![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Изучение возможности применения субкритической воды как десорбирующего раствора в проточных сорбционно-ВЭЖХ системах анализа, разработка приемов выбора потенциальных аналитов, а также способов анализа конкретных объектов. Разработка методических подходов к созданию и применению нековалентно иммобилизованных сорбентов в проточных системах химического анализа: рекомендаций по выбору малополярных сорбентов с точки зрения структуры поверхности, размера пор, гидрофобности поверхности, влияния специфических взаимодействий) и реагентов для нековалентной иммобилизации (с точки зрения гидрофобности и способности к «специфическим взаимодействиям с поверхностью носителей) с целью получения эффективных сорбентов для концентрирования различных аналитов в проточных системах анализа.
The research will be focused on the application of subcritical water as an eluent for desorption in on-line SPE-HPLC techniques; the development of approaches for selection of possible analytes; the development of approaches to the analysis of real samples. The development of systematic approach to the creation and application of sorbents with non-covalently immobilized reagents in flow analysis systems. The formulation of recommendations for the selection of low-polarity sorbents based on their surface area, pore size, hydrophobic properties, specific interactions and reagents for non-covalent immobilization (based on their hydrophobic properties and possibility to form specific bonds with the carrier).
1. Будут получены экспериментальные данные по удерживанию набора тестовых соединений в нескольких выбранных на первом этапе сорбционных системах при проведении десорбции субкритической водой. По этим данным будет проведен расчет сольватационных параметров для этих сорбционных систем. С помощью сольватационных параметров для нескольких классов веществ (фенолы, фталаты) будет проведен прогноз возможности десорбции субкритической водой с выбранных сорбентов. Будет разработана и метрологически аттестована методика высокочувствительного проточного определения фталатов в природных водах и др. объектах. В последующие годы планируется развить подход, направленный на прогнозирование круга аналитов, определяемых в проточных сорбционно-ВЭЖХ системах, основанных на использовании субкритической воды, а также предложить проточные сорбционно-спектрометрические системы определения элементов с применением субкритической воды в качестве элюента. 2. Будут найдены условия получения «возникающего» сорбента в проточных системах: выбраны соответствующие катионы и анионы, условия получения осадков-сорбентов в потоке; материал фильтра. Будет изучена сорбция платиновых металлов на «возникающем» сорбенте в виде гидрофобных ионных ассоциатов. В последующие годы будут найдены другие системы для получения «возникающего» сорбента, проведено сравнение эффективности таких систем. Будут разработаны проточные сорбционно-спектрометрические методы определения платиновых металлов в растворах сложного состава с использованием сорбции на «возникающем» сорбенте. Будут сформулированы методические основы выбора способа получения и условий использования наиболее эффективных для извлечения РЗЭ сорбентов с нековалентно иммобилизованными бэта-дикетонами. Будут разработаны высокочувствительные off-line и on-line методы определения РЗЭ в морских водах, оценены метрологические характеристики определения. Будет проведен выбор сорбентов, найдены условия концентрирования и условия разделения пищевых красителей в проточных системах низкого давления. В последующие годы будут разработаны проточные методы определения ряда пищевых красителей (сульфо-азокрасителей: Желтого Заката, Тартразина, Понсо 4R , Зеленого прочного, Хинолинового желтого) в растворах сложного состава, включающие разделение аналитов в системах низкого давления.
вторами проекта впервые предложено использовать субкритическую воду в качестве десорбирующего агента при проточном сорбционно-ВЭЖХ определении гидрофильных фенолов. Предложена и апробирована схема проточного определения фенола в водах, включающая сорбционное концентрирование, десорбцию субкритической водой, фокусирование аналитов в хроматографической колонке, разделение веществ в градиентном режиме водно-ацетонитрильным элюентом и спектрофотометрическое детектирование. Проведены предварительные эксперименты по концентрированию меди в виде комплекса с ПАН на сверхсшитом полистироле с последующей десорбцией комплекса субкритической водой. Показана возможность количественного извлечения и десорбции меди. Проведен большой объем предварительных исследований по динамическому сорбционному концентрированию платиновых металлов в виде ионных ассоциатов их хлорокомплексов с гидрофобными азотсодержащими реагентами - триоктиламином, диэтиламином, додециламином и другими. В качестве сорбентов использовали полимерные сорбенты с различной степенью сшивки, а также алкилсиликагели. Показано, что для концентрирования палладия, родия и иридия (взяты в качестве "модельных") наиболее перспективно использовать в качестве реагента производные диэтилентриамина (например, бис(2-диметиламиноэтил)октиламин)), а в качестве сорбента - сверхсшитый полистирол. Большой задел имеется у авторов проекта в направлении получения и использования сорбентов с нековалентно иммобилизованными реагентами. Так, ранее авторами проекта предложены сорбенты-фильтры, импрегнированные парафином и триоктиламином. Показано, что такие сорбционные фильтры эффективно извлекают ряд платиновых металлов из хлоридных растворов. Предложены также способы получения сорбентов на основе гексадецилсиликагеля, сверхсшитого полистирола, углеродных матриц, а также фторопластов импрегнированием или сорбцией бэта-дикетонов.
1. Предложен способ on-line концентрирования и ВЭЖХ-УФ определения нескольких моноэфиров фталевой кислоты, монометилфталата, моноэтилфталата и монобутилфталата. Способ включает извлечение аналитов на колонке с пористым графитированным углеродным сорбентом Hypercarb, десорбцию субкритической водой при температуре 150 °C, охлаждение концентрата и его подачу в ВЭЖХ колонку, где происходит фокусирование пиков аналитов. Ширины пиков на хроматограммах, полученных при десорбции субкритической водой, несколько больше, чем при прямом вводе образца, но существенно меньше, чем при десорбции элюентом для разделения аналитов (смесью ацетонитрил-вода 40:60%). Модель сольватационных параметров Абрахама была использована для получения корреляционных зависимостей, связывающих параметры удерживания ряда модельных соединений на поверхности пористого графитированного углеродного сорбента Hypercarb в среде субкритической воды с их молекулярными константами, характеризующими способность аналитов к различным типам межмолекулярного взаимодействия. Аналогичные данные получены также для смесей «метанол-вода» и «ацетонитрил-вода» при комнатной температуре. Проведено сопоставление этих параметров, показано, что для системы с ацетонитрилом при комнатной температуре наибольший вклад в удерживание аналитов вносит параметр E, характеризующий поляризуемость вещества; а для системы с субкритической водой вклад