Исследование и разработка новых сорбентов

- 22 -

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Исследование и разработка новых сорбентов

2. Биотехнологические композиционные кремнеземноорганические сорбенты

3. Сорбенты для ионной хроматографии, полученные адсорбцией цвиттерионнных красителей на сверхсшитом полистироле

4. Хелатсодержащие сорбенты и стационарные фазы для газовой хроматографии

5. Комплексообразующие свойства карбоксильных сорбентов для хроматофокусирования

6. Специальные сорбенты для ВЭЖХ биополимеров

7. Силикагели "Армсорб" для хроматографии

8. Предложение от ЭЛСИКО на сорбенты - силикагель

9. Синтез полимерных сорбентов

10. Сравнение эксплуатационных свойств СПС Био-сульфоэтил и Sephadex SP при препаративных разделениях

11. Новые ионообменные смолы

12. Микросферические полимерные сорбенты для высокоэффективной жидкостной хроматографии и твердофазной экстракции

13. Полимерные сорбенты для твердофазной экстракции и жидкостной хроматографии

14. Газовая хроматография

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Развитие науки на пороге XXI века было бы невозможно себе представить без введения и использования новых технологий. Одной из развивающихся и прогрессирующих наук в наше время является биохимия. Хроматографические методы исследования и анализа вещества, как одни из биохимических методов исследования, также подверглись различным нововведениям и преобразованиям. Развитие хроматографии привело к усовершенствованию техники, применяемой для проведения эксперимента. Создавались все более новые, качественно усовершенствованные приборы, дающие, в сравнении со своими предшественниками, заметно отличающийся результат. Эти изменения и усовершенствования коснулись не только приборов исследования, но и сорбирующих материалов. В своей работе я изложил характеристику некоторых из них и ряда других уже известных сорбентов, зарекомендовавших себя на рынке, а также привел примеры их сравнения с аналогами данных сорбентов других фирм.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ СОРБЕНТОВ

Развитие современной науки и технологий невозможно без контроля состава сложных смесей, сырья, продуктов и полупродуктов, в том числе лекарственных препаратов, а также оптимизации процессов сорбционного концентрирования и выделения целевых продуктов.

Важное значение при этом имеют изомерселективные сорбенты. К числу таких сорбентов относятся графитированная термическая сажа (ГТС) и термотропные жидкие кристаллы (ЖК). На нашей кафедре проводятся исследования адсорбентов, в частности, графитированной термической сажи - уникального углеродного адсорбента с однородной плоской поверхностью, состоящей из базисных граней графита. Этот адсорбент чувствителен к пространственному строению органических соединений, в том числе изомеров (кроме оптических), рис. 1.

Метод газовой хроматографии применен для изучения адсорбции на ГТС аминов, анилина, каркасных соединений, азотсодержащих гетероциклов. Экспериментальные данные сопоставлены с молекулярно-статистическими расчетами по Киселеву А.В. Эти исследования имеют большое значение как для дальнейшего развития теории адсорбции, так и для решения практических задач, связанных с разработкой хроматографических методов анализа.

Дальнейший прогресс в применении углеродных адсорбентов связан с использованием модифицированных углеродных адсорбентов. Нанесение плотных монослоев (или полислоев) модификаторов, относящихся к классу мезогенов (жидких кристаллов), является наиболее перспективным, так как жидкокристаллические сорбенты обладают повышенной структурной селективностью при разделении пространственных изомеров.

Проведены экспериментальные исследования адсорбции органических соединений ряда н-алканов и аренов, в том числе изомерных ксилолов на ГТС, модифицированной монослоями нематического, холестерического ЖК, а также жидкокристаллического краун-эфира. Установлено, что модифицирование ГТС монослоями ЖК повышает чувствительность адсорбента к электронному строению молекул адсорбатов при сохранении высокой чувствительности к их пространственному строению. Так, например, на модифицированной ГТС разделяются все три изомера ксилола, тогда как на "чистой" ГТС - только мета- и пара- изомеры. При нанесении на ГТС жидкокристаллического краун-соединения с гидрофильной полостью (рис. 2) для короткоцепочечных спиртов наблюдается повышение теплоты адсорбции вследствие образования комплексов включения типа "гость-хозяин".

