0,09 0,20-50 19,9 19,5+0,3 0,09

Гидрохинон 0,06 0,15-40 14,9 14,5±0,5 0,09

о-аминофенол 0,15 0,30-50

лг-аминофенол 0,11 0,25-50

л-аминофенол 0,05 0,10-30

л-фенилендиамин 0,10 0,20-30

э s 'О >5

Время, мим.

Таблица 6. Результаты ОФ ВЭЖХ определения окси-, аминофенолов и л-фенилендиамина в красках для волос (мае. %х!02) на ССПС М>Т-5-50. (п=3, Р=0,95).

Соединения Ро'колор I Ро'колор II L'Oreal

Резорцин 0,3±0,1 - 1,1+0,1

Гидрохинон 2,1+0,1 - -

о-аминофенол 6,0±0,4 - -

.и-аминофенол 24,9+0,7 17,2±0,6 19,0+0,5

я-аминофенол 14,6±0,5 22,0+0;7 21,0±0,5

л-фенилендиамин 4,6±0,3 8,4+0,4 2,2±0,2

Рис. 19. Хроматограмма краски для волос Ро'колор I. Условия как на рис. 12. Объем пробы 20 мкл. 1 - гс-аминофенол, 2 - и-метиламинофенол, 3 - я-фенилендиамин, 4 - гидрохинон, 5 - лг-аминофенол, 6 - резорцин, 7 - о-аминофенол, 8 - неизвестное вещество.

Хроматографическое определение пирокатехина, резорцина и гидрохинона в воде с предварительным концентрированием в режиме on-Iir на концентрирующей колонке, встроенной в петлю инжектора

Была изучена адсорбция оксифенолов в статических и динамичесю условиях. Изотермы адсорбции пирокатехина, резорцина и гидрохинона на ССП MN-200 в диапазоне равновесных концентраций фенолов в водном растворе 0,0 1,6 мМ удовлетворительно описываются уравнением Ленгмюра. Значения D ряду гидрохинон (370 мл/г)< резорцин (550 мл/г)< пирокатехин (1500 мл/ соответствует росту гидрофобности этих соединений.

Для изучения сорбции оксифенолов на ССПС из водного раствора динамических условиях были построены их динамические выходные кривые пр скорости пропускания 2 мл/мин и концентрации фенола 25 мкг/мл. Значеш динамической емкости ССПС для пирокатехина, резорцина и гидрохино1 составили 15,3, 11,2 и 11,3 мг/г соответственно. Сравнение различных сорбентс показало (табл. 7), что степени извлечения оксифенолов на ССПС намного выш чем на других полимерных сорбентах, имеющих среднюю (PLRP-S) и высоку (LiChrolut, Envichrom, Amberchrom) степень сшивки и сравнимы с результатау концентрирования на графитированной саже (Hypercarb).

Таблица 7. Степени извлечения (%) оксифенолов при динамическом сорбционном концентрировании на сорбентах разных типов. Концентрация оксифенолов при концентрировании из 20 мл образца воды - 25мкг/л, 50 мл - 1

мкг/л, 100 мл - 20 мкг/л.

Сорбент MN-200 Hypercarb PLRP-S 100 Amberchrom Envichrom LiChrolut EN

Объем пробы, мл 20 50 20 50 100 100 100 100

Пирокатехин 95 85 87 52 <0,1 3,5 3 17

Резорцин 99 97 98 66 <0,1 0,7 1 16

Гидрохинон 82 59 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1

Для повышения чувствительности хроматографического определения чаг всего используют on-line концентрирование, которое позволяет упрости пробоподготовку, повысить точность и воспроизводимость определения, а таю уменьшить время анализа и затраты на него. При использовании обычно хроматографического оборудования, включающего инжектор Rheodyne 712 концентрирующую колонку помещают в петлю инжектора, и раствор проб через нее пропускают с помощью второго дополнительного насоса.

ССПС MN-200, наиболее перспективный сорбент для динамическо концентрирования оксифенолов, обладает высокой селективностью i разделения, которое можно проводить в изократических условиях. Предложенн методика хроматографического определения пирокатехина, резорцина гидрохинона в воде с предварительным концентрированием в режиме on-line

концентрирующей колонке, встроенной в петлю инжектора, позволяет определять оксифенолы при содержании до 2-3 мкг/л. Правильность методики проверена на образце воды методом "введено-найдено" (табл. 8). Хроматограммы этого образца представлены на рис. 20.

