Введение к работе
Актуальность. В настоящее время круг промышленно выпускаемых катионообменников для ионной хроматографии ограничен небольшим выбором функциональных групп — карбоксильными и сульфогругшами. Ионообменная селективность таких сорбентов незначительно различается за счёт вторичных эффектов, связанных со свойствами матрицы и способом закрепления ионообменных групп. Дополнительное и ограниченное изменение селективности разделения достигается варьированием состава подвижной фазы. Поэтому методики разделения разнозарядных ионов часто предусматривают использование сложного аппаратурного оформления или сложных многокомпонентных элюентов. В связи с этим актуальным является развитие новых подходов к созданию селективных катионообменников, что позволило бы упростить одновременное разделение и определение разнозарядных катионов и, следовательно, расширить круг решаемых задач.
Перспективным путём создания новых селективных ионообменников является введение в состав ионообменного центра нескольких функциональных групп различной кислотности или основности. Такое строение ионообменного центра должно придавать этим сорбентам возможность многоточечного взаимодействия с катионами металлов, что открывает дополнительные возможности по варьированию селективности по сравнению с традиционными сульфо- и карбоксильными катионообменниками за счёт изменения природы и заряда функциональной группы в боковой цепи. Объектом настоящего исследования являются химически модифицированные кремнезёмы с закреплёнными аминокислотами, содержащими в боковой цепи заряженные функциональные группы — карбоксильные или аминогруппы. Были изучены сорбенты на основе силикагеля с ковалентно привитыми группами иминодиуксусной, аспарагиновой, глутаминовой, диаминопропионовой кислот, аргинина, лизина и орнитина.
Целью настоящей работы являлось:
изучение ионообменных свойств кремнезёмов, химически модифицированных аминокислотами в зависимости от природы, заряда и расположения ионогенной функциональной группы в боковой цепи;
определение влияния природы, заряда и размера функциональной группы в боковой цепи на селективность ионохроматографического разделения катионов;
изучение закономерностей удерживания катионов на таких сорбентах при варьировании состава подвижной фазы: концентрации элюирующих ионов, рН, ионной силы, природы и содержания органических растворителей;
оптимизация условий одновременного ионохроматографического определения разнозарядных катионов, в частности катионов щелочных и щелочноземельных металлов;
разработка ионохроматографических методик одновременного определения катионов щелочных и щелочноземельных металлов.
Научная новизна. Предложен новый подход к созданию сорбентов для ионной хроматографии, основанный на включении нескольких ионогенных функциональных групп в состав ионообменных центров. Подаатение или
усиление ионообменных или комплексообразующмх свойств за счёт введения дополнительных амино- или карбоксильной функциональных групп открывает дополнительные возможности по варьированию селективности удерживания катионов.
Впервые в ионной хроматографии использованы катионообменники на основе химически модифицированных кремнеземов, содержащих закреплённые аминокислоты с дополнительной карбоксильной (аспараниновая, глутаминовая, иминодиуксусная кислоты) или азотсодержащей (аргинин, лизин, орнитин, диаминопропионовая кислоты) функциональной группами в боковой цепи.
Практическая значимость. Разработаны методические основы выбора неподвижных фаз для ионной хроматографии на основе химически модифицированных кремнезёмов с привитыми группами аминокислот для решения различных практических задач.
Разработаны простые, экспрессные и чувствительные способы ионохроматографического определения тяжёлых и переходных металлов в промышленных образцах, а также одновременного определения катионов щелочных и щелочноземельных металлов в различных типах природных и искусственных вод.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Данные по изучению ионообменных свойств силикагеля с ковалентно закреплёнными аминокислотами, содержащими заряженную функциональную группу в боковой цепи.
-
Результаты изучения зависимости от рН элюента селективности удерживания ионогенньгх органических молекул на силикагеле с ковалентно закреплёнными аминокислотами с заряженной функциональной группой в боковой цепи.
-
Результаты изучения селективности разделения катионов щелочных, щелочноземельных и некоторых переходных металлов на силикагелях, химически модифицированных аминокислотами с заряженной функциональной группой в боковой цепи в зависимости от природы и концентрации компонентов подвижной фазы и температуры.
-
Вариант косвенного спектрофотометрлческого детектирования переходных металлов при использованием пиридинкарбоновых кислот в качестве элюента.
-
Способы одновременного изократического определения катионов щелочных и щелочноземельных металлов с использованием одноколоночного варианта ионной хроматографии.
Апробация работы и публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 печатных работах. Результаты исследований докладывались на международных симпозиумах по ионной хроматографии "IICS '94" (Турин, Италия, 19-22 сентября 1994 г.) и "IICS '96" (Рединг, Великобритания, 16-19 сентября 1996 г.), всероссийской конференции "Сорбенты, колонки, методы хроматографического анализа" (Москва, 23-24 ноября 1995 г.), 7-м всероссийском симпозиуме по молекулярйои жидкостной хроматографии (Москва, 16—18 апреля 1996 г.), 10-м международном симпозиуме "Развитие и применение хроматографии в промышленности" (Братислава, Словакия, 30 июня — 4 июля 1996 г.), 8-й всероссийской конференции "Физико-
химические основы и практическое использование ионообменных процессов" (Воронеж, 24—26 сентября 1996г.).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов и списка цитируемой литературы. Материал диссертации изложен на 146 страницах текста, содержит 24 рисунка и 33 таблицы, в списке литературы 174 наименования.