Проведены молекулярно-статистические расчеты констант Генри и теплот адсорбции ароматических углеводородов на ГТС, модифицированной мономолекулярным слоем холестерического ЖК, определены значения поправочных множителей, позволяющих перейти от констант атом-атомных потенциалов для "чистой" ГТС к константам, описывающим взаимодействие атомов в молекулах адсорбатов с модифицированным адсорбентом.

К изомерселективным сорбентам относятся и термотропные жидкие кристаллы - самоорганизующиеся в пространстве в виде определенных структур (мезофаз) системы с анизометричными органическими молекулами. В газовой хроматографии их используют в виде тонких фазовых пленок (~1000 - 2000 A), нанесенных на поверхность пор твердого носителя. Большинство экспериментальных и теоретических работ ранее было посвящено изучению разделительных свойств нематических (N) жидких кристаллов с каламитной (вытянутой) формой молекул, а также бинарных смесей на их основе, образующих смешанную N фазу.

Было проведено систематическое изучение сорбционных и селективных свойств нескольких бинарных ЖК систем, образующих индуцированную смектическую S_A фазу. Так, например, в бинарной системе 4-н-октилоксифенил-4'-н-пентилоксибензоат (ОФПБ) - 4,4'-бифенилдикарбоновой кислоты бис-[2,2'-ди-(н-гексилоксикарбонил)этинил]фениловый эфир (БКГФ) оба исходных ЖК образуют N мезофазу. При их смешении возникает индуцированная S_A фаза, температурный интервал существования которой максимален при соотношении компонентов ОФПБ - БКГФ 2 : 1. Стабилизация слоистой ЖК структуры S_A типа с толщиной слоя, равной длине молекулы БКГФ, обусловлена тем, что относительно короткие молекулы ОФПБ, имея длину молекулы, примерно равную длине центрального фрагмента ароматической части БКГФ и ориентируясь параллельно центральному фрагменту БКГФ, образуют квазигексагональную упаковку, рис. 3.

Установлено, что смешанные S_A фазы более чувствительны к пространственному строению органических соединений, чем образующие их индивидуальные ЖК, что имеет важное практическое значение для разработки новых изомерспецифических сорбентов.

В области совершенствования технологии получения отечественных капиллярных колонок разработана методика нанесения высокодисперсного адсорбента аэросила А-175 на внутреннюю поверхность капилляра из плавленого кварца внутренним диаметром 0,5 мм. Изучены хроматографические свойства по отношению к различным модельным смесям веществ - предельных углеводородов нормального строения (от н-гексана до н-пентадекана), полиароматических углеводородов (фенантрен, хризен, бенз[а]пирен), высших жирных кислот (пальмитиновая и олеиновая) в виде их метиловых эфиров. [1]

2. Новые биотехнологические сорбенты, применяемые в аффинной хроматографии для иммобилизации ферментов и в качестве носителей тест-систем твердофазного иммуноанализа

Разработаны новые биотехнологические композиционные кремнеземноорганические сорбенты, обладающие аффинностью к ряду БАВ - лизоциму, супероксиддисмутазе, хорионическому гонадотропину, которые отличаются высокой степенью селективности к выделяемым белкам, механической прочностью, микробиологической устойчивостью. На основе методов аффинной сорбции в сочетании с традиционным способом спиртового фракционирования белков этанолом разработана комплексная технология, позволяющая получать из сыворотки плацентарной крови высокоочищенные препараты иммуноглобулина, лизоцима, гемоглобина и СОД. С использованием в качестве носителей композиционных сорбционных материалов методами ковалентной иммобилизации СОД и лизоцима получены каталитически стабильные твердофазные биопрепараты. Методом формирования пористой структуры с использованием в качестве компонентов двуокиси кремния, магнитного порошка и биосовместимых органических полимеров получен набор композиционных магносорбентов. На их основе созданы высокоэффективные тест-системы для экспресс-диагностики методами ИФА и РИФ чумы, туляремии, холеры и сибирской язвы. [2]

3. Новые сорбенты для ионной хроматографии, полученные адсорбцией цвиттерионнных красителей на сверхсшитом полистироле