этого параметра в удерживание существенно снижается, и проявляется сильная корреляция удерживания аналита с его молекулярным объемом. Также следует отметить, что в системе с субкритической водой по сравнению с системой «ацетонитрил-вода» проявляется существенно больший вклад в удерживание параметра А, который характеризует способность аналита к участию в водородных связях в качестве донора водорода. Полученные зависимости могут быть использованы для предсказания условий (температуры и объема субкритической воды), необходимых для количественной десорбции того или иного аналита. Разработана ВЭЖХ-ДМД-МС методика определения моно- и диалкилфталатов в водах. Для одновременного МС-детектирования положительно заряженных молекулярных ионов диалкилфталатов и отрицательно заряженных ионов моноалкилфталатов использован режим двойной ионизации – DUIS (ESI+APCI). Пределы обнаружения аналитов составили от 0,3 до 1 мг/л. Изучена десорбция моно- и диалкилфталатов с углеродного сорбента Hypercarb ацетонитрилом при комнатной температуре и субкритической водой (без добавок и с добавками в 5 и 10% ацетонитрила) в диапазоне температур 150-200 °C. Построены off-line кривые десорбции фталатов; получены данные о степенях десорбции и степенях гидролиза аналитов. На основании этих данных выбраны условия, позволяющие десорбировать наибольшее число аналитов при минимальной суммарной степени их гидролиза: температура десорбции 150 °C, объем десорбирующего раствора 5 мл, добавка ацетонитрила к субкритической воде 5% (по объему). В этих условиях возможно концентрирование фталевой кислоты, четырех моноалкилфталатов (метил-, этил-, бутил- и циклогексил-), диметил- и диэтилфталата. 2. Предложена система с «возникающим» в процессе концентрирования сорбентом для концентрирования редкоземельных элементов (РЗЭ) в виде комплексов с 1-(2-пиридилазо)-2-нафтолом (ПАН). Использовали проточную систему, включающую два канала. По одному из каналов подавали раствор катионного ПАВ – додецилтриметиламмоний бромида (ДДТА), по другому – раствор ион-парного реагента – гексафторфосфата натрия. После смешения потоков получали взвесь мелкодисперсного сорбента, гексафторфосфата доддецилтриметиламмония. При концентрировании РЗЭ в один из потоков вводили анализируемый раствор, в другой – раствор ПАН. Комплексы РЗЭ и ПАН эффективно извлекались на полученном сорбенте. После смешения поток проходил через закрепленный мембранный фильтр (диаметр пор – 1 мкм), после чего РЗЭ десорбировали 2 М азотной кислотой. Найдены условия количественного извлечения РЗЭ: рН 5,5 – 7,0; концентрация ДДТА – 1 мМ, гексафторфосфата – 0,2 мМ, скорость пропускания 2 – 10 мл/мин. К сожалению, часто наблюдали не поддающееся контролю повышение давления в системе в процессе фильтрования мелкодисперсного осадка. 3. Получены результаты, подтверждающие эффективность использования предложенных систем концентрирования, включающих малополярный сорбент и гидрофобный органический реагент (на примере бэта-дикетонов), в проточных системах анализа для концентрирования редкоземельных элементов из растворов. Изучена возможность использования предложенных нами систем аналит (РЗЭ) – реагент (ФМБП) – неполярная матрица (сверхсшитый полистирол и др.) в проточной системе с ИСП-МС детектированием, обеспечивающей экспрессное и высокочувствительное определение РЗЭ в морских водах. В качестве малополярных матриц выбраны ССПС, хорошо удерживающий реагент (ФМБП), а также фторопластовый сорбент ПВФ Ф2М (в надежде на более быструю десорбцию комплексов элементов по сравнению с ССПС). Показано, что РЗЭ (в широком интервале концентраций) количественно извлекаются на сорбенте и количественно десорбируются, эффект «памяти» фактически отсутствует. Показано, что при использовании ССПС пики, полученные при проточном сорбционно-ИСП-МС определении, более узкие (объем зоны концентрата в потоке составляет 150 – 200 мкл) и имеют более симметричную форму, чем при использовании ПВФ Ф2М. Показано, что в выбранной системе (ССПС-ФМБП) способ проведения десорбции (в прямом и обратном направлении) не влияет на ширину зоны концентрата. На основании проведенных исследований предложена схема (последовательность операций) проточного определения, включающего концентрирование. Разработана методика проточного сорбционно-ИСП-МС определения РЗЭ в морских водах с использованием выбранной системы концентрирования. Пределы обнаружения элементов при концентрировании РЗЭ из 10 мл морской воды и десорбции 1 М HNO3 составили 0,3 (Pr), 0,2 (Eu), 0,3 (Tb), 0,1 (Tm) и 0,1 (Lu) нг/л. Относительное стандартное отклонение результатов единичного определения РЗЭ на уровне концентраций 0,4 – 0,5 мкг/л составило 0,03–0,05. Правильность и селективность определения добавок элементов в морской воде (на примере Карского, Белого и Красного морей) на уровне содержаний 0,4 – 0,5 мкг/л подтверждена методом «введено-найдено». Показано, что метрологические характеристики определения (чувствительность и воспроизводимость определения) не хуже, чем лучшие характеристики, предложенных ранее методик. При этом следует отметить простоту предложенного нами решения с точки зрения получения эффективного сорбента. 4. Показана возможность определения синтетических пищевых красителей: Понсо 4R, Тартразин, Желтый «солнечный» закат, Хинолиновый желтый и Зеленый прочный FCF, основанного на их сорбционном извлечении из растворов на кремнеземе, химически модифицированном гексадецильными группами (С16), и последующем их определении на поверхности сорбента методом спектроскопии диффузного отражения. На примере анализа напитков, а также парфюмерном средстве и капсулах лекарственного препарата установлено, что гидрофобизированный кремнезем является перспективным сорбентом для выделения и концентрирования пищевых красителей, который позволяет одновременно извлекать красители из сложных матриц и проводить определение непосредственно на его поверхности с использованием спектроскопии диффузного отражения. 5. С целью выбора гидрофильных веществ, которые могут быть сконцентрированы/разделены при использовании углеродного сорбента Hypercarb и «субкритической воды» в качестве элюента продолжено изучение сорбционной системы «Hypercarb – субкритическая вода» с позиций модели сольватационных параметров Абрахама. Для температур подвижной фазы 150, 175 и 200 °C получены данные об удерживании дополнительного набора тестовых соединений (гетероциклические соединения, производные анилина, ароматические спирты и эфиры, некоторые пестициды), что позволило уменьшить корреляцию между дескрипторами E и S и повысить точность прогноза удерживания аналитов. Для температуры 175 °C исследовано удерживание расширеного набора тестовых соединений в субкритической воде, содержащей 10 и 20% ацетонитрила. Установлено, что добавка ацетонитрила практически не меняет параметры e и s, отвечающие за взаимодействия «диполь-диполь» и «диполь-наведенный диполь», но значимо снижает величины параметров a, b , отвечающие за образование водородных связей Изучено ВЭЖХ разделение алкилфосфоновых (метил-, этил-, н-пропилфосфоновой) кислот и О-алкилалкилфосфоновых кислот (О-этилметил-, О-пропилметил-, О-пинаколилметилфосфоновой) на пористом графитированном