Введение к работе
Актуальность работы. Среди гибридных методов в аналитической химии
в последние годы широкое распространение получили ионообменная,
лигандообменная, комплексообразовательная и другае варианты жидкостной
хроматографии. Непрерывное развитие и совершенствование этих методов
связано с расширяющимся кругом определяемых компонентов, анализируемых
объектов, возможностью сочетания хроматографии с другими методами анализа.
Так, сочетание принципов ионообменной хроматографии с принципами
электрофореза и изоэлектрофокусирования привело к созданию в 1979 г.
хроматофокусирования - нового метода препаративного разделения и
определения биологических цвиттер-ионных молекул на ионообменных
колонках при элкжровании с внутриколоночным (внутренним) градиентом рН.
Аминофункциональные ионообменники как сорбенты для
хроматофокусирования обладают комплексообразующими свойствами по отношению к переходным металлам, что создает потенциальную возможность для разработки нового метода концентрирования и разделения переходных металлов, сочетающего принципы комплексообразователыюй хроматографии и хроматофокусирования, с использованием одной колонки. Актуальность создания метода связана с потребностью определения переходных металлов в сточных, природных водах и других сложных объектах. Несмотря на высокий уровень развития аппаратуры и разработки методик для хроматофокусирования цвиттер-ионных молекул, хроматофокусирование для концентрирования и разделения металлов не применяли.
Работа выполнена при поддержке грантов MHR300 и MHR000 Международного научного фонда Сороса и Правительства России.
Цель работы - разработка основ нового метода концентрирования и разделения переходных металлов на одной хроматографической колонке с применением техники хроматофокусирования. Достижение поставленной цели предусматривало решение следующих задач:
1. Анализ литературных данных по хроматофокусированию цвиттер-ионных
молекул и формулирование основных принципов формирования внутренних
градиентов рН и требований к сорбентам, подвижным фазам (стартовым
буферным растворам и буферным элюентам), способам детектирования.
2. Изучение кислотно-основных и комплексообразующих свойств
промышленно выпускаемого сорбента на полисахаридной основе РВЕ-94 (ПБИ-
94) и синтезированных в лаборатории сорбентов на основе кремнеземов с
привитыми группами пропиламина (AP-S1O2), этилендиамина (En-SiC>2),
диэтилентриамина (Dien-Si02), тетраэтиленпентамина (Tetren-Si02).
-
Изучение электропроводности, буферных и комплексообразугощих свойств стартовых буферных растворов и промышленно выпускаемого полиамфолитного алюента "PoIybuffer-74" ("Полибуфер-74"); смесей протолитов и амфолитов как возможных буферных элюентов для формирования внутренних градиентов рН в хроматофокусировании.
-
Выбор оптимального по кислотно-основным характеристикам сорбента и оптимальных подвижных фаз с применением математического моделирования.
Научная новизна. Впервые предложен новый хроматографический метод концентрирования и разделения переходных металлов на одной колонке с формированием внутреннего градиента рН. Сформулированы основные принципы метода и требования к сорбентам, подвижным фазам и способам детектирования.
В качестве новых сорбентов для хроматофокусирования предложены кремнеземы с привитыми олигоэтиленаминами: En-Si<>2, Dien-SiC>2 и Tetren-SiC>2- На основании изучения электропроводности стартовых буферных растворов и Полибуфера-74 показана возможность создания изокондуктивных градиентов рН, позволяющих кондуктометрически детектировать переходные металлы.
Установлено влияние числа карбоксильных групп в протолитах и их кислотно-основных свойств на формирование внутренних градиентов рН. Показана возможность применения смесей аминокислот в качестве элюента, формирующего внутренний градиент рН.
Создана физико-химическая и математическая модели формирования внутренних градиентов рН в хроматофокусировании при использовании смеси протолитов в качестве элюента, учитывающие ионообменные равновесия в гетерогенной динамической системе.
Практическая значимость работы. Найдены условия количественной сорбции переходных металлов на сорбентах РВЕ-94, En-Si02, Dien-SiC>2 и Tetren-SiC>2. Показано, что сорбенты на основе кремнеземов благодаря высокой механической прочности, устойчивости к действию микроорганизмов, а также оптимальной геометрической структуре можно использовать в высокоэффективном варианте хроматофокусирования. По совокупности кислотно-основных и комплексообразугощих свойств как оптимальный сорбент выбран Tetren-Si02- Оценена комплексообразующая способность Полибуфера-74 по отношению к ионам переходных металлов. В качестве компонентов для составных буферных элюентов рекомендованы низшие аминокислоты -гистидин, 6-аминогексановая и глутаминовая кислоты. Разработана методика фотометрического послеколоночного детектирования переходных металлов по
реакции с 4~(2-пиридилазо)резорцином с использованием одного буферного раствора. Показана возможность концентрирования и разделения переходных металлов с использованием техники хроматофокусирования. Положения, вьшосимые на защиту:
1. Результаты изучения кислотно-основных и комплексообразугощих свойств
сорбентов РВЕ-94, AP-S1O2, En-SiC^, Dien-SiC>2 и Telren-Si02-
2. Результаты изучения электропроводности, буферных и
комплексообразугощих свойств стартовых буферных растворов и
полиамфолнтного элюента "Полибуфер-74".
-
Использование смесей протолитов и амфолитов в качестве буферных элюентов для формирования внутренних градиентов рН.
-
Физико-химическая и математическая модели форміфования внутренних градиентов рН в хроматофокусировании с использованием смесей протолитов в качестве элюентов.
5. Практические аспекты хроматофокусирования переходных металлов.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на VII Всесоюзной конференции "Применение ионообменных материалов в промышленности и аналитической химии" (Воронеж, 1991 г.); Международных симпозиумах по ионной хроматографии (Австрия, Линц, 1992 г.: США, Балтимор, 1993 г.; Италия, Турин, 1994 г.); VIII Всероссийской конференции "Физико-химические основы и практическое применение ионообменных процессов" (Воронеж, 1996 г.); конференции молодых ученых "Ломоносов-96" (Москва, МГУ, 1996 г,); Московском семинаре по аналитической химии (Москва, ГЕОХИ РАН, 1994 г.); научных семинарах кафедры аналитической химии МГУ (1993 - 1997 гг.), научных семинарах по аналитической химии университета им. Т.Г.Масарика и Института аналитической и прикладной химии Чешской АН (Чехия, Брно, 1994, 1995 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи и 5 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, шести глав экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 204 страницах машинописного текста, включает 47 рисунков, 3 схемы и 19 таблиц. Список литературы содержит 197 работ зарубежных и отечественных авторов.