Цвиттерионные сорбенты - новый класс ионообменных материалов, обладающий рядом уникальных свойств. В первую очередь это возможность варьирования селективности разделения ионов за счет изменения рН элюента. Сочетание противоположно заряженных ионообменных групп в ионообменном слое одного сорбента обеспечивает высокую эффективность разделения на таких сорбентов. А варьирование природы ионообменных групп является еще одним способом варьирования ионообменной селективности. Другим несомненным преимуществом данного типа сорбентов является возможность их использования для одновременного разделения катионов и анионов в одноколоночном варианте ионной хроматографии. Наиболее простым способом получения цвиттерионных сорбентов является динамическое модифицирование гидрофобных носителей органическими цвиттерионными молекулами. Важную роль в этом случае играет емкость и стабильность адсорбционного слоя.

Для получения сорбентов изучена адсорбция двух цвиттерионных красителей метилового оранжевого и патентованного синего на сверхсшитом полистироле. Определены основные параметры адсорбции. Установлено, что повышение ионной силы раствора приводит к увеличению адсорбции красителей на полимерном сорбенте. Изучены ионообменные свойства сверхсшитого полистирола, динамически модифицированного красителем патентованным синим. Показана высокая стабильность адсорбционного слоя в условиях ионной хроматографии. Рассмотрено влияние рН и ионной силы элюента на удерживание катионов щелочных и щелочноземельных металлов и неорганических анионов. Получено одновременное разделение катионов и анионов в одноколоночном варианте ионной хроматографии с использованием в качестве неподвижной фазы сверхсшитого полистирола с адсорбированным слоем патентованного голубого. Сорбент был использован для определения неорганических ионов в воде.[3]

4. НОВЫЕ ХЕЛАТСОДЕРЖАЩИЕ СОРБЕНТЫ И СТАЦИОНАРНЫЕ ФАЗЫ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

Осуществлен направленный синтез многофункциональных хроматографических материалов для решения задач аналитической химии в области разделения сложных смесей, в том числе изомеров, путем модификации поверхности инертных носителей привитыми слоями комплексов металлов. Исследование позволили получить фундаментальное обоснование зависимостей "состав - структура - свойства", что необходимо при прогнозировании свойств и дизайна перспективных материалов.

Особое внимание уделено сравнению свойств и физико-химических характеристик модифицированных сорбентов в условиях традиционной и парофазной хроматографии. Обоснован комплексный подход к совершенствованию процесса разделения сложных смесей, в том числе содержащих изомеры различной природы, заключающийся в направленном модифицировании сорбентов и контроле изменений в их аналитических свойствах, вызванных этим модифицированием на основе сочетания физических и физико-химических методов исследования новых хроматографических материалов и хемометрического подхода к обработке результатов анализа.

Исследование поведения модифицированных хелатами металлов сорбентов в условиях парофазной хроматографии является принципиально новым и отражают перспективное направление в этой области. В ряде наших ранних работ получены экспериментальные данные, показывающие возможность эффективного использования хелатов металлов в качестве нанесенной фазы в газовой хроматографии. Однако, несмотря на имеющиеся практические результаты, теория данного вопроса требует значительной доработки и обобщения.

Исследования позволили углубить теоретические представления о строении и способах конструирования хроматографических материалов, привитых комплексами металлов. На основании теоретических исследований предложены экспериментальные образцы высокоселективных сорбентов для целей аналитического разделения сложных смесей, в том числе изомеров.[3]

5. КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА КАРБОКСИЛЬНЫХ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ХРОМАТОФОКУСИРОВАНИЯ

Хроматофокусирование переходных металлов - метод концентрирования и разделения ионов металлов на одной хроматографической колонке. Разделение основано на комплексообразовании металлов с функциональными группами сорбента и последующем разрушении комплексов за счет плавного снижения рН в слое сорбента (градиент рН). В качестве неподвижных фаз, сочетающих комплексообразующие и буферные свойства, используют сорбенты с привитыми олигоэтиленаминами. Однако, комплексообразование ионов металлов с олигоэтиленаминами - многоступенчатый процесс с медленной кинетикой, поэтому целесообразно перейти к карбоксильным сорбентам. Нами были выбраны: СМ-52 (карбоксиметилцеллюлоза, 100-200 мкм), Ольвагель-СООН (полиметилметакрилат - ПММА, 30 мкм), MN (сверхсшитый полистирол с карбоксильными группами, 5 мкм), Macro-Prep 50 CM (ПММА с карбоксиметильными группами, 50 мкм).