Рис. 20. Хроматограмма образца воды с добавками гидрохинона (1), резорцина (2) и пирокатехина (3) после динамического концентрирования из 50 мл раствора на концентрирующей колонке, встроенной в петлю инжектора.

Концентрирующая колонка: МЫ-200 (25-35 мкм), 50x4,6 мм, скорость пропускания пробы воды 1,5 мл/мин.

Аналитическая колонка: ММ-200 (12 мкм), 150x3 мм. ПФ: АЦН-вода (13:87), 0,7 мл/мин. Детектирование УФ 280 нм.

Концентрации в образце: гидрохинона и резорцина - 10 мкг/л, пирокатехина - 15 мкг/л.

Таблица 8. Характеристики методики ВЭЖХ определения оксифенолов в воде с предварительным сорбционным концентрированием в режиме on-line и оценка ее правильности (п=3, Р=0.95). Объем пробы 50 мл___

Фенолы ПО, мкг/л Диапазон определяемых содержаний, мкг/л Введено, мкг/л Найдено, мкг/л sr

Пирокатехин 0,5 2-300 11,2 11 ±2 0,09

Резорцин 0,8 3-350 13,2 11 ±3 0,07

Гидрохинон 0,9 3-300 12,0 10 ±3 од

РАЗДЕЛЕНИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ССПС Разделение сульфаниламидов

Препараты этой группы являются активными противомикробными средствами и в настоящее время широко используются в медицинской практике. Определение сульфаниламидных препаратов проводят в сильнощелочной среде при рН выше 9, где их пределы обнаружения значительно ниже, а селективность разделения выше, чем в кислой среде. Использование ХМК в этих условиях невозможно ввиду их невысокой устойчивости, поэтому для разделения сульфаниламидов обычно используют ПС-ДВБ сорбенты. Удерживание сульфаниламидов на ССПС изучали при рН 9,18 и рН 2, концентрацию АЦН в ПФ варьировали в диапазоне 14-50 об.%. Оптимальное разделение смеси 10 сульфаниламидов на МЫ-5-50 (рис. 21) получили при использовании щелочного элюента, где хроматографические пики симметричны, эффективность разделения

о 15 зо Время, мин.

достигает 55000 тт/м. При разделении той же смеси с использованием кисло: элюента (рис. 22) форма пиков сульфаниламидов несимметрична, эффективность уменьшается до 25000 тт/м.

1III> гп О 2 4 6 8 10 27 30

Время, мин. Рнс. 21. Хроматограмма смеси сульфаниламидов. Колонка: \1N-S-5G, 250x4,6 мм, ПФ: АЦН - 10 мМ боратный буфер, рН 9,18 (18:82), объемная скорость ПФ 0,5 мл/мин, детектирование УФ 254 нм.

1 - сульфаниловая кислота,

2 - сульфацил, 3 - сульфаметоксазол, 4 - этазол, 5 - норсульфазол,

6 - сульфадиметоксин,

7 - сульфадимезин, 8 - сульгин, 9 - сульфаниламид.

0 5 10 15 20

Время, мин. Рис. 22. Хроматограмма смеси сульфаниламидов. Колонка: МЫ-З-5О, 250x4,6 мм, ПФ: АЦН - 20 мМ фосфорная кислота (50:50), объемная скорость ПФ 0,5 мл/мин. детектирование УФ 254 нм.

1 - сульфаниловая кислота,

2 - сульфаниламид,

3 - сульфадиметоксин, 4 - этазол,

5 - норсульфазол, 6 - сульгин, сульфаметоксазол.

Разделение метилксантинов.

В настоящее время большое внимание уделяют контролю содержан алкалоидов группы метилксантинов в пищевых продуктах и лекарственш препаратах. Было изучено удерживание важнейших представителей это прут соединений: кофеина, теобромина и теофиллина на ССПС ММ-5-50 п содержании АЦН в ПФ от 20 до 50 об.%. Удерживание увеличивается в ря; теобромин <теофиллин < кофеин. Хроматограмма смеси этих трех алкалоидов также хроматограмма образца цейлонского чая представлены на рис.! Хроматографические пики метилксантинов симметричны, эффективное разделения составляет около 25000 тт/м.

