Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы выделения, концентрирования и определения кверцетина и других флавоноидов 11
1.1. Общие сведения 11
1.2. Методы выделения и концентрирования 13
1.2.1. Экстракционные методы 13
1.2.2. Сорбционные методы 19
1.3. Методы определения 23
1.3.1. Хроматографические методы 23
1.3.2. Капиллярный электрофорез 31
1.3.3. Методы спектрофотомстрии и люминесценции 33
1.3.4. Электрохимические методы 36
Глава 2. Полимеры с молекулярными отпечатками кверцетина 38
2.1. Общие представления о полимерах с молекулярными отпечатками 38
2.2. Полимеры с молекулярными отпечатками кверцетина 44
2.3. Формулирование задач исследования 48
Глава 3. Объекты исследования, аппаратура и методика эксперимента 52
3.1. Исходные вещества и реагенты 52
3.2. Аппаратура и методика эксперимента 54
3.3. Спектрофотометрическое определение флавоноидов по их собственному поглощению 56
Глава 4. Синтез и исследование сорбционных свойств полимеров с молекулярными отпечатками кверцетина 59
4.1. Синтез полимеров с молекулярными отпечатками кверцетина 59
4.2. Удельная поверхность синтезированных полимеров 63
4.3. Исследование сорбционных свойств полимеров с молекулярными отпечатками кверцетина 68
4.3.1. Факторы, влияющие на стадии синтеза 69
4.3.2. Факторы, влияющие на стадии сорбции 83
4.3.3. Оценка селективности полимеров с отпечатками кверцетина 85
4.4. Резюме к главе 4 88
Глава 5. Сорбция флавоноидов на пенополиуретане и сверхсшитом полистироле 90
5.1. Сорбция флавоноидов на пенополиуретане 90
5.1.1. Общие сведения о сорбции органических соединений на ППУ 90,
5.1.2. Факторы, влияющие на сорбцию флавоноидов на ППУ 94
5.1.3. Спектральные характеристики сорбатов 99
5.2. Сорбция флавоноидов на сверхсшитом полистироле 102
5.2.1. Общие сведения о сорбции органических соединений на ССПС 102
5.2.2. Сорбция в статических условиях 103
5.2.3. Сорбция в динамических условиях 106
5.3. Резюме к главе 5 108
Глава 6. Концентрирование и определение кверцетина и других флавоноидов 109
6.1. Определение кверцетина с применением спектроскопии диффузного отражения после концентрирования на ППУ 109
6.2. Определение флавоноидов методом ВЭЖХ после концентрирования на сверхсшитом полистироле 113
6.3. Определение флавоноидов по реакции азосочетания с тетрафторборатом 4-нитрофенилдиазония 119
6.4. Резюме к главе 6 126
Выводы 129
Литература 131
- Методы спектрофотомстрии и люминесценции
- Полимеры с молекулярными отпечатками кверцетина
- Удельная поверхность синтезированных полимеров
- Сорбция флавоноидов на сверхсшитом полистироле
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время заметно возрос интерес к определению кверцетина и других флавоноидов в различных объектах, что связано с их высокой антиоксидантной, антимутагенной и антиканцерогенной активностью и рядом других полезных свойств, которыми обладают эти соединения. Кверцетин вводят в состав биологически активных добавок (БАД) и лекарственных препаратов; наряду с другими флавоноидами он присутствует во многих растениях и пищевых продуктах. В связи с этим возникает комплексная задача выделения кверцетина и других флавоноидов из растительного сырья, их концентрирования, в том числе и селективного, и определения различными методами. При этом требования, предъявляемые к методам анализа природных объектов, характеризующихся сложным составом и малым содержанием флавоноидов, и лекарственных средств, содержащих относительно большие количества индивидуальных флавоноидов, существенно различаются.
При определении соединений этого класса в вытяжках из растений, пищевых продуктах и напитках чаще всего используют высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) после предварительного концентрирования флавоноидов методом твердофазной экстракции. В последнем случае возникает проблема, связанная с ограниченным количеством сорбентов, позволяющих осуществлять групповое или селективное выделение флавоноидов. Для решения этой проблемы в рамках данной работы предложено использовать сверхсшитый полистирол (ССПС) и синтезированные нами новые сорбенты - полимеры с молекулярными отпечатками (ПМО) кверцетина.