углеродном сорбенте Hypercarb с использованием водного раствора муравьиной кислоты в качестве элюента. Показано, что проведение промывки колонки деионизованной водой перед началом ВЭЖХ разделения позволяет существенно увеличить коэффициенты емкости для всех рассмторенных в работе аналитов. Изучена зависимость коэффициентов емкости от объема пропущенной на стадии промывки деионизованной воды и от концентриции муравьиной кислоты в подвижной фазе. Показано, что при размерах колонки 2.1*30 мм минимально необходимым для промывки объемом деионизованной воды является 4 мл. Оптимальная скорость пропускания элюента составила 0.2 мл/мин. Оптимальный диапазон концентраций муравьиной кислоты в элюенте составил 0.01-0.1 %. В выбранных оптимальных условиях разделения разработана ВЭЖХ-МС методика определения алкил- и О-алкилалкилфосфоновых кислот, пределы обнаружения аналитов в водных растворах составили 0.5-1.5 мкг/мл. 6. Исследовали влияние природы растворителя при импрегнировании на эффективность получаемых сорбентов. Для этого в условиях динамической сорбции получали ДВК лантана, пропуская через колонку, заполненную импрегнированным сорбентом, раствор лантана (c = 1 мкг/мл, рН 4,00). На выходе из колонки собирали аликвоты (V = 3 мл) раствора, в которых определяли содержание лантана после проведения фотометрической реакции с арсеназо III. Установлено, что на поверхности сорбентов, импрегнированных из толуола лантан практически не извлекается. Импрегнирование из этанола обеспечивает более высокие коэффициенты распределения лантана, чем импрегнирование из хлороформа. Таким образом, чем выше полярность органического растворителя, используемого для импрегнирования, тем эффективнее сорбция аналита на полученном сорбенте. Исследовали вымывание ФМБП с сорбентов, модифицированных разными способами, различными по составу растворами. Через колонку с модифицированным сорбентом пропускали дистиллированную воду, 0,1 М ацетатно-аммонийный буферный раствор (pH = 4,00), морскую и речную воду, сульфатный технологический раствор, а также потенциальные элюенты – 2 М HNO3 и этанол. Показано, что при пропускании ацетатно-аммонийного буферного раствора, дистиллированной и природных вод, а также технологического раствора через колонку, заполненную сорбентом, полученным сорбционным способом, наблюдается незначительное вымывание ФМБП с поверхности ССПС (емкость сорбента снижается на 6% от исходной). При этом ФМБП полностью вымывается 500 мл растворов с поверхности модифицированного сорбционным способом SiO2-C16. Реагент легко вымывается с поверхности импрегнированных сорбентов. Так, пропускание уже 5 – 10 мл ацетатно-аммонийного буферного раствора или дистиллированной воды приводит к полному удалению реагента с поверхности SiO2 - C16, и на 70 % с поверхности ССПС. Пропускание 2 М HNO3 практически не приводит к вымыванию ФМБП, независимо от способа модифицирования сорбента. Эти данные показывают, что концентрат РЗЭ, полученный после сорбции и десорбции кислотой, не содержит реагента. Этот факт весьма важен при определении элементов в концентрате методом ИСП-МС. Этанол полностью вымывает реагент уже при пропускании 10 – 15 мл, что вполне соответствует литературным данным о растворимости ФМБП. Результаты показали, что при использовании сорбентов, полученных как извлечением реагента из раствора, так и импрегнированных, наблюдается вымывание реагента из фазы сорбента. Однако вымывание реагента и соответствующее снижение емкости сорбента по реагенту не мешает эффективно извлекать лантан на ССПС, модифицированном «сорбционным способом», даже из 500 мл раствора на миниколонке 2 10 мм (Vколонки = 31,4 мкл). Использование других сорбентов – полученных импрегнированием, а также гексадецилсиликагеля, модифицированного сорбционным способом, возможно лишь для извлечения лантана из малых объемов растворов (10 мл и менее). 7. Проведено сравнение метрологических характеристик ИСП-МС методов определения РЗЭ в водах, основанных на использовании сорбентов с нековалентно иммобилизованными бэта-дикетонами. Показано, что пределы обнаружения РЗЭ как при проточном сорбционно-ИСП-МС определении РЗЭ в 10 мл образца, так и при off-line концентрировании/определении РЗЭ в 500 мл образца фактически одинаковы и находятся на уровне 0,2 – 1 нг/л. Эти методы могут быть рекомендованы к использованию в условиях стационарных лабораторий, а off-line вариант – для концентрирования РЗЭ в «полевых» условиях. При использовании этанола в качестве элюента определение РЗЭ возможно, однако пределы обнаружения аналитов существенно выше и составляют 80 – 90 нг/л. Так, показана возможность ИСП-МС определения РЗЭ в концентратах, полученных после извлечения РЗЭ из растворов, при прямом вводе концентрата на основе 1 М HNO3 в распылитель спектрометра, а также при вводе малых объемов концентратов на основе 2 М HNO3 и этанола в поток слабокислого раствора. Наиболее низкие пределы обнаружения соответствуют прямому вводу концентрата. Показана возможность ИСП-МС определения РЗЭ в морских водах, включающего «off-line» концентрирование РЗЭ на сверхсшитом полистироле, модифицированном ФМБП, десорбцию РЗЭ 2 М HNO3 и прямой ввод разбавленного в два раза концентрата в плазму масс-спектрометра. Оценены пределы обнаружения элементов при концентрировании РЗЭ из 500 мл воды, они составили 5 (La), 0,3 (Ce), 0,3 (Pr), 0,8 (Nd), 0,2 (Sm), 0,4 (Eu), 0,3 (Gd), 0,2 (Tb), 0,4 (Dy), 0,3 (Ho), 0,4 (Er), 0,2 (Tm), 0,6 (Yb) и 0,2 (Lu) нг/л. Правильность и селективность определения добавок элементов в морской воде на уровне содержаний 0,4 – 0,5 мкг/л подтверждена методом «введено-найдено». Показана возможность ИСП-МС определения РЗЭ в морских водах, включающего «on-line» концентрирование аналитов на аналогичном сорбенте. Пределы обнаружения элементов при концентрировании РЗЭ из 10 мл морской воды и десорбции 1 М HNO3 составили 0,3 (Pr), 0,2 (Eu), 0,3 (Tb), 0,1 (Tm) и 0,1 (Lu) нг/л. Правильность и селективность определения добавок элементов в морской воде на уровне содержаний 0,4 – 0,5 мкг/л подтверждена методом «введено-найдено». 8. Показана возможность разделения неорганических ионов на пористом графитированном углероде (ПГУ) типа Hypercarb. Так, например, возможно разделение анионных форм мышьяка(III, V), а также селена(IV, VI) с использованием в качестве подвижной фазы раствора муравьиной кислоты. Ионы ТсO4? и ReO4? делили с использованием раствора трифторуксусной кислоты. Удерживание ионов предположительно объясняется путем диполь наведено-дипольных взаимодействий. Неорганические ионы (нитрит, нитрат, хлорид и др.) делили в режиме ОФ ВЭЖХ при добавлении в подвижную фазу смеси муравьиной кислоты с пиридином или бромида тетрабутиламмония с ацетонитрилом. При изучении сорбции гексафторида фосфора использовали классическую подвижную фазу ацетонитрил-вода. ПГУ можно также модифицировать органическими реагентами такими, как, например, пиридилазорезорцин, и разделять на нем катионы металлов в присутствии щавелевой кислоты. В указанных условиях неорганических ионы определяли в водопроводной, минеральной и озерной воде. На ПГУ возможно разделение как положительно, так и отрицательно заряженных комплексов металлов. Например, медь(II) и железо(III) разделяли при использовании подвижной фазы ЭДТА-ацетатный буферный раствор (рН = 5). Комплексы ТсO4? с цикланом, тетраазадодеканом и этилендиамином разделяли в градиентном режиме при использовании подвижной фазы, содержащей ацетонитрил и трифторуксусную кислоту. Для определения кальция и магния в состав подвижной фазы добавляли о-крезолфталеин. Кроме этого ПГУ использовали для разделения и определения полярных биологически активных веществ. Например, для разделения селено- или арсеносахаров, где в качестве элюента применяли водный раствор метанола, а для разделения оксалиплатинов в водную подвижную фазу вводили метанол и азотную кислоту. Соли монометил- и диметиларсеновых кислот разделяли подвижной фазой, включающей муравьиную кислоту. 