а)

б)

4 в

0 2 4 б 3 10

Время, мин.

Рис. 23. Хроматограмма смеси метилксантинов (а) и образца цейлонского чая (б). Колонка: МЫ-8-50,250x4,6 мм, ПФ: АЦН - 10 мМ фосфорная кислота, (50:50), объемная скорость ПФ 0,5 мл/мин, детектирование УФ 254 нм. 1 - теобромин, 2 - теофиллин, 3 - неизвестное вещество, 4 - кофеин.

1. Предложен и изучен новый класс сорбентов для ВЭЖХ - микродисперсные сверхсшитые полистиролы, имеющие структуру, принципиально отличающуюся от обычных ПС-ДВБ сорбентов. Особенностью ССПС является высокая механическая и гидролитическая стабильность, высокое сродство к ароматическим соединениям и значительный вклад л-л-взаимодействий в механизм удерживания.

2. Установлено, что немодифицированный сверхсшитый полистирол является анионообменником нового типа, свойства которого определяются наличием на поверхности протонированных карбонильных групп. Селективность этого сорбента по отношению к неорганическим анионам существенно отличается от традиционной.

3. Высокая степень сшивки и жесткость матрицы ССПС позволяют достигать эффективности 80000 тт/м при диаметре частиц 5 мкм, что значительно выше, чем у других ПС-ДВБ сорбентов.

4. В условиях ОФ ВЭЖХ изучено удерживание фенолов и органических азотсодержащих соединений на колонках со сверхсшитым полистиролом сферической и нерегулярной формы. Для этого сорбента установлена высокая селективность разделения изомерных амино-, оксифенолов и фенилендиаминов, а также сульфаниламидных препаратов и алкалоидов группы ксантинов.

5. В условиях ОФ ВЭЖХ изучено удерживание ароматических и алифатических карбоновых кислот на ССПС. Использование этого сорбента перспективно для разделения сложных смесей алифатических и изомерных ароматических moho-, ди-, три-, тетра- и оксикарбоновых кислот.

6. Изучена адсорбция пирокатехина, резорцина, гидрохинона и фенола на ССПС в статических и динамических условиях. По эффективности динамического сорбционного концентрирования гидрофильных фенолов ССПС значительно превосходит все ранее использованные для этой цели сорбенты.

ВЫВОДЫ

7. Предложены методики одновременного определения амино-, оксифенолов и i фенилендиамина в промышленно выпускаемых красках для волос и определеш сорбиновой и бензойной кислот в безалкогольных напитках, а также методш ВЭЖХ определения оксифенолов в водах с динамическим концентрированием режиме on-line.

Основные результаты диссертации изложены в следующих статьях:

1. Penner N.A., Nesterenko P.N., Ilyin М.М., Tsyurupa M.P., Davankov V.v Investigation of properties of hypercrosslinked polystyrene as stationary phase f high performance liquid chromatography. // Chromatography. 1999. V. 50. P. 61 620.

2. Penner N.A., Nesterenko P.N. Anion-exchange ability of neutral hydrophob hypercrosslinked polystyrene. // Anal. Commun. 1999. V.36. N.5. P. 199-201.

3. Penner N.A., Nesterenko P.N., Khryashchevskii A.V., Stranadko T.N., Shpigun O.j The novel stationary phase for high performance liquid chromatographic separatii and determination of phenols. // Mendeleev Commun. 1998. P.24-27.

и тезисах:

1. Пеннер H.A., Хоретоненко M.B. Изучение хроматографического удерживая] фенолов на сверхсшитом полистироле. Тезисы Международной конференщ студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-97 Москва. 8-10 апреля 1997 года. С.9.

2. Пеннер Н.А., Рыбалко М.А. Разделение нейтральных гидрофильнь органических соединений на колонке, заполненной сверхсшить полистиролом. Тезисы Международной конференции студентов и аспирант! по фундаментальным наукам «Ломоносов-98». Москва. 7-10 апреля 1998 С.14.