Не менее важен поиск новых подходов к определению флавоноидов, в том числе и после сорбционного выделения. Весьма перспективно в этом плане сочетание их сорбционного концентрирования на пенополиуретанах (ППУ) с последующим определением этих соединений в матрице сорбента с применением спектроскопии диффузного отражения (СДО). Сведения об использовании ППУ для определения кверцетина и других флавоноидов методом СДО в литературе отсутствуют. Кроме того, в связи с участившимися случаями появления на отечественном рынке некачественных БАД и лекарственных средств актуальной остается разработка простых, экспрессных и недорогих спектрофотометрических методик определения этих соединений.
Цель работы состояла в изучении сорбции кверцетина и других флавоноидов на полимерах с отпечатками кверцетина, сверхсшитом полистироле и ППУ, разработке методик сорбционного концентрирования этих соединений для последующего определения флавоноидов в элюате методом ВЭЖХ или непосредственно в фазе сорбента с применением СДО; оценке возможности использования тетрафторбората 4-нитрофенилдиазония в качестве дериватизирующего агента для спектрофотометрического определения флавоноидов.
Достижение поставленной цели предусматривало решение следующих задач:
оптимизацию методик синтеза полимеров с молекулярными отпечатками кверцетина методом термической радикальной полимеризации в рамках подхода нековалентного импринтинга, оценку удельной поверхности синтезированных ПМО и соответствующих полимеров сравнения (ПС); изучение особенностей сорбции кверцетина и ряда структурно
родственных ему соединений в зависимости от факторов, варьируемых как на стадии синтеза полимеров, так и на этапе сорбции;
изучение особенностей сорбции флавоноидов на сверхсшитом полистироле и ППУ в зависимости от условий извлечения и природы сорбируемых соединений;
оптимизацию условий разделения и определения флавоноидов методом обращенно-фазовой ВЭЖХ;
изучение возможности сочетания группового концентрирования флавоноидов на сверхсшитом полистироле с последующим определением индивидуальных соединений в элюате методом ВЭЖХ;
изучение возможности сочетания сорбционного концентрирования кверцетина и других флавоноидов на ППУ с их последующим определением методом С ДО;
изучение условий образования 4-нитрофенилазопроизводных флавоноидов и разработку методики их спектрофотометрического определения;
разработку методик определения кверцетина и других флавоноидов в различных объектах.
Научная новизна. Синтезированы новые сорбенты для сорбционного выделения кверцетина из водных растворов - полимеры с отпечатками этого соединения. На основании анализа изотерм сорбции показано, что синтезированные сорбенты обладают способностью к молекулярному распознаванию кверцетина. Обнаружено, что на сорбционные свойства полимеров с отпечатками кверцетина влияют природа функционального мономера, количество сшивающего агента, соотношение функциональный мономер - темплат в реакционной смеси и природа растворителя. Установлено, что полимеры с молекулярными отпечатками сорбируют кверцетин в молекулярной форме. Предложено использовать сверхсшитый полистирол и ППУ для сорбционного концентрирования флавоноидов. Выявлены и обсуждены основные факторы, определяющие сорбционное поведение флавоноидов на этих сорбентах. Реализовано сочетание сорбционного концентрирования флавоноидов на ССПС с их определением в элюате методом ВЭЖХ. Предложено использовать спектроскопию диффузного отражения для определения кверцетина в фазе ППУ.
Практическая значимость работы. Продемонстрированы возможности использования ПМО для сорбционного концентрирования кверцетина из водных растворов, выбраны условия концентрирования. Разработана методика хроматографического разделения и определения флавоноидов, включающая их сорбционное концентрирование на микроколонке, заполненной ССПС, десорбцию этанолом и раздельное хроматографическое определение со спектрофотометрическим детектированием. С применением ППУ и спектроскопии диффузного отражения разработана методика определения кверцетина после его сорбционного концентрирования на этом сорбенте. Разработана спектрофотометрическая методика определения флавоноидов в виде их окрашенных 4-нитрофенилазопроизводных. Методики апробированы при анализе модельных водных растворов, лекарственных препаратов и вытяжек из растений.
