Введение к работе
За относительно небольшой срок, прошедший с момента создания, ионная хроматография (ИХ) прочно заняла одно из ведущих мест в аналитической практике. Возможность экспрессного определения широкого спектра органических и неорганических ионов с высокой чувствительностью и селективностью явилась основным фактором, определившим бурное развитие данного аналитического метода в последнее десятилетие. Характерной чертой современного этапа развития ионной хроматографии является совершенствование сорбционных материалов, имеющих более высокую селективность при решении конкретных аналитических задач.
Актуальность работы. Среди рутинных задач, решаемых с помощью ИХ, первостепенное значение имеет определение ионного состава природных и промышленных вод, который определяется в первую очередь содержанием ограниченного числа неорганических анионов и катионов щелочных и щелочноземельных металлов. Как правило, решение этой задачи состоит из двух этапов: определение анионов и катионов которые проводят раздельно с использованием разных хроматографических колонок, элюентов, а нередко и двух ионных хроматографов. Многообразие процессов, протекающих в хроматографической системе, не исключает возможности одновременного разделения и определения катионов и анионов методом ионной хроматографии. Понятен огромный интерес хроматографистов-практиков к многочисленным попыткам решения задачи одновременного (из одной вводимой пробы) определения анионов и катионов, так как ее успешное решение дает существенный экономический эффект. Таким образом, решение данной задачи представляется чрезвычайно важным для многих лабораторий и предприятий, технологические процессы которых включают в той или иной степени контроль ионного состава вод. Цель работы заключается в разработке селективных, высокопроизводительных методов одновременного ионохроматографического определения анионов и катионов.
В основе работы лежит предположение о возможности одновременного разделения анионов и катионов на одной разделяющей хроматографической колонке, заполненной цвиттерионными ионообменниками. В качестве объекта исследования были выбраны сорбенты на основе сили-кагеля с ковалентно закрепленными молекулами аминокислот, а также об-ращеннофазовые сорбенты, динамически модифицированные гидрофобными цвиттерионными молекулами. Выбор оптимальных условий одновременного разделения анионов и катионов в большой степени определяется природой используемого элюента, значением рН и концентрацией компонентов элюента, а также выявлением особенностей взаимодействия
ионов с цвиттерионными молекулами, ковалентно закреплёнными на поверхности силикагеля.
Для оценки возможности применения динамически модифицированных цвиттерионными молекулами гидрофобных сорбентов с целью одновременного разделения анионов и катионов необходимо выбрать условия динамического модифицирования, изучить закономерности удерживания анионов и катионов и выявить особенности взаимодействия ионов с цвиттерионными молекулами, динамически иммобилизованными на поверхности гидрофобизированных силикагелей. В этом случае возможно образование многослойных адсорбционных структур при адсорбции цвит-терионных молекул на поверхности сорбентов, поэтому представляется важным дополнительное изучение ионообменных свойств таких материалов.
Научная новизна. Сформулирован новый подход к решению задачи одновременного разделения и определения анионов и катионов методом ионной хроматографии, включающий использование ионообменников, содержащих противоположно заряженные группы в составе одного ионообменного центра. Несмотря на достаточно широкое распространение сорбентов на основе силикагеля с ковалентно закрепленными молекулами сс-аминокислот в различных вариантах жидкостной хроматографии, таких, как лигандообменная и аффинная хроматография, ионообменные свойства таких сорбентов практически не изучены. Предложен метод оценки ионообменных свойств цвиттерионных сорбентов по удерживанию ряда ионо-генных органических молекул - производных бензола. По полученным данным определена роль структуры привитых групп аминокислот на результирующие ионообменные свойства.
Изучено влияние концентрации компонентов и значения рН элюен-та, а также показана возможность применения ионообменников такого типа для одновременного ионохроматографического определения неорганических анионов и катионов щелочных, щелочноземельных металлов и хрома (III) на сорбентах с привитыми группами природных циклических аминокислот(пролин и гидроксипролин).
Определены условия динамического модифицирования поверхности октадецилсиликагеля метиловым оранжевым и выяснены закономерности хроматографического удерживания неорганических анионов и катионов на полученном ионообменнике.
Изучено хроматографическое поведение природных амфолитных соединений (нуклеотидов) на сорбентах с привитыми группами природных циклических аминокислот (гидроксипролин). Показано наличие квад-рупольного взаимодействия сорбат-сорбент, определяющего селективность разделения амфолитных молекул на цвиттерионном сорбенте.
Практическая значимость. Синтезированы новые для ионной хроматографии сорбенты с привитыми молекулами природных аминокислот. Определена оптимальная структура ионообменного центра, включающего противоположно заряженные функциональные-группы,"и выявлены основные закономерности, определяющие ионообменную селективность та-кігх сорбентов.
Предложен метод одновременного нонохроматографического определения анионов и катионов с использованием сорбентов на основе сили-кагеля с ковалентно закрепленными молекулами природных аминокислот. Разработан способ определения основных анионов и катионов в водопроводной воде с использованием одноколоночного варианта ионной хроматографии. На защиту выносятся следующие положения:
-
Данные об изучении ионообменных свойств силикагелей с ковалентно привитыми цвиттерионными группами.
-
Результаты изучения селективности удерживания ионогенньгх органических молекул на силикагелях с ковалентно присоединенными цвиттерионными группами.
-
Результаты изучения селективности удерживания неорганических анионов и катионов на силикагелях с ковалентно присоединенными цвиттерионными группами.
-
Данные по изучению хроматографического поведения хрома (III) и хрома (VI) на силикагелях с ковалентно привитыми группами пролина.
-
Данные по изучению удерживания амфолитных молекул на цвиттери-онных сорбентах на основе силнкагеля с ковалентно закрепленными группами гидроксипролина.
-
Способ определения основных анионов и катионов в водопроводной воде с использованием одноколоночного варианта ионной хроматографии на цвиттерионных сорбентах на основе силикагеля с ковалентно закрепленными группами пролина.
Апробация работы и публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 3-х печатных работах. Результаты исследований доложены в 1994 году на Международном симпозиуме по ионной хроматофафии в г. Турине (Италия), научных коллоквиумах лаборатории хроматографии кафедры аналитической химии МГУ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, пяти глав экспериментальной части, общих выводов и списка литературы (94 наименования). Работа изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 8 схем и 13 таблиц.