3. Пеннер Н.А., Нестеренко П.Н. Жидкостная хроматография фуллеренов сверхсшитом полистироле. Тезисы Всероссийского симпозиума по теории практике хроматографии и электрофореза. Москва. 13-17 апреля. 1998 г. С. 13'

4. Пеннер Н.А., Нестеренко П.Н. Оценка применимости сверхсшито полистирола для использования в качестве неподвижной фазы в ВЭЖ Тезисы Всероссийского симпозиума по теории и практике хроматографии электрофореза. Москва. 13-17 апреля 1998 г. С. 82.

5. Пеннер Н.А., Нестеренко П.Н., Рыбалко М.А.. Разделение нейтральш гидрофильных органических соединений на колонке, заполнен» сверхсшитым полистиролом. Тезисы докладов Всероссийского симпозиума химии поверхности, адсорбции и хроматографии. Москва. 12-16 апреля 1999 С.237.

6. Davankov V.A., Ilyin М.М., Tsyurupa М.Р., Penner N.A., Nesterenko P. Hypercrosslinked Polystyrene - Promising Column Packing Material ] Preconcentration and HPLC Analysis of Organic Compounds. Proceedings of t Fifth Asian Conference on Analytical Sciences (Asianalysis V). Xiamen. 4-7 M 1999. P. 257.

7. Sotchilina K., Sotchiline V., Davankov V., Ilyin M., Tsyurupa M., Penner 1 Nesterenko P. New polystyrene sorbents for sample preconcentration and as HPI column packing material. Abstracts of Papers of XXIII International Symposium HPLC. Granada. 1999. P.B 5/31.

8. Penner N.A., Nesterenko P.N. Could the neutral hypercrosslinked polystyrene be anion-exchanger? Abstracts of Papers of XII International Ion Chromatograp Symposium. San Jose. 12-15 September 1999. P. 57.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата химических наук, Пеннер, Наталия Александровна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ СОРБЕНТОВ В ОФ ВЭЖХ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

1.1. Классификация сорбентов для ОФ ВЭЖХ.

1.2. Основные типы полимерных сорбентов для ОФ ВЭЖХ.

1.3. Преимущества и недостатки полимерных сорбентов.

1.4. Получение полимерных сорбентов для ОФ ВЭЖХ.

1.5. Основные характеристики полимерных сорбентов для ОФ ВЭЖХ.

1.6. Применение полимерных сорбентов для разделения молекул с небольшой молекулярной массой методом ОФ ВЭЖХ.

1.7. Хроматографические свойства полимерных сорбентов.

1.7.1. Механизм удерживания молекул на полимерных сорбентах для ОФ ВЭЖХ.

1.7.2. Влияние пористой структуры на хроматографические свойства.

1.7.3. Влияние состава подвижной фазы.

1.7.4. Эффективность колонок, заполненных полимерными сорбентами.

1.8. методы изучения физико-химических свойств полимерных сорбентов.

1.8.1. Оценка механической прочности и фактора набухания.

1.8.2. Изучение пористой структуры сорбентов.

1.9. Сравнение свойств полимерных сорбентов и химически модифицированных кремнеземов.

1.10. Сорбенты на основе сверхсшитого полистирола.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Растворы и реагенты.

2.2. Сорбенты.

2.3. Аппаратура.

2.4. Методика эксперимента.

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВЕРХСШИТОГО ПОЛИСТИРОЛА КАК СОРБЕНТА ДЛЯ ВЭЖХ.

3.1. Механическая прочность и степень набухания сверхсшитого полистирола.

3.2. Пористая структура сверхсшитого полистирола.

3.3. Гидрофобные свойства сверхсшитого полистирола.

3.4. Вклад л-л-взаимодействий в механизм удерживания на сверхсшитом полистироле.

3.5. Структурная селективность сверхсшитого полистирола.

3.6. Влияние скорости подвижной фазы на эффективность колонок, заполненных сверхсшитыми полистиролами.

ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ АНИОНООБМЕННЫХ СВОЙСТВ СВЕРХСШИТОГО ПОЛИСТИРОЛА.

4.1. Природа функциональных групп на поверхности MN-200.