Положения, выносимые на защиту:
Методики синтеза полимеров с отпечатками кверцетина. Совокупность данных о влиянии различных факторов на удельную поверхность ПМО и соответствующих ПС.
Результаты исследования сорбции кверцетина и ряда других структурно родственных ему флавоноидов на полимерах с отпечатками кверцетина и соответствующих полимерах сравнения. Данные о связи сорбционной способности ПМО с природой функционального мономера, количеством сшивающего агента, соотношением функциональный мономер - темплат в реакционной смеси, природой растворителя. Результаты исследования селективности ПМО.
Обоснование возможности использования ППУ и сверхсшитого полистирола для сорбционного концентрирования флавоноидов. Результаты исследования сорбции флавоноидов на этих сорбентах.
4. Методики сорбционного концентрирования и определения кверцетина и
некоторых других флавоноидов методами ВЭЖХ и спектроскопии
диффузного отражения. Методика спектрофотометрического определения
флавоноидов по реакции с тетрафторборатом 4-нитрофенилдиазония.
5. Результаты определения кверцетина в лекарственных препаратах и вытяжках
из растений.
Апробация работы. Основные результаты доложены на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007), XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2008" (Москва, 2008), Всероссийской конференции "Химический анализ", (Москва-Клязьма, 2008), II Международном Форуме "Аналитика и Аналитики" (Воронеж, 2008), XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов" (Москва, 2009), III Всероссийской конференции "Аналитика России" с международным участием (Краснодар, 2009), Съезде аналитиков России (Москва-Клязьма, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 7 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, двух глав обзора литературы, четырех глав экспериментальной части, выводов и списка литературы (274 наименования). Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков и 31 таблицу.
Во введении обосновывается актуальность темы и цель работы, ее новизна и практическая значимость. Первая глава литературного обзора посвящена рассмотрению методов концентрирования и определения кверцетина и других флавоноидов. Во второй главе литературного обзора дана общая характеристика ПМО, обсуждены способы синтеза полимеров с отпечатками кверцетина и их свойства. В третьей главе описаны реагенты, аппаратура и методика эксперимента. В четвертой главе описаны методики синтеза полимеров с отпечатками кверцетина, приведены сведения об удельной поверхности синтезированных полимеров и их сорбционных свойствах. В пятой главе приведены результаты изучения сорбции флавоноидов на пенополиуретане и сверхсшитом полистироле. Возможности практического использования ППУ и ССПС для концентрирования кверцетина и других флавоноидов обсуждены в
шестой главе. Там же приведены методики определения этих соединений с применением спектрофотометрии, спектроскопии диффузного отражения и ВЭЖХ.
Методы спектрофотомстрии и люминесценции
Спектрофотометрия. Флавоноиды, как и любые другие соединения ароматического ряда, обладают системой сопряженных тс-связей, что обусловливает возможность поглощения их молекулами электромагнитного излучения в ультрафиолетовой части спектра. Это явление делает возможным их определение по собственному поглощению [36, 104, 105]. Несмотря на то, что подобный подход не получил широкого распространения в силу низкой селективности, его иногда применяют для определения кверцетина в простых по составу лекарственных формах. В работе [36] описана методика определения кверцетина в лекарственных препаратах "Кверцетин" (Quercetin bulk drug) и капсулах, содержащих кверцетин и аскорбиновую кислоту. Кверцетин определяли при 370 нм в водно-этанольных растворах (1:1). Линейная зависимость оптической плотности растворов от концентрации кверцетина в присутствии аскорбиновой кислоты наблюдалась в интервале концентраций 1,0-12,0 мкг/мл, предел обнаружения составил 0,76 мкг/мл. Изучено влияние аскорбиновой кислоты на вид спектра поглощения кверцетина. Со временем наблюдали изменение величины оптической плотности раствора кверцетина в максимуме его спектра поглощения из-за окисления аскорбиновой кислоты, поэтому все измерения проводили через определенный промежуток времени (4 мин). Разработанный метод определения кверцетина в присутствии аскорбиновой кислоты характеризуется хорошей воспроизводимостью (sr 0,03). В работе [105] описано определение флавоноидов в двухкомпонентных смесях (кверцетин - кемпферол, кверцетин - мирицетин и кверцетин - лютео-лин) методом производной спектрофотометрии с использованием подхода "пересечения нуля". Так, например, кверцетин в смеси кверцетин - мирицетин определяли по второй производной спектра смеси в точке, где вторая производная спектра мирицетина обращается в нуль (к = 397,8 нм, метанол). Селективность определения кверцетина спектрофотометрическим методом удается существенно повысить, проводя его определение в виде интенсивно окрашенных комплексов с ионами металлов [20, 35, 50, 103, 106 - 110]. Рассмотрим некоторые примеры более подробно.