9. Экспериментально изучена эффективность десорбции алкилфосфоновых и О-алкилалкилфосфоновых кислот с непористого графитированного углеродного сорбента EnviCarb: в качестве десорбирующих растворов применяли 1) ацетонитрил при комнатной температуре; 2) водные растворы муравьиной кислоты, формиата или ацетата аммония различных концентраций; 3) субкритическую воду в диапазоне температур 150-175 °C; 4) растворы формиата или ацетата аммония в субкритической воде в диапазоне температур 150-175 °C; 5) смеси «вода-ацетонитрил» при температурах 150-175 °С. Для всех выбранных аналитов построены off-line кривые десорбции; растворы собирали аликвотами по 0.5 мл, проводили анализ каждой аликвоты с помощью ВЭЖХ-МС. Установлено, что наиболее эффективным десорбирующим раствором для алкилфосфоновых кислот являются водные растворы муравьиной кислоты и формиата аммония при комнатной температуре. Повышение температуры до 150 °C приводит к незначительному повышению эффективности десорбции; дальнейшее повышение температуры не приводит к заметным изменениям формы кривой десорбции. Для десорбции О-алкилалкилфосфоновых кислот также эффективны водные растворы муравьиной кислоты или формиата аммония, однако для этих аналитов повышение температуры десорбции до 150 °C приводит к существенному росту эффективности десорбции – объем зоны концентрата уменьшается в 1.5-2 раза по сравнению с десорбцией при комнатной температуре. При дальнейшем увеличении температуры до 200 °C наблюдается сужение зоны концентрата с одновременным уменьшением степени десорбции аналитов, что, на наш взгляд, свидетельствует о частичном гидролизе аналитов. Оптимальным вариантом для десорбции обеих групп аналитов (О-алкилалкил- и алкилфосфоновых кислот) является использование водного раствора формиата аммония при 150 °C. Для сопоставления получены данные о десорбции О-алкилалкилфосфоновых и алкилфосфоновых кислот этим десорбирующим раствором с сорбента Hypercarb. Показано, что десорбция с сорбента EnviCarb протекает несколько эффективнее, ширины зон концентрата в потоке на 20-30% меньше; по нашему мнению, это связано с меньшей величиной удельной поверхности EnviCarb. 10. Разработан подход к использованию в модели сольватационных параметров тестовых соединений, не поглощающих в УФ-области. Для этих целей применен квадрупольный масс-спектрометрический детектор в режиме одновременной ионизации электрораспылением и химической ионизации при атмосферном давлении (ESI+APCI, DUIS mode). Выбраны параметры МС-детектирования при определении алифатических кетонов, сложных и простых эфиров: температура линии десольватации 250 °C, температура блока нагревателя 400 °C, поток газа-распылителя 1.5 л/мин при потоке подвижной фазы до 1 мл/мин, время накопления сигнала на единичной массе 0.2 с. Ряд кетонов, сложных и простых эфиров (всего 13 соединений) был использован в качестве дополнения к основному набору тестовых аналитов (34 соединения) для исследования с позиций модели сольватационных параметров сорбционных систем «непористый графитированный углеродный сорбент EnviCarb – субкритическая вода с добавкой 10-20% ацетонитрила» в диапазоне температур 150-200 °С. Рассчитаны сольватационные параметры этих сорбционных систем. Показано, что, как и в случае с сорбентом Hypercarb, основной вклад в удерживание аналитов вносит сольватационный параметр v, связанный с молекулярным объемом аналита. Несколько большие, по сравнению с сорбентом Hypercarb, величины сольватационных параметров e и s, отвечающих за вклад поляризуемости и полярности аналита в удерживание, свидетельствуют о различиях в химии поверхности сорбентов Hypercarb и EnviCarb. 11. Для изучения удерживания тестовых аналитов в среде 100%-ного ацетонитрила был выбран ряд алкильных производных анилина, которые достаточно сильно удерживаются на сорбентах Hypercarb и EnviCarb; в числе отобранных соединений – 3- и 4-этиланилины, 2,3-диметиланилин, 4-изопропиланилин и другие. Для этих соединений в среде ацетонитрила при их удерживании на сорбентах Hypercarb и EnviCarb коэффициенты удерживания составляют не менее 2,5, что позволяет определять их с хорошей точностью. Для повышения надежности определения сольватационных параметров в среде 100%-ного ацетонитрила мы предложили проводить не только их прямой расчет, но и экстраполяцию по серии экспериментов с увеличивающейся долей ацетонитрила в смеси «ацетонитрил-вода». Экспериментально этот подход опробован на системе «Hypercarb-вода-ацетонитрил при комнатной температуре», содержание ацетонитрила составило 85, 90, 95 и 97,5 %. Наблюдали хорошее соответствие сольватационных параметров, рассчитанных линейной экстраполяцией по серии экспериментов с разной концентрацией ацетонитрила, и рассчитанных по данным прямого эксперимента с использованием 100%-ного ацетонитрила. Проведено сопоставление эффективности десорбции органических веществ 100%-ным ацетонитрилом при комнатной температуре и субкритической водой в диапазоне температур 150-200 °C с сорбента Hypercarb. Показано, что для аналитов, характеризующихся небольшими значениями дескрипторов V и E, субкритическая вода по эффективности сопоставима со 100%-ным ацетонитрилом уже при температуре 175 °C. Однако, если величины дескрипторов V и E для данного аналита превышают 1.4 и 1.1 соответственно, то даже температуры в 200 °C недостаточно для десорбции, сопоставимой по эффективности 100%-ным ацетонитрилом при комнатной температуре.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 12 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Новые проточные методы химического анализа, включающие сорбционное концентрирование |