4.2. Удерживание неорганических анионов на MN-200.

4.2. ¡.Влияние природы и рН элюента на удерживание неорганических анионов.

4.2.2. Влияние ионной силы.

4.2.3. Влияние температуры.

4.3. Изучение удерживания неорганических анионов на MN-S-10.

ГЛАВА 5. РАЗДЕЛЕНИЕ ФЕНОЛА И ЕГО ХЛОР-, НИТРО- И МЕТИЛПРОИЗВОДНЫХ НА СВЕРХСШИТЫХ ПОЛИСТИРОЛЬНЫХ СОРБЕНТАХ.

5.1. Влияние рН буферного раствора в составе подвижной фазы на удерживание фенолов.

5.2. Влияние содержания органического растворителя в подвижной фазе на удерживание фенолов.

5.3. Сравнение удерживания фенолов на сорбентах разной природы.

5.4. Применение сверхсшитого полистирола в качестве неподвижной фазы для разделения смеси фенолов методом ОФ ВЭЖХ.

5.5. Сравнение сорбентов для динамического сорбционного концентрирования фенола.

ГЛАВА 6. РАЗДЕЛЕНИЕ ОКСИ-, АМИНОФЕНОЛОВ И ФЕНИЛЕНДИАМИНОВ НА СВЕРХСШИТЫХ ПОЛИСТИРОЛЬНЫХ СОРБЕНТАХ.

6.1. Влияние состава подвижной фазы на удерживание.

6.2. Разделение окси-, аминофенолов и фенилендиаминов на сверхсшитом полистироле.

6.3. Определение содержания окси-, аминофенолов и фенилендиаминов в красках для волос методом ОФ ВЭЖХ на сверхсшитом полистироле.

6.4. Изучение сорбции оксифенолов на сверхсшитом полистироле в статических и динамических условиях.

6.5. Хроматографическое определение пирокатехина, резорцина и гидрохинона в воде с предварительным концентрированием в режиме on-line на концентрирующей колонке, встроенной в петлю инжектора.

ГЛАВА 7. РАЗДЕЛЕНИЕ АЛИФАТИЧЕСКИХ И АРОМАТИЧЕСКИХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ НА СВЕРХСШИТОМ ПОЛИСТИРОЛЕ.

7.1. Алифатические кислоты.

7.2. Ароматические кислоты.

7.3. Определение содержания бензойной и сорбиновой кислот в напитках методом ОФ ВЭЖХ на сверхсшитом полистироле.

ГЛАВА 8. РАЗДЕЛЕНИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ НА СВЕРХСШИТОМ ПОЛИСТИРОЛЕ.

8.1. Разделение сульфаниламидов.

8.2. Разделение метилксантинов.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертация по химии, на тему "Сверхсшитые полистирольные сорбенты для высокоэффективной жидкостной хроматографии"

Актуальность темы. Одной из наиболее важных задач современной ОФ ВЭЖХ является разработка универсальных сорбентов, селективных к различным группам органических соединений. Расширение круга анализируемых объектов, в частности необходимость разделения большого числа азотсодержащих органических оснований и использования подвижных фаз с высокими рН, выдвигает ряд специальных требований к сорбентам, используемым для разделения, среди которых: высокая химическая и гидролитическая стабильность и отсутствие на поверхности сильных адсорбционных центров. Химически модифицированные кремнеземы не удовлетворяют этим требованиям, ввиду их невысокой устойчивости в щелочных элюентах и присутствия силанольных групп на поверхности. В настоящее время основной тенденцией в исследованиях по созданию новых неподвижных фаз для ВЭЖХ является разработка сорбентов на основе различных органических полимеров. Наибольшее внимание среди сорбентов этой группы привлекают ПС-ДВБ сорбенты, которые, однако, не лишены недостатков, характерных для всех полимерных сорбентов, главным из которых является невысокая эффективность, ввиду недостаточной жесткости их структуры.