В работе [35] описана спектрофотометрическая методика определения кверцетина в виде комплекса с титанилоксалатом в порошке, содержащем только кверцетин, и капсулах, содержащих кверцетин и аскорбиновую кислоту. Определение основано на реакции: С15Н10О7 + [ТЮ(С204)2]2- - [ТЮ(С204)(С15Н907)]- + нс2о4". Максимальный выход комплекса, поглощающего при 430 нм, наблюдали при рН 7,2 и проведении реакции в 50%-м этаноле. Од- 1-і- O о і Исследована возможность применения ионов VO , In , U02 , Sn для определения кверцетина [50]. Для полного связывания кверцетина в комплекс необходим 20 - 25-кратный избыток ионов металлов. Лучшие результаты были получены при использовании иона V02+. Было установлено, что при рН 3,3 в среде водного этанола (80% по объему) между V02+ и кверцетином образуется комплекс состава 1:1, в котором V02+ связан с кверцетином через 4-карбонильную и 3-гидроксильную группы. Определению не мешают )(+)-катехин, 30-кратные количества ванилина, пирогаллола, ванилиновой, протокатеховой, кофеиновой, феруловой, синаповой и я-кумаровой кислот, 60-кратные количества элаговой, дубильной и галловой кислот. Нарингенин, гесперидин и апигенин не оказывают влияния на определение кверцетина, поскольку из-за различий в структуре они не вступают в реакцию комплексообразования с VO . Напротив, мирицетин, кемпферол и рутин образуют с V02+ окрашенные комплексы и оказывают влияние на определение кверцетина. Разработана спектрофотометрическая методика определения кверцетина, основанная на реакции комплексообразования с ионами Sb (III) [ПО]. Проведена оценка селективности разработанной методики. Показано, что определению кверцетина не мешают 10-кратные количества о-аминофенола, протокатехового альдегида, протокатеховой и 2,3-дигидроксибензойной кислот.
Мешающее влияние оказывают 20-кратные количества галловой кислоты, 10-кратные количества пирокатехина, пирогаллола, кофеиновой, элаговой и дубильной кислот. Определению не мешает добавление (+)-катехина, нарингина, гесперидина и рутина. Описана спектрофотометрическая методика определения кверцетина в виде комплекса с хлоридом алюминия [20]. Определению не мешают примеси флобафенов и таннинов. Для полного связывания кверцетина в комплекс необходим 200-кратный избыток алюминия. Показана возможность определения кверцетина в виде комплексов с ионами Pd [106] и Си [107]. В работе [111] показано, что кверцетин, а также такие полифенолы, как эпинефрин, норэпинефрин, ДОФА (дигидроксифенилаланин) и дофамин после нитрозирования нитритом натрия в слабокислой среде могут быть определены спектрофотометрически в виде нитросоединений, образующихся при окислении нитрозопроизводных. Оптимальное значение рН нитрозирования кверцетина равно 6,1 при проведении реакции в ацетатном буферном растворе, время нитрозирования составляет 32 мин. После нитрозирования раствор подщелачивали 6 М NaOH, при этом появлялась полоса поглощения при 500 нм (s = 7,0-103 л-моль -см"1). Интенсивность окраски усиливалась в присутствии молибдат-ионов и, в меньшей степени, вольфрамат-ионов. Люминесценция. В работе [112] исследована люминесценция полиоксифлавоновых соединений и их агликонов. Показана возможность определения кверцетина в водно-ацетоновых растворах флуориметрическим методом. Диапазон определяемых содержаний кверцетина 0,40 - 3,00 мкг/мл при 77 К, sr = 0,05. Показана возможность использования люминесценции для определения полиоксифлавонов в лекарственных препаратах. Определению кверцетина не мешает присутствие 10-кратных количеств адреналина, 8-кратных - пироксина, 5-кратных - аспирина, 2-кратных - кофеина, 20-кратных - NaHC03, 10