Изучена зависимость комплексообразующих свойств сорбентов СМ-52 и Ольвагель-СООН по отношению к ионам переходных металлов (Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Mn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺) от рН среды в статическом режиме (18-20^оС, время контакта фаз 5-10 мин). Для сорбентов MN и Macro-Prep 50 CM изучали только сорбцию Cu²⁺ в аналогичных условиях. Содержание ионов металлов в жидкой фазе после сорбции контролировали фотометрически по реакции с ПАР. Для всех сорбентов сорбция металлов увеличивается с ростом рН среды; максимальное извлечение достигается при рН 6-8. Значения рН 50%-ной сорбции металлов для сорбента СМ-52 лежат в узком диапазоне (1,7-2,9), что свидетельствует о его недостаточной селективности. Ольвагель-СООН более селективен по отношению к изученным металлам: значения рН 50%-ной сорбции лежат в широком диапазоне (1,7-6,0). Ионы Cu²⁺ сорбируются прочнее на СМ-52, вероятно, из-за дополнительного взаимодействия с матрицей сорбента. Для остальных сорбентов десорбция Cu²⁺ начинается уже при рН 4,5-5.

Сорбенты Ольвагель-СООН и Macro-Prep 50 CM наиболее перспективны для использования в хроматофокусировании переходных металлов.[3]

6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ВЭЖХ БИОПОЛИМЕРОВ

Научно-производственный центр ЛЕНХРОМ

НПЦ ЛЕНХРОМ является одним из основных производителей хроматографического оборудования и сорбционных технологий на рынке России и СНГ. Предприятие производит приборы, стандартные вещества и реагенты для газовой, жидкостной, тонкослойной и препаративной хроматографии.

Компанией “Ленхром” были разработаны новые типы сорбентов для ионообменной, гидрофобной, обращеннофазовой и биоафинной высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) биополимеров на кремнеземных и полимерных матрицах. Поверхность сорбентов покрыта адсорбционно-инертной, защитной пленкой из ковалентносвязанных гидрофильных олигомеров, под которой простираются внутрь поры олигомерные цепи с чередующимися функциональными группами и гидрофильными спейсерами. Такая конструкция сорбентов обеспечивает отсутствие неспецифической адсорбции, полную обратимость сорбции, устранение необратимых изменений конформации белка, повышенную емкость и селективность, а также ультравысокую гидролитическую стабильность сорбентов. Разработанные сорбенты по перечисленным параметрам превосходят лучшие зарубежные аналоги. На базе указанных сорбентов разработаны готовые аналитические колонки для ВЭЖХ белков, с разделяющей способностью до 10 пиков в минуту и полупромышленные препаративные колонны с производительностью фракционирования белка до 20 г в час. [4]

7. Силикагелевые сорбенты для хроматографии

Силикагели "Армсорб" для хроматографии

Производственный кооператив "Акунк" предлагает силикагелевые сорбенты "Армсорб" с параметрами, приведенными в таблице. Силикагель в качестве высокоэффектной жидкостной хроматографии синтезируется из щелочно-кремнеземистого раствора по специальной технологии, обеспечивающей высокое качество продукта.

8. Предложение от ЭЛСИКО на сорбенты - силикагель

Сорбенты для колоночной хроматографии низкого давления

9. СИНТЕЗ ПОЛИМЕРНЫХ СОРБЕНТОВ

Компания "Синтез полимерных сорбентов" предлагает серию полимерных сорбентов, специально разработанных для биохроматографических разделений. Макропористые акриловые сорбенты высокой емкости обеспечивают эффективные разделения в режимах гель-фильтрации и ионного обмена. Акриловые сорбенты СПС БИО механически прочны, долговечны, мало изменяют свой объем при изменении ионной силы элюентов.