Возможным путем решения этой проблемы может быть использование сверхсшитых полистиролов, представляющих новое поколение полимерных сорбентов, синтез и структура которых принципиально отличаются от других ПС-ДВБ сорбентов. Они имеют ряд новых уникальных физико-химических свойств, таких как: высоко развитая удельная поверхность, сочетание гидрофобности и смачиваемости водой поверхности частиц сорбентов, исключительно высокая жесткость полимерной структуры и выраженное сродство к некоторым классам органических соединений. Совокупность этих качественно новых для полимерных сорбентов свойств позволяет выделить сверхсшитые полистиролы в отдельную группу неподвижных фаз перспективных для использования в ВЭЖХ.

Цель и задачи исследования. Целью работы была оценка применимости и изучение свойств сверхсшитого полистирола как неподвижной фазы для высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Конкретные задачи исследования были следующими:

- изучение физико-химических свойств сверхсшитого полистирола и механизма удерживания на нем, сравнение его свойств со свойствами других сорбентов для ВЭЖХ,

- изучение закономерностей хроматографического удерживания органических соединений разных классов на колонках, заполненных сверхсшитым полистиролом,

- разработка методик определения гидрофильных ароматических соединений методом ОФ ВЭЖХ на сверхсшитом полистироле в различных объектах, в том числе в природных водах с предварительным сорбционным концентрированием.

Научная новизна. Изучен новый класс сорбентов для ВЭЖХ -микродисперсные сверхсшитые полистиролы, имеющие структуру, принципиально отличающуюся от обычных ПС-ДВБ сорбентов.

При изучении физико-химических свойств С СПС обнаружены уникальные особенности этих сорбентов: высокая механическая прочность и жесткость полимерной матрицы, что впервые позволило получить эффективность 75-80 тысяч тт/м для полимерного сорбента с размером частиц 5 мкм.

Особенностями хроматографических свойств ССПС являются: значительный вклад тг-я-взаимодействий в механизм удерживания, высокое сродство к гидрофильным органическим ароматическим соединениям, включая фенолы, сочетание высокой эффективности и селективности разделения изомерных полярных гидрофильных органических соединений. Показано, что ССПС является анионообменником нового типа и имеет протонированные карбонильные группы в качестве анионообменных.

На колонке, заполненной сверхсшитым полистиролом, впервые проведено одновременное разделение пирокатехина, резорцина, гидрохинона, о-, м-, п-аминофенолов, ^-N-метиламинофенола и w-фенилендиамина.

Практическая значимость. Проведена оценка возможностей нового класса сорбентов - сверхсшитых полистиролов - для разделения и определения различных органических соединений: экотоксикантов, консервантов, алкалоидов, антибиотиков, органических кислот в водах, пищевых продуктах, продукции косметической и фармацевтической промышленности. Разработаны методики ВЭЖХ определения на колонках, заполненных сверхсшитыми полистиролами:

- пирокатехина, резорцина, гидрохинона, о-, м-, и-аминофенолов и п-фенилендиамина в красках для волос,

- бензойной и сорбиновой кислот в газированных напитках.

Разработана методика определения в водах пирокатехина, резорцина и гидрохинона методом ОФ ВЭЖХ с предварительным on-line концентрированием на концентрирующей колонке, встроенной в петлю инжектора, нижняя граница определяемых содержаний фенолов составляет 2-3 мкг/л. На защиту выносятся следующие положения:

- возможность применения сверхсшитого полистирола в качестве неподвижной фазы в ОФ ВЭЖХ,

- результаты изучения физико-химических свойств сверхсшитого полистирола и вкладов различных взаимодействий в удерживание на нем,

- результаты изучения хроматографического удерживания различных классов органических соединений: фенола и его хлор-, нитро-, метил-, амино- и оксипроизводных, ПАУ, фталатов, фенилендиаминов, алифатических и ароматических карбоновых кислот, сульфаниламидных препаратов, ксантинов - в условиях ОФ ВЭЖХ на колонке, заполненной сверхсшитым полистиролом,

- результаты изучения концентрирования пирокатехина, резорцина, гидрохинона и фенола в статических и динамических условиях,

- методики определения пирокатехина, резорцина, гидрохинона, о-, м-, п-аминофенолов и и-фенилендиамина в красках для волос, бензойной и сорбиновой кислот в напитках, а также методика ОФ ВЭЖХ определения пирокатехина, резорцина и гидрохинона в водах с предварительным on-line концентрированием.

Апробация работы. Основные результаты диссертации изложены в 11 публикациях и доложены на XII Международном симпозиуме по ионной хроматографии (Сан-Хосе, 1999), XXIII Международном симпозиуме по высокоэффективной жидкостной хроматографии (Granada, 1999), V Азиатской конференции по аналитической химии Asianalysis V (Xiamen, 1999); Всероссийском симпозиуме по химии поверхности, адсорбции и хроматографии (Москва, 1999), Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-97» и «Ломоносов-98» (Москва), Всероссийском симпозиуме по теории и практике хроматографии и электрофореза (Москва, 1998).

Публикации по работе. Основные результаты диссертации изложены в следующих статьях:

1. Penner N.A., Nesterenko P.N., Ilyin М.М., Tsyurupa M.P., Davankov V.A. Investigation of properties of hypercrosslinked polystyrene as stationary phase for high performance liquid chromatography. // Chromatographia. 1999. V. 50. P. 611-620.

2. Penner N.A., Nesterenko P.N. Anion-exchange ability of neutral hydrophobic hypercrosslinked polystyrene. //Anal. Commun. 1999. V.36. N.5. P. 199-201.

3. Penner N.A., Nesterenko P.N., Khryashchevskii A.V., Stranadko T.N., Shpigun O.A. The novel stationary phase for high performance liquid chromatographic separation and determination of phenols. // Mendeleev Commun. 1998. P.24-27. и тезисах:

1. Пеннер H.A., Хоретоненко M.B. Изучение хроматографического удерживания фенолов на сверхсшитом полистироле. Тезисы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-97». Москва. 810 апреля 1997 года. С.9.

2. Пеннер H.A., Рыбалко М.А. Разделение нейтральных гидрофильных органических соединений на колонке, заполненной сверхсшитым полистиролом.

Тезисы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-98». Москва. 7-10 апреля 1998 г. С.14.

3. Пеннер Н.А., Нестеренко П.Н. Жидкостная хроматография фуллеренов на сверхсшитом полистироле. Тезисы Всероссийского симпозиума по теории и практике хроматографии и электрофореза. Москва. 13-17 апреля. 1998 г. С.139.

4. Пеннер Н.А., Нестеренко П.Н. Оценка применимости сверхсшитого полистирола для использования в качестве неподвижной фазы в ВЭЖХ. Тезисы Всероссийского симпозиума по теории и практике хроматографии и электрофореза. Москва. 13-17 апреля 1998 г. С. 82.

5. Пеннер Н.А., Нестеренко П.Н., Рыбалко М.А. Разделение нейтральных гидрофильных органических соединений на колонке, заполненной сверхсшитым полистиролом. Тезисы докладов Всероссийского симпозиума по химии поверхности, адсорбции и хроматографии. Москва. 12-16 апреля 1999 г. С.237.

6. Davankov V.A., Ilyin М.М., Tsyurupa М.Р., Penner N.A., Nesterenko P.N. Hypercrosslinked Polystyrene - Promising Column Packing Material for Preconcentration and HPLC Analysis of Organic Compounds. Proceedings of the Fifth Asian Conference on Analytical Sciences (Asianalysis V). Xiamen. 4-7 May 1999. P. 257.

7. Sotchilina K., Sotchiline V., Davankov V., Ilyin M., Tsyurupa M., Penner N., Nesterenko P. New polystyrene sorbents for sample preconcentration and as HPLC column packing material. Abstracts of Papers of XXIII International Symposium on HPLC. Granada. 1999. P.B 5/31.

8. Penner N.A., Nesterenko P.N. Could the neutral hypercrosslinked polystyrene be an anion-exchanger? Abstracts of Papers of International Ion Chromatography Symposium. San Jose. 12-15 September 1999. P. 57.

Заключение диссертации по теме "Аналитическая химия"

выводы

1. Изучен новый класс сорбентов для ВЭЖХ - микродисперсные сверхсшитые полистиролы, имеющие структуру, принципиально отличающуюся от обычных ПС-ДВБ сорбентов. Особенностью ССПС является высокая механическая и гидролитическая стабильность, высокое сродство к ароматическим соединениям и значительный вклад л-л-взаимодействий в механизм удерживания.