Полимеры с молекулярными отпечатками кверцетина
В последнее десятилетие опубликовано несколько работ по синтезу полимеров с отпечатками кверцетина [201, 225 - 232]. Компоненты, используемые для синтеза ПМО, перечислены в табл. 4. Полимеры с молекулярными отпечатками кверцетина обычно синтезируют методом термической радикальной полимеризации [225 - 235]. Для удаления кислорода, ингибирующего реакцию полимеризации, реакционную смесь, используемую для синтеза ПМО, продувают азотом (обычно при охлаждении до 0С) в течение 5-20 мин. В работе [227] вместо азота Таблица 4. Компоненты, используемые для синтеза полимеров с отпечатками кверцетина (Q - кверцетин, ФМ - функциональный мономер, СА - сшивающий агент, АИБН - 2,2 -азобисизобутиронитрил, ТГФ - тетрагидрофуран, ДМФА - диметилформамид, ДМСО - диметилсульфоксид, АА - акриламид, 4-ВП - 4 использовали гелий. В работах [227, 228] перед продувкой инертным газом реакционную смесь дегазировали с использованием ультразвука в течение 10-15 мин. Как правило, синтез ПМО осуществляют на водяной бане при температуре 60С.
Полимеризацию проводят в течение 12 или 24 ч в присутствии инициатора полимеризации - азобисизобутиронитрила (АИБН), который при нагревании реакционной смеси до 60С гомолитически расщепляется на два радикала с выделением молекулы азота: Учитывая возможность возникновения нековалентных взаимодействий между функциональным мономером и функциональными группами кверцетина, приводящих к получению устойчивого ассоциата мономер - темплат, в качестве функциональных мономеров при синтезе ПМО чаще всего используют 4-винилпиридин [201,226,229,230], а также акриламид [225,228,232] и метакриловую кислоту [227, 230, 231]. В работе [201] в числе прочих был синтезирован полимер с использованием смеси функциональных мономеров 4-винилпиридина и акриламида (1:1). Одним из важных условий получения "качественных" ПМО является проведение реакции полимеризации в присутствии больших количеств сшивающего агента. В качестве СА используют этиленгликольдиметакрилат [201, 225 - 230], диэтиленгликольдиакрилат [231] и триметакрилат 2,2-бис(гидроксиметил)бутанола [232]. В качестве растворителей при синтезе полимеров с отпечатками кверцетина используют ацетон [201, 226, 228, 229], тетрагидрофуран [225, 228, 232] и смеси растворителей [227, 230]. При оценке способности полимера с отпечатками кверцетина к молекулярному распознаванию, как правило, оценивают не только сорбцию на нем кверцетина, но и сорбцию структурно родственных соединений. В работе [227] на ПМО с отпечатками кверцетина была изучена сорбция кверцетина, катехина, эпикатехина и смеси кверцетина с катехином и эпикатехином. Было показано, что поверхность полученного полимера является гетерогенной, содержащей два типа сайтов связывания - селективные (с высокой энергией связывания) и неселективные (с низкой), причем селективное связывание кверцетина преобладает при низких концентрациях сорбата. В ряде работ оценку селективности (ее) и распознающей способности (IF) полимеров с отпечатками кверцетина проводили методом ВЭЖХ [225, 226, 230, 231, 232], при этом сравнивали значения импринтинг-факторов (отношений коэффициентов емкости к веществ при использовании колонок, заполненных ПМО и ПС, IF = к пмо/к пс) и коэффициенты селективности хромато-графического разделения кверцетина и структурно родственных ему соединений (для /-ого соединения а,- = к къ/k j). В большинсве случаев было показано, что ПМО лучше всего распознают кверцетин.