Результаты этапа: Предложен способ on-line концентрирования и ВЭЖХ-УФ определения нескольких моноэфиров фталевой кислоты, монометилфталата, моноэтилфталата и монобутилфталата. Способ включает извлечение аналитов на колонке с пористым графитированным углеродным сорбентом Hypercarb, десорбцию субкритической водой при температуре 150 °C, охлаждение концентрата и его подачу в ВЭЖХ колонку, где происходит фокусирование пиков аналитов. Разработана ВЭЖХ-ДМД-МС методика определения моно- и диалкилфталатов в водах. Пределы обнаружения аналитов составили от 0,3 до 1 мг/л. Модель сольватационных параметров Абрахама использована для получения корреляционных зависимостей, связывающих параметры удерживания ряда модельных соединений на поверхности пористого графитированного углеродного сорбента Hypercarb в среде субкритической воды с их молекулярными константами, характеризующими способность аналитов к различным типам межмолекулярного взаимодействия. Предложена система с «возникающим» в процессе концентрирования сорбентом для концентрирования редкоземельных элементов (РЗЭ) в виде комплексов с 1-(2-пиридилазо)-2-нафтолом (ПАН). Найдены условия количественного извлечения РЗЭ. Получены результаты, подтверждающие эффективность использования предложенных систем концентрирования, включающих малополярный сорбент и гидрофобный органический реагент (на примере бэта-дикетонов), в проточных системах анализа для концентрирования редкоземельных элементов из растворов. Разработана методика проточного сорбционно-ИСП-МС определения РЗЭ в морских водах с использованием выбранной системы концентрирования. Пределы обнаружения элементов при концентрировании РЗЭ из 10 мл морской воды и десорбции 1 М HNO3 составили 0,3 (Pr), 0,2 (Eu), 0,3 (Tb), 0,1 (Tm) и 0,1 (Lu) нг/л. Показана возможность определения синтетических пищевых красителей: Понсо 4R, Тартразин, Желтый «солнечный» закат, Хинолиновый желтый и Зеленый прочный FCF, основанного на их сорбционном извлечении из растворов на кремнеземе, химически модифицированном гексадецильными группами (С16), и последующем их определении на поверхности сорбента методом спектроскопии диффузного отражения. | ||
2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Новые проточные методы химического анализа, включающие сорбционное концентрирование |
Результаты этапа: 1. С целью выбора гидрофильных веществ, которые могут быть сконцентрированы/разделены при использовании углеродного сорбента Hypercarb и «субкритической воды» в качестве элюента продолжено изучение сорбционной системы «Hypercarb – субкритическая вода» с позиций модели сольватационных параметров Абрахама. Для температур подвижной фазы 150, 175 и 200 °C получены данные об удерживании дополнительного набора тестовых соединений (гетероциклические соединения, производные анилина, ароматические спирты и эфиры, некоторые пестициды), что позволило уменьшить корреляцию между дескрипторами E и S и повысить точность прогноза удерживания аналитов. Для температуры 175 °C исследовано удерживание расширеного набора тестовых соединений в субкритической воде, содержащей 10 и 20% ацетонитрила. Установлено, что добавка ацетонитрила практически не меняет параметры e и s, отвечающие за взаимодействия «диполь-диполь» и «диполь-наведенный диполь», но значимо снижает величины параметров a, b , отвечающие за образование водородных связей Изучено ВЭЖХ разделение алкилфосфоновых (метил-, этил-, н-пропилфосфоновой) кислот и О-алкилалкилфосфоновых кислот (О-этилметил-, О-пропилметил-, О-пинаколилметилфосфоновой) на пористом графитированном углеродном сорбенте Hypercarb с использованием водного раствора муравьиной кислоты в качестве элюента. Показано, что проведение промывки колонки деионизованной водой перед началом ВЭЖХ разделения позволяет существенно увеличить коэффициенты емкости для всех рассмторенных в работе аналитов. Изучена зависимость коэффициентов емкости от объема пропущенной на стадии промывки деионизованной воды и от концентриции муравьиной кислоты в подвижной фазе. Показано, что при размерах колонки 2.1*30 мм минимально необходимым для промывки объемом деионизованной воды является 4 мл. Оптимальная скорость пропускания элюента составила 0.2 мл/мин. Оптимальный диапазон концентраций муравьиной кислоты в элюенте составил 0.01-0.1 %. В выбранных оптимальных условиях разделения разработана ВЭЖХ-МС методика определения алкил- и О-алкилалкилфосфоновых кислот, пределы обнаружения аналитов в водных растворах составили 0.5-1.5 мкг/мл. 2. Исследовали влияние природы растворителя при импрегнировании на эффективность получаемых сорбентов. Для этого в условиях динамической сорбции получали ДВК лантана, пропуская через колонку, заполненную импрегнированным сорбентом, раствор лантана (c = 1 мкг/мл, рН 4,00). На выходе из колонки собирали аликвоты (V = 3 мл) раствора, в которых определяли содержание лантана после проведения фотометрической реакции с арсеназо III. Установлено, что на поверхности сорбентов, импрегнированных из толуола лантан практически не извлекается. Импрегнирование из этанола обеспечивает более высокие коэффициенты распределения лантана, чем импрегнирование из хлороформа. Таким образом, чем выше полярность органического растворителя, используемого для импрегнирования, тем эффективнее сорбция аналита на полученном сорбенте. Исследовали вымывание ФМБП с сорбентов, модифицированных разными способами, различными по составу растворами. Через колонку с модифицированным сорбентом пропускали дистиллированную воду, 0,1 М ацетатно-аммонийный буферный раствор (pH = 4,00), морскую и речную воду, сульфатный технологический раствор, а также потенциальные элюенты – 2 М HNO3 и этанол. Показано, что при пропускании ацетатно-аммонийного буферного раствора, дистиллированной и природных вод, а также технологического раствора через колонку, заполненную сорбентом, полученным сорбционным способом, наблюдается незначительное вымывание ФМБП с поверхности ССПС (емкость сорбента снижается на 6% от исходной). При этом ФМБП полностью вымывается 500 мл растворов с поверхности модифицированного сорбционным способом SiO2-C16. Реагент легко вымывается с поверхности импрегнированных сорбентов. Так, пропускание уже 5 – 10 мл ацетатно-аммонийного буферного раствора или дистиллированной воды приводит к полному удалению реагента с поверхности SiO2 - C16, и на 70 % с поверхности ССПС. Пропускание 2 М HNO3 практически не приводит к вымыванию ФМБП, независимо от способа модифицирования сорбента. Эти данные показывают, что концентрат РЗЭ, полученный после сорбции и десорбции кислотой, не содержит реагента. Этот факт весьма важен при определении элементов в концентрате методом ИСП-МС. Этанол полностью вымывает реагент уже при пропускании 10 – 15 мл, что вполне соответствует литературным данным о растворимости ФМБП. Результаты показали, что при использовании сорбентов, полученных как извлечением реагента из раствора, так и импрегнированных, наблюдается вымывание реагента из фазы сорбента. Однако вымывание реагента и соответствующее снижение емкости сорбента по реагенту не мешает эффективно извлекать лантан на ССПС, модифицированном «сорбционным способом», даже из 500 мл раствора на миниколонке 2 10 мм (Vколонки = 31,4 мкл). Использование других сорбентов – полученных импрегнированием, а также гексадецилсиликагеля, модифицированного сорбционным способом, возможно лишь для извлечения лантана из малых объемов растворов (10 мл и менее). 