7. Предложены методики одновременного определения амино-, оксифенолов и п-фенилендиамина в промышленно выпускаемых красках для волос и определения сорбиновой и бензойной кислот в безалкогольных напитках, а также методика ВЭЖХ определения оксифенолов в водах с динамическим концентрированием в режиме on-line.

Список источников диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Пеннер, Наталия Александровна, Москва

1. Сакодынский К.И., Панина Л.И. Полимерные сорбенты для молекулярной хроматографии. М.: Наука. 1977. 168с.

2. Киселев А.В., Яшин Я.И. Адсорбционная газовая и жидкостная хроматография. М.: Химия. 1979. 287с.

3. Benson J.R., Woo D.J. Polymeric columns for liquid chromatography. // J.Chrom.Sci. 1984. V.22. P. 386-399.

4. Szepesi G. How to use reversed-phase HPLC. New York: VCH. 1992. 40.

5. Tanaka N., Araki T. Polymer-Based Packing Materials for RPLC. // Advances in Chromatography. 1989. V.30. P. 81-122.

6. Lee D.P., Kindsvater J.H. Porous polymeric packings for high-performance liquid chromatography of nucleosides and corresponding bases. // Anal.Chem. 1980. Y.52. P. 2425-2428.

7. Sasagawa Т., Ericsson L.H., Teller D.C., Titani K., Walsh K.A. Separation of peptides on a polystyrene resin column. // J.Chromatogr. 1984. V.307. P. 29-38.

8. Lee D.P. Reversed-phase HPLC from 1 to 13. // J.Chrom.Sci. 1982. V.20. P. 203-215.

9. Lloyd L.L. Rigid macroporous copolymers as stationary phases in high-performance liquid chromatography. // J.Chromatogr. 1991. V.544. P. 201-217.

10. Poole C.F., Poole S.K. Chromatography today. New York: Elsevier. 1991. 338.

11. Home Page. Hamilton Company, http://www.hamiltoncompany.com. 2000.

12. Home Page. Polymer Laboratories LTD. http://www.polymerlabs.com. 2000.

13. Home Page. Advanced Separation Technologies Inc. http://www.astecusa.com. 2000.

14. Home Page. Tosohaas. http://www.tosohaas.com. 2000.

15. Home Page. Jordi Associates Inc. http://www.jordiassoc.com. 2000.

16. Aramaki K., Hanai Т., Walton H.F. Liquid chromatography of alkaloids, drugs and nitrogen heterocycles on a porous polymer. // Anal.Chem. 1980. V.52. P. 1963.

17. Colsmjo A.L., Ericsson M.W. Separation properties of a polymeric octadecyl silica gel for liquid chromatography. // J.Liq.Chromatogr. 1986. V.9. P. 2825-2841.

18. Ohmacht R., Kele M., Matus Z. Polymer coated stationary phases for liquid chromatography. // Chromatographia. 1989. V.28. P. 19-23.

19. Majors R.E. Column watch: New chromatography columns and accessories at the 1991 Pittsburgh Conference. Part I. // LC-GC Intl. 1991. V.4. P. 10-18.

20. Majors R.E. Column watch: New chromatography columns and accessories at the 1992 Pittsburgh Conference. Part I. // LC-GC Intl. 1992. V.5. P. 12-22.

21. Majors R.E. Column watch: New chromatography columns and accessories at the 1992 Pittsburgh Conference. Part II. // LC-GC Intl. 1992. Y.5. P. 11-21.

22. Majors R.E. Column watch: New chromatography columns and accessories at the 1993 Pittsburgh Conference. Part I. // LC-GC Intl. 1993. V.6. P. 196-206.

23. Majors R.E. Column watch: New chromatography columns and accessories at the 1993 Pittsburgh Conference. Part II. // LC-GC Intl. 1993. V.6. P. 276-288.

24. Majors R.E. Column watch: New chromatography columns and accessories at the 1994 Pittsburgh Conference. Part I. // LC-GC Intl. 1994. V.7. P. 190-203.

25. Majors R.E. Column watch: New chromatography columns and accessories at the 1994 Pittsburgh Conference. Part II. // LC-GC Intl. 1994. V.7. P. 310-324.27