В качестве структурно родственных соединений были выбраны хризин, нарингенин, морин, рутин, 2-оксо-4,5-дигидрокси-3-метилпиран, 7-о-глюкозил-3 -гидрокси-4 -метоксиизо-флавон и галловая кислота [225]; хризин, нарингенин, рутин и изорамбин [232]. В нескольких работах изучено влияние различных факторов, варьируемых на стадии синтеза ПМО, на их сорбционные свойства. В работе [232] при синтезе ПМО в качестве сшивающих агентов использовали ЭГДМА и триметакрилат 2,2-бис(гидроксиметил)бутанола (ТРИМ). Показано, что ПМО на основе ТРИМ более эффективно извлекает кверцетин, а также структурно-родственные ему соединения (хризин, нарингенин, рутин, изорамбин), чем ПМО на основе ЭГДМА, однако ПМО на основе ЭГДМА обладает большей селективностью по отношению к темплату - кверцетину. В работе [228] синтез полимеров с отпечатками кверцетина проводили в различных растворителях - 1,4-диоксане, тетрагидрофуране (ТГФ), ацетоне и ацетонитриле. Полимером, обладающим лучшей распознавательной способностью по отношению к кверцетину, оказался полимер, синтезированный в ТГФ. Новым направлением в получении ПМО является синтез на носителях. Так, в работе [231] для синтеза полимеров с отпечатками кверцетина в реакционную смесь помимо функционального мономера - метакриловой кислоты - добавляли гелеобразные гранулы хитозана в качестве подложки для формирования тонкого слоя полимера на них, в качестве инициатора полимеризации использовали АИБН, в качестве сшивающего агента - ЭГДМА. Сорбционная способность синтезированного материала оказалась выше, чем при использовании в качестве функционального мономера акриламида без добавления гранул хитозана в систему. Полимеры с молекулярными отпечатками кверцетина используют в аналитической химии этого соединения в качестве сорбентов для ТФЭ [225,
Удельная поверхность синтезированных полимеров
Удельную поверхность полимеров с молекулярными отпечатками кверцетина определяли из низкотемпературной адсорбции азота методом тепловой десорбции. Эксперименты по определению удельной поверхности полимеров выполнены в лаборатории катализа и газовой электрохимии кафедры физической химии химического факультета МГУ Е. П. Чиненниковой. Схема установки и формулы, по которым рассчитывали удельную поверхность, приведены в [245]. Сравнительную оценку удельной поверхности полимеров с отпечатками и соответствующих полимеров сравнения проводили для пар полимеров, при синтезе которых состав реакционной смеси был одинаковым за исключением кверцетина. Анализ экспериментальных данных, представленных в табл. 8, показал, что величина удельной поверхности ПМО и ПС зависит от ряда факторов, среди которых основными являются природа функционального мономера, соотношение функциональный мономер - темплат в реакционной смеси, количество сшивающего агента и природа растворителя. Влияние природы функционального мономера.
Проведена оценка удельной поверхности 3-х пар полимеров с отпечатками кверцетина на основе 2-(диметиламино)-этилметакрштата (ПМОь ПС {), метакриловой кислоты (ПМОг, ПС2) и акриламида (ПМ03, ПС3). При синтезе этих полимеров использовали одинаковое молярное количество всех компонентов, входящих в состав реакционной смеси (соотношение ФМ:Т= 1:0,5, растворитель - ацетон, степень сшивки полимеров 92%), варьировали только природу функционального мономера (табл. 8). Из сравнения данных, представленных на рис. 6, видно, что удельная поверхность синтезированных полимеров с отпечатками и соответствующих полимеров сравнения зависит от природы функционального мономера, используемого при их синтезе. Удельная поверхность ПМО (указана в скобках, м /г) уменьшается при переходе от полимера на основе метакриловой кислоты (591; ПМОг) к полимеру на основе акриламида (395; ПМ03) и, далее, к полимеру на основе 2-(диметиламино)-этилметакрилата (364; ПМО]). Удельная поверхность полимеров сравнения оказалась ниже, чем у полимеров с отпечатками, но последовательность изменения Sya осталась прежней: МАК (573) АА (389) ДМАЭМА (321). Важно отметить, что значения удельных поверхностей полимеров сравнения, синтезированных в разное время, но с использованием одного и того же функционального мономера, и, как будет показано ниже, их сорбционные свойства близки. Влияние количества сшивающего агента на удельную поверхность ПМО и ПС изучено на примере трех пар полимеров на основе акриламида, при синтезе которых варьировали количество сшивающего агента в реакционной смеси. Степень сшивки сорбентов, которую определяли по содержанию сшивающего агента, изменялась (в %, вес.) от 86 (ПМ05/ПС5) до 92 (ПМ03/ПС3) и 96 (ПМ04/ПС4) %. Обнаружено (табл. 8, рис. 7), что наиболее развитая поверхность (указана в скобках, м /г) формируется при степени сшивки, равной 92% (395; ПМОз). Уменьшение степени сшивки до 86% (ПМ05), как и увеличение до 96% (ПМ04), приводит к уменьшению Syn до 214 и 330 м2/г соответственно. Влияние соотношения функциональный мономер — кверцетин в реакционной смеси. На примере 4-х пар полимеров на основе акриламида изучено влияние соотношения функциональный мономер - темплат в реакционной смеси на удельную поверхность полимеров с отпечатками кверцетина.
Из сравнения данных, приведенных в табл. 8 и на рис. 8, видно, что величина удельной поверхности возрастает от 470 до 524 м /г при изменении соотношения от 1:0,0625 (ПМОв) до 1:0,125 (ПМ07), а затем, при уменьшении соотношения до 1:0,25 (ПМОб) уменьшается до 400 м /г и практически не изменяется при дальнейшем уменьшении соотношения до 1:0,5 (395 м /г; ПМОз). Во всех случаях удельная поверхность ПМО выше, чем у соответствующих полимеров сравнения. По-видимому, кверцетин в реакционной смеси наряду с растворителем выступает в качестве порообразователя. Влияние растворителя, используемого на стадии синтеза. Формирование пористой структуры "традиционных" полимерных сорбентов достигается введением в реакционную смесь перед полимеризацией различных, чаще всего инертных, растворителей. При выборе растворителя для синтеза полимеров с отпечатками необходимо учитывать не только растворимость в нем всех компонентов, участвующих в реакции полимеризации, но и возможность образования и существования в этом растворителе молекулярного комплекса мономер-темплат. В случае полимеров с отпечатками кверцетина мы столкнулись с тем, что это соединение плохо растворяется в большинстве органических растворителей: метаноле, ацетонитриле и ряде других, которые обычно используют для синтеза полимеров с отпечатками других органических соединений. В связи с этим полимеры с отпечатками кверцетина синтезировали в ацетоне, диметилсульфоксиде, тетрагидрофуране и ионной жидкости - этилсульфате 1 -этил-3-метилимидазолия.
Сорбция флавоноидов на сверхсшитом полистироле
Сверхсшитьте полистиролы представляют собой новое поколение полимерных сорбентов, их синтез и структура принципиально отличаются от синтеза и структуры других полистирол-дивинилбензольных сорбентов. Они имеют ряд новых уникальных физико-химических свойств, в том числе высокоразвитую удельную поверхность, высокую механическую и гидролитическую стабильность, сочетание гидрофобное поверхности частиц сорбентов со смачиваемостью водой, исключительно высокую жесткость полимерной структуры и выраженное сродство к некоторым классам органических соединений. Способ синтеза сверхешитых полистирольных сорбентов существенно отличается от синтеза традиционных полимерных сорбентов. Он состоит в дополнительном сшивании набухшего в дихлорэтане полистирола монохлордиметиловым эфиром в присутствии катализаторов - кислот Льюиса: А1С13, FeCl3, SnCl4 [237, 262]. В результате протекания реакции практически все бензольные кольца полистирола становятся связанными друг с другом метиленовыми мостиками, а степень сшивки сорбента составляет 100% и выше, при этом существенно увеличивается объем микропор (до 1,1 см3/г). Такие сорбенты характеризуются высокой удельной поверхностью (более 1000 м2/г) [263]. В связи с этим сверхешитые полистиролы более эффективны для концентрирования органических веществ, чем полимерные сорбенты других классов [238, 239, 264 - 267].
Специфическая поверхность сверхешитых полистиролов обусловливает электронного взаимодействия между аналитом и матрицей сорбента. Например, показано, что ССПС MN-200 проявляет более высокое сродство к ароматическим соединениям, чем полистирольный сорбент PLRP-S 300 и кремнезем ХМК С16 [268]. Другая особенность сверхешитых полистиролов - наличие микропор. Энергия взаимодействия молекул веществ с сорбентом максимальна в том случае, когда размеры пор соизмеримы с размерами молекул. Микропоры сверхешитых полистиролов размером 1 нм обусловливают высокую эффективность взаимодействия со многими органическими веществами. Повышенная эффективность сверхсшитых полистиролов при извлечении полярных органических соединений обусловлена также присутствием в составе этих сорбентов некоторого количества полярных группировок. Показано, что поверхность ССПС MN-100, MN-150 и MN-200 может быть нейтральной, отрицательно или положительно заряженной в зависимости от рН [269]. Анионообменные свойства ССПС MN-100 и MN-150 в кислой среде определяет наличие в составе сорбента третичного азота ( 1,5%). Сорбенты серии MN содержат также 5 - 6% кислорода в виде гидроксильных, карбонильных и карбоксильных групп. Анионообменные свойства ССПС MN-200, по всей видимости, связаны с наличием карбонильных групп на поверхности сорбента. Таким образом, эти сорбенты нельзя рассматривать как чисто гидрофобные, поскольку они могут сорбировать вещества по ионообменному механизму и с образованием водородных связей. Подтверждением наличия анионообменных свойств у ССПС MN-200 служит также успешное хроматографическое разделение анионов на этом сорбенте [270], причем особенностями хроматографических свойств ССПС являются значительный вклад 7г-7г-взаимодействий в механизм удерживания и высокое сродство к гидрофильным органическим ароматическим соединениям. Немодифицированный сверхсшитый полистирол относится к анионообменникам нового типа и имеет протонированные карбонильные группы в качестве анионообменных. Селективность этого сорбента по отношению к неорганическим анионам существенно отличается от традиционной.
Ранее этот сорбент был с успехом применен для концентрирования фенолов и других полярных соединений [239, 271 - 273]. В настоящей работе впервые систематически изучена сорбция флавоноидов на сверхсшитом полистироле. В статическом режиме изучена сорбция флавоноидов на сверхсшитом полистироле в зависимости от времени контакта фаз, рН водной фазы и строения соединений. Влияние времени контакта фаз. Для ряда флавоноидов было определено время, необходимое для достижения сорбционного равновесия между раствором и ССПС (рис. 23). Из полученных зависимостей видно, что для всех изученных соединений сорбционное равновесие устанавливается в течение 10 мин. Влияние рН водной фазы и строения флавоноидов. Характер зависимости степени извлечения от рН свидетельствует о том, что флавоноиды сорбируются на ССПС так же, как и на ППУ - в молекулярной форме. Степень извлечения соединений максимальна при рН рКа!-2, то есть в тех условиях, в которых их собственная диссоциация полностью подавляется (рис. 24). Сопоставление степеней извлечения флавоноидов на ССПС (табл. 18) со степенями извлечения этих соединений на ППУ (табл. 17) показывает, что ССПС обладает большей сорбционной способностью по отношению к ФЛ по сравнению с ППУ: В отличие от ППУ на сорбцию флавоноидов на ССПС основное влияние оказывает их гидрофобность. Сорбция флавоноидов, не содержащих в своем составе гликозидных радикалов, возрастает по мере увеличения их гидрофобности в ряду (в скобках приведены значения lgD при проведении сорбции из 25 мл): морин (3,70) кверцетин (4,38) хризин (4,60) нарингенин (4,79). Так же, как и на ППУ, нарингин и рутин по сравнению с этими ФЛ сорбируются хуже, значения lgD составляют 3,11 и 2,79 соответственно, хотя в целом сорбция и этих