3. Проведено сравнение метрологических характеристик ИСП-МС методов определения РЗЭ в водах, основанных на использовании сорбентов с нековалентно иммобилизованными бэта-дикетонами. Показано, что пределы обнаружения РЗЭ как при проточном сорбционно-ИСП-МС определении РЗЭ в 10 мл образца, так и при off-line концентрировании/определении РЗЭ в 500 мл образца фактически одинаковы и находятся на уровне 0,2 – 1 нг/л. Эти методы могут быть рекомендованы к использованию в условиях стационарных лабораторий, а off-line вариант – для концентрирования РЗЭ в «полевых» условиях. При использовании этанола в качестве элюента определение РЗЭ возможно, однако пределы обнаружения аналитов существенно выше и составляют 80 – 90 нг/л. Так, показана возможность ИСП-МС определения РЗЭ в концентратах, полученных после извлечения РЗЭ из растворов, при прямом вводе концентрата на основе 1 М HNO3 в распылитель спектрометра, а также при вводе малых объемов концентратов на основе 2 М HNO3 и этанола в поток слабокислого раствора. Наиболее низкие пределы обнаружения соответствуют прямому вводу концентрата. Показана возможность ИСП-МС определения РЗЭ в морских водах, включающего «off-line» концентрирование РЗЭ на сверхсшитом полистироле, модифицированном ФМБП, десорбцию РЗЭ 2 М HNO3 и прямой ввод разбавленного в два раза концентрата в плазму масс-спектрометра. Оценены пределы обнаружения элементов при концентрировании РЗЭ из 500 мл воды, они составили 5 (La), 0,3 (Ce), 0,3 (Pr), 0,8 (Nd), 0,2 (Sm), 0,4 (Eu), 0,3 (Gd), 0,2 (Tb), 0,4 (Dy), 0,3 (Ho), 0,4 (Er), 0,2 (Tm), 0,6 (Yb) и 0,2 (Lu) нг/л. Правильность и селективность определения добавок элементов в морской воде на уровне содержаний 0,4 – 0,5 мкг/л подтверждена методом «введено-найдено». Показана возможность ИСП-МС определения РЗЭ в морских водах, включающего «on-line» концентрирование аналитов на аналогичном сорбенте. Пределы обнаружения элементов при концентрировании РЗЭ из 10 мл морской воды и десорбции 1 М HNO3 составили 0,3 (Pr), 0,2 (Eu), 0,3 (Tb), 0,1 (Tm) и 0,1 (Lu) нг/л. Правильность и селективность определения добавок элементов в морской воде на уровне содержаний 0,4 – 0,5 мкг/л подтверждена методом «введено-найдено». 4. Показана возможность разделения неорганических ионов на пористом графитированном углероде (ПГУ) типа Hypercarb. Так, например, возможно разделение анионных форм мышьяка(III, V), а также селена(IV, VI) с использованием в качестве подвижной фазы раствора муравьиной кислоты. Ионы ТсO4? и ReO4? делили с использованием раствора трифторуксусной кислоты. Удерживание ионов предположительно объясняется путем диполь наведено-дипольных взаимодействий. Неорганические ионы (нитрит, нитрат, хлорид и др.) делили в режиме ОФ ВЭЖХ при добавлении в подвижную фазу смеси муравьиной кислоты с пиридином или бромида тетрабутиламмония с ацетонитрилом. При изучении сорбции гексафторида фосфора использовали классическую подвижную фазу ацетонитрил-вода. ПГУ можно также модифицировать органическими реагентами такими, как, например, пиридилазорезорцин, и разделять на нем катионы металлов в присутствии щавелевой кислоты. В указанных условиях неорганических ионы определяли в водопроводной, минеральной и озерной воде. На ПГУ возможно разделение как положительно, так и отрицательно заряженных комплексов металлов. Например, медь(II) и железо(III) разделяли при использовании подвижной фазы ЭДТА-ацетатный буферный раствор (рН = 5). Комплексы ТсO4? с цикланом, тетраазадодеканом и этилендиамином разделяли в градиентном режиме при использовании подвижной фазы, содержащей ацетонитрил и трифторуксусную кислоту. Для определения кальция и магния в состав подвижной фазы добавляли о-крезолфталеин. Кроме этого ПГУ использовали для разделения и определения полярных биологически активных веществ. Например, для разделения селено- или арсеносахаров, где в качестве элюента применяли водный раствор метанола, а для разделения оксалиплатинов в водную подвижную фазу вводили метанол и азотную кислоту. Соли монометил- и диметиларсеновых кислот разделяли подвижной фазой, включающей муравьиную кислоту. | ||
3 | 1 января 2017 г.-30 декабря 2017 г. | Новые проточные методы химического анализа, включающие сорбционное концентрирование |
Результаты этапа: 1. Предложен способ on-line концентрирования и ВЭЖХ-УФ определения нескольких моноэфиров фталевой кислоты, монометилфталата, моноэтилфталата и монобутилфталата. Способ включает извлечение аналитов на колонке с пористым графитированным углеродным сорбентом Hypercarb, десорбцию субкритической водой при температуре 150 °C, охлаждение концентрата и его подачу в ВЭЖХ колонку, где происходит фокусирование пиков аналитов. Ширины пиков на хроматограммах, полученных при десорбции субкритической водой, несколько больше, чем при прямом вводе образца, но существенно меньше, чем при десорбции элюентом для разделения аналитов (смесью ацетонитрил-вода 40:60%). Модель сольватационных параметров Абрахама была использована для получения корреляционных зависимостей, связывающих параметры удерживания ряда модельных соединений на поверхности пористого графитированного углеродного сорбента Hypercarb в среде субкритической воды с их молекулярными константами, характеризующими способность аналитов к различным типам межмолекулярного взаимодействия. Аналогичные данные получены также для смесей «метанол-вода» и «ацетонитрил-вода» при комнатной температуре. Проведено сопоставление этих параметров, показано, что для системы с ацетонитрилом при комнатной температуре наибольший вклад в удерживание аналитов вносит параметр E, характеризующий поляризуемость вещества; а для системы с субкритической водой вклад этого параметра в удерживание существенно снижается, и проявляется сильная корреляция удерживания аналита с его молекулярным объемом. Также следует отметить, что в системе с субкритической водой по сравнению с системой «ацетонитрил-вода» проявляется существенно больший вклад в удерживание параметра А, который характеризует способность аналита к участию в водородных связях в качестве донора водорода. Полученные зависимости могут быть использованы для предсказания условий (температуры и объема субкритической воды), необходимых для количественной десорбции того или иного аналита. Разработана ВЭЖХ-ДМД-МС методика определения моно- и диалкилфталатов в водах. Для одновременного МС-детектирования положительно заряженных молекулярных ионов диалкилфталатов и отрицательно заряженных ионов моноалкилфталатов использован режим двойной ионизации – DUIS (ESI+APCI). Пределы обнаружения аналитов составили от 0,3 до 1 мг/л. Изучена десорбция моно- и диалкилфталатов с углеродного сорбента Hypercarb ацетонитрилом при комнатной температуре и субкритической водой (без добавок и с добавками в 5 и 10% ацетонитрила) в диапазоне температур 150-200 °C. Построены off-line кривые десорбции фталатов; получены данные о степенях десорбции и степенях гидролиза аналитов. На основании этих данных выбраны условия, позволяющие десорбировать наибольшее число аналитов при минимальной суммарной степени их гидролиза: температура десорбции 150 °C, объем десорбирующего раствора 5 мл, добавка ацетонитрила к субкритической воде 5% (по объему). В этих условиях возможно концентрирование фталевой кислоты, четырех моноалкилфталатов (метил-, этил-, бутил- и циклогексил-), диметил- и диэтилфталата. 2. Предложена система с «возникающим» в процессе концентрирования сорбентом для концентрирования редкоземельных элементов (РЗЭ) в виде комплексов с 1-(2-пиридилазо)-2-нафтолом (ПАН). Использовали проточную систему, включающую два канала. По одному из каналов подавали раствор катионного ПАВ – додецилтриметиламмоний бромида (ДДТА), по другому – раствор ион-парного реагента – гексафторфосфата натрия. После смешения потоков получали взвесь мелкодисперсного сорбента, гексафторфосфата доддецилтриметиламмония. При концентрировании РЗЭ в один из потоков вводили анализируемый раствор, в другой – раствор ПАН. Комплексы РЗЭ и ПАН эффективно извлекались на полученном сорбенте. После смешения поток проходил через закрепленный мембранный фильтр (диаметр пор – 1 мкм), после чего РЗЭ десорбировали 2 М азотной кислотой. Найдены условия количественного извлечения РЗЭ: рН 5,5 – 7,0; концентрация ДДТА – 1 мМ, гексафторфосфата – 0,2 мМ, скорость пропускания 2 – 10 мл/мин. К сожалению, часто наблюдали не поддающееся контролю повышение давления в системе в процессе фильтрования мелкодисперсного осадка. 3. Получены результаты, подтверждающие эффективность использования предложенных систем концентрирования, включающих малополярный сорбент и гидрофобный органический реагент (на примере бэта-дикетонов), в проточных системах анализа для концентрирования редкоземельных элементов из растворов. Изучена возможность использования предложенных нами систем аналит (РЗЭ) – реагент (ФМБП) – неполярная матрица (сверхсшитый полистирол и др.) в проточной системе с ИСП-МС детектированием, обеспечивающей экспрессное и высокочувствительное определение РЗЭ в морских водах. В качестве малополярных матриц выбраны ССПС, хорошо удерживающий реагент (ФМБП), а также фторопластовый сорбент ПВФ Ф2М (в надежде на более быструю десорбцию комплексов элементов по сравнению с ССПС). Показано, что РЗЭ (в широком интервале концентраций) количественно извлекаются на сорбенте и количественно десорбируются, эффект «памяти» фактически отсутствует. Показано, что при использовании ССПС пики, полученные при проточном сорбционно-ИСП-МС определении, более узкие (объем зоны концентрата в потоке составляет 150 – 200 мкл) и имеют более симметричную форму, чем при использовании ПВФ Ф2М. Показано, что в выбранной системе (ССПС-ФМБП) способ проведения десорбции (в прямом и обратном направлении) не влияет на ширину зоны концентрата. На основании проведенных исследований предложена схема (последовательность операций) проточного определения, включающего концентрирование. Разработана методика проточного сорбционно-ИСП-МС определения РЗЭ в морских водах с использованием выбранной системы концентрирования. Пределы обнаружения элементов при концентрировании РЗЭ из 10 мл морской воды и десорбции 1 М HNO3 составили 0,3 (Pr), 0,2 (Eu), 0,3 (Tb), 0,1 (Tm) и 0,1 (Lu) нг/л. Относительное стандартное отклонение результатов единичного определения РЗЭ на уровне концентраций 0,4 – 0,5 мкг/л составило 0,03–0,05. Правильность и селективность определения добавок элементов в морской воде (на примере Карского, Белого и Красного морей) на уровне содержаний 0,4 – 0,5 мкг/л подтверждена методом «введено-найдено». Показано, что метрологические характеристики определения (чувствительность и воспроизводимость определения) не хуже, чем лучшие характеристики, предложенных ранее методик. При этом следует отметить простоту предложенного нами решения с точки зрения получения эффективного сорбента. 4. Показана возможность определения синтетических пищевых красителей: Понсо 4R, Тартразин, Желтый «солнечный» закат, Хинолиновый желтый и Зеленый прочный FCF, основанного на их сорбционном извлечении из растворов на кремнеземе, химически модифицированном гексадецильными группами (С16), и последующем их определении на поверхности сорбента методом спектроскопии диффузного отражения. На примере анализа напитков, а также парфюмерном средстве и капсулах лекарственного препарата установлено, что гидрофобизированный кремнезем является перспективным сорбентом для выделения и концентрирования пищевых красителей, который позволяет одновременно извлекать красители из сложных матриц и проводить определение непосредственно на его поверхности с использованием спектроскопии диффузного отражения. 5. С целью выбора гидрофильных веществ, которые могут быть сконцентрированы/разделены при использовании углеродного сорбента Hypercarb и «субкритической воды» в качестве элюента продолжено изучение сорбционной системы «Hypercarb – субкритическая вода» с позиций модели сольватационных параметров Абрахама. Для температур подвижной фазы 150, 175 и 200 °C получены данные об удерживании дополнительного набора тестовых соединений (гетероциклические соединения, производные анилина, ароматические спирты и эфиры, некоторые пестициды), что позволило уменьшить корреляцию между дескрипторами E и S и повысить точность прогноза удерживания аналитов. Для температуры 175 °C исследовано удерживание расширеного набора тестовых соединений в субкритической воде, содержащей 10 и 20% ацетонитрила. Установлено, что добавка ацетонитрила практически не меняет параметры e и s, отвечающие за взаимодействия «диполь-диполь» и «диполь-наведенный диполь», но значимо снижает величины параметров a, b , отвечающие за образование водородных связей Изучено ВЭЖХ разделение алкилфосфоновых (метил-, этил-, н-пропилфосфоновой) кислот и О-алкилалкилфосфоновых кислот (О-этилметил-, О-пропилметил-, О-пинаколилметилфосфоновой) на пористом графитированном углеродном сорбенте Hypercarb с использованием водного раствора муравьиной кислоты в качестве элюента. Показано, что проведение промывки колонки деионизованной водой перед началом ВЭЖХ разделения позволяет существенно увеличить коэффициенты емкости для всех рассмторенных в работе аналитов. Изучена зависимость коэффициентов емкости от объема пропущенной на стадии промывки деионизованной воды и от концентриции муравьиной кислоты в подвижной фазе. Показано, что при размерах колонки 2.1*30 мм минимально необходимым для промывки объемом деионизованной воды является 4 мл. Оптимальная скорость пропускания элюента составила 0.2 мл/мин. Оптимальный диапазон концентраций муравьиной кислоты в элюенте составил 0.01-0.1 %. В выбранных оптимальных условиях разделения разработана ВЭЖХ-МС методика определения алкил- и О-алкилалкилфосфоновых кислот, пределы обнаружения аналитов в водных растворах составили 0.5-1.5 мкг/мл. 6. Исследовали влияние природы растворителя при импрегнировании на эффективность получаемых сорбентов. Для этого в условиях динамической сорбции получали ДВК лантана, пропуская через колонку, заполненную импрегнированным сорбентом, раствор лантана (c = 1 мкг/мл, рН 4,00). На выходе из колонки собирали аликвоты (V = 3 мл) раствора, в которых определяли содержание лантана после проведения фотометрической реакции с арсеназо III. Установлено, что на поверхности сорбентов, импрегнированных из толуола лантан практически не извлекается. Импрегнирование из этанола обеспечивает более высокие коэффициенты распределения лантана, чем импрегнирование из хлороформа. Таким образом, чем выше полярность органического растворителя, используемого для импрегнирования, тем эффективнее сорбция аналита на полученном сорбенте. Исследовали вымывание ФМБП с сорбентов, модифицированных разными способами, различными по составу растворами. Через колонку с модифицированным сорбентом пропускали дистиллированную воду, 0,1 М ацетатно-аммонийный буферный раствор (pH = 4,00), морскую и речную воду, сульфатный технологический раствор, а также потенциальные элюенты – 2 М HNO3 и этанол. Показано, что при пропускании ацетатно-аммонийного буферного раствора, дистиллированной и природных вод, а также технологического раствора через колонку, заполненную сорбентом, полученным сорбционным способом, наблюдается незначительное вымывание ФМБП с поверхности ССПС (емкость сорбента снижается на 6% от исходной). При этом ФМБП полностью вымывается 500 мл растворов с поверхности модифицированного сорбционным способом SiO2-C16. Реагент легко вымывается с поверхности импрегнированных сорбентов. Так, пропускание уже 5 – 10 мл ацетатно-аммонийного буферного раствора или дистиллированной воды приводит к полному удалению реагента с поверхности SiO2 - C16, и на 70 % с поверхности ССПС. Пропускание 2 М HNO3 практически не приводит к вымыванию ФМБП, независимо от способа модифицирования сорбента. Эти данные показывают, что концентрат РЗЭ, полученный после сорбции и десорбции кислотой, не содержит реагента. Этот факт весьма важен при определении элементов в концентрате методом ИСП-МС. Этанол полностью вымывает реагент уже при пропускании 10 – 15 мл, что вполне соответствует литературным данным о растворимости ФМБП. Результаты показали, что при использовании сорбентов, полученных как извлечением реагента из раствора, так и импрегнированных, наблюдается вымывание реагента из фазы сорбента. Однако вымывание реагента и соответствующее снижение емкости сорбента по реагенту не мешает эффективно извлекать лантан на ССПС, модифицированном «сорбционным способом», даже из 500 мл раствора на миниколонке 2 10 мм (Vколонки = 31,4 мкл). Использование других сорбентов – полученных импрегнированием, а также гексадецилсиликагеля, модифицированного сорбционным способом, возможно лишь для извлечения лантана из малых объемов растворов (10 мл и менее). 7. Проведено сравнение метрологических характеристик ИСП-МС методов определения РЗЭ в водах, основанных на использовании сорбентов с нековалентно иммобилизованными бэта-дикетонами. Показано, что пределы обнаружения РЗЭ как при проточном сорбционно-ИСП-МС определении РЗЭ в 10 мл образца, так и при off-line концентрировании/определении РЗЭ в 500 мл образца фактически одинаковы и находятся на уровне 0,2 – 1 нг/л. Эти методы могут быть рекомендованы к использованию в условиях стационарных лабораторий, а off-line вариант – для концентрирования РЗЭ в «полевых» условиях. При использовании этанола в качестве элюента определение РЗЭ возможно, однако пределы обнаружения аналитов существенно выше и составляют 80 – 90 нг/л. Так, показана возможность ИСП-МС определения РЗЭ в концентратах, полученных после извлечения РЗЭ из растворов, при прямом вводе концентрата на основе 1 М HNO3 в распылитель спектрометра, а также при вводе малых объемов концентратов на основе 2 М HNO3 и этанола в поток слабокислого раствора. Наиболее низкие пределы обнаружения соответствуют прямому вводу концентрата. Показана возможность ИСП-МС определения РЗЭ в морских водах, включающего «off-line» концентрирование РЗЭ на сверхсшитом полистироле, модифицированном ФМБП, десорбцию РЗЭ 2 М HNO3 и прямой ввод разбавленного в два раза концентрата в плазму масс-спектрометра. Оценены пределы обнаружения элементов при концентрировании РЗЭ из 500 мл воды, они составили 5 (La), 0,3 (Ce), 0,3 (Pr), 0,8 (Nd), 0,2 (Sm), 0,4 (Eu), 0,3 (Gd), 0,2 (Tb), 0,4 (Dy), 0,3 (Ho), 0,4 (Er), 0,2 (Tm), 0,6 (Yb) и 0,2 (Lu) нг/л. Правильность и селективность определения добавок элементов в морской воде на уровне содержаний 0,4 – 0,5 мкг/л подтверждена методом «введено-найдено». Показана возможность ИСП-МС определения РЗЭ в морских водах, включающего «on-line» концентрирование аналитов на аналогичном сорбенте. Пределы обнаружения элементов при концентрировании РЗЭ из 10 мл морской воды и десорбции 1 М HNO3 составили 0,3 (Pr), 0,2 (Eu), 0,3 (Tb), 0,1 (Tm) и 0,1 (Lu) нг/л. Правильность и селективность определения добавок элементов в морской воде на уровне содержаний 0,4 – 0,5 мкг/л подтверждена методом «введено-найдено». 8. Показана возможность разделения неорганических ионов на пористом графитированном углероде (ПГУ) типа Hypercarb. Так, например, возможно разделение анионных форм мышьяка(III, V), а также селена(IV, VI) с использованием в качестве подвижной фазы раствора муравьиной кислоты. Ионы ТсO4? и ReO4? делили с использованием раствора трифторуксусной кислоты. Удерживание ионов предположительно объясняется путем диполь наведено-дипольных взаимодействий. Неорганические ионы (нитрит, нитрат, хлорид и др.) делили в режиме ОФ ВЭЖХ при добавлении в подвижную фазу смеси муравьиной кислоты с пиридином или бромида тетрабутиламмония с ацетонитрилом. При изучении сорбции гексафторида фосфора использовали классическую подвижную фазу ацетонитрил-вода. ПГУ можно также модифицировать органическими реагентами такими, как, например, пиридилазорезорцин, и разделять на нем катионы металлов в присутствии щавелевой кислоты. В указанных условиях неорганических ионы определяли в водопроводной, минеральной и озерной воде. На ПГУ возможно разделение как положительно, так и отрицательно заряженных комплексов металлов. Например, медь(II) и железо(III) разделяли при использовании подвижной фазы ЭДТА-ацетатный буферный раствор (рН = 5). Комплексы ТсO4? с цикланом, тетраазадодеканом и этилендиамином разделяли в градиентном режиме при использовании подвижной фазы, содержащей ацетонитрил и трифторуксусную кислоту. Для определения кальция и магния в состав подвижной фазы добавляли о-крезолфталеин. Кроме этого ПГУ использовали для разделения и определения полярных биологически активных веществ. Например, для разделения селено- или арсеносахаров, где в качестве элюента применяли водный раствор метанола, а для разделения оксалиплатинов в водную подвижную фазу вводили метанол и азотную кислоту. Соли монометил- и диметиларсеновых кислот разделяли подвижной фазой, включающей муравьиную кислоту. 9. Экспериментально изучена эффективность десорбции алкилфосфоновых и О-алкилалкилфосфоновых кислот с непористого графитированного углеродного сорбента EnviCarb: в качестве десорбирующих растворов применяли 1) ацетонитрил при комнатной температуре; 2) водные растворы муравьиной кислоты, формиата или ацетата аммония различных концентраций; 3) субкритическую воду в диапазоне температур 150-175 °C; 4) растворы формиата или ацетата аммония в субкритической воде в диапазоне температур 150-175 °C; 5) смеси «вода-ацетонитрил» при температурах 150-175 °С. Для всех выбранных аналитов построены off-line кривые десорбции; растворы собирали аликвотами по 0.5 мл, проводили анализ каждой аликвоты с помощью ВЭЖХ-МС. Установлено, что наиболее эффективным десорбирующим раствором для алкилфосфоновых кислот являются водные растворы муравьиной кислоты и формиата аммония при комнатной температуре. Повышение температуры до 150 °C приводит к незначительному повышению эффективности десорбции; дальнейшее повышение температуры не приводит к заметным изменениям формы кривой десорбции. Для десорбции О-алкилалкилфосфоновых кислот также эффективны водные растворы муравьиной кислоты или формиата аммония, однако для этих аналитов повышение температуры десорбции до 150 °C приводит к существенному росту эффективности десорбции – объем зоны концентрата уменьшается в