10. Сравнение эксплуатационных свойств СПС Био-сульфоэтил и Sephadex SP при препаративных разделениях

Пример очистки даларгина Tyr d-Ala Cly Phe Leu Asg от примесей: Tyr Phe Leu Asg и изомера Tyr L-Ala Cly Phe Leu Asg . Содержание даларгина в сыром продукте - 85 вес.%, в очищенном - 97.5 вес.%. Колонка 10 х 120 см Скорость потока 5000 мл/час. Проба: 450 г сырого даларгина. Ступенчатый градиент: 30 литров 0.1 М Py/Ac pH=4.5 10 литров 0.4 М Py/Ac 30 литров 0.6 М Py/Ac

11. НОВЫЕ ИОНООБМЕННЫЕ СМОЛЫ

Компания "Синтез полимерных сорбентов" предлагает российские аналоги широко известных смол Dowex. В отличие от смол Dowex ионообменные смолы СПС обладают узким гранулярным составом, что обеспечивает низкое давление в колонках и отличные кинетические свойства.

Последняя цифра в названии смолы обозначает размер влажной смолы в микронах (50, 100, 150 микрон).

Компания "СПС" предлагает уникальные, высокоэффективные макропористые ионообменные смолы размером 50 микрон для разделения биомолекул (белки, нуклеотиды и д.)

Ионообменная хроматография смеси дезокситимидин-5'-моно- (1), ди-(2), три- (3), тетра-(4) и пента (4) фосфатов на колонке с сорбентом СПС-SBA(МП) - 50 (макропористый анионит размер зерна 50 микрон). Колонка 14 см3, h/D 3:1. Нагрузка 0.5 ммоль, элюент 0.05 - 0.3 М NaBr, скорость элюирования 300 мл/ч, температура 22 оС.

Также компания "Синтез полимерных сорбентов" предлагает акриловые гелевые и пористые ионообменные смолы различных размеров и функциональностей - сульфоэтильные, карбоксиметильные, иминодиуксусные, DEAE и др.

12. МИКРОСФЕРИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ И ТВЕРДОФАЗНОЙ ЭКСТРАКЦИИ

АНО "Синтез полимерных сорбентов" предлагает широкий спектр полистирольных и акриловых микросферических сорбентов и ионообменных смол однородного гранулометрического состава. Однородность размера гранул сорбентов и смол обеспечивают низкое давление в хроматографических колонках, превосходные механические свойства гарантируют долгую жизнь сорбентов. Размеры микросфер полимерных сорбентов варьируются от 2 до 50 микрон, ионообменных смол от 5 до 300 микрон. Принимаем заказы на разработку новых сорбентов и смол.

Очистка антрациклиновых антибиотиков методом препаративной ВЭЖХ на дивинилбензольном сорбенте Chromalite 10 MN2 (микросферы 10 микрон, размер пор 1000 А)

Градиентное элюирование:

А) ACN/вода 10/90 + 0.1% TFA

B) Acetonitrile + 0.1% TFA

Градиент: 10 - 90% B в течение 45 мин, UV 254 нм

13. ПОЛИМЕРНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ТВЕРДОФАЗНОЙ ЭКСТРАКЦИИ И ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

На данный момент существует большой выбор сорбентов, предлагаемых различными компаниями. Поэтому в наше время появилась возможность очень точно подобрать нужный для проведения исследований сорбент, руководствуясь требуемыми для проведения опыта условиями, индивидуальными характеристиками исследуемого образца, а также стоимостью предлагаемого компанией сорбента. Дальнейшее развитие науки в области хроматографических исследований приведет к созданию еще более новых и усовершенствованных типов сорбентов, что позволит добиться наиболее точного выделения и анализа веществ.

ЛИТЕРАТУРА

1. http://volgadeti.samara.ru/~unc/research3.htm

2. http://www.viniti.ru/

3. http://marata.narod.ru/

4. http://lenchrom.spb.ru/

5. http://akunk.narod.ru/AkunkLTD.html

6. http://www.hplc.ru/sorbent.htm

7. http://www.polymersorbents.com.ru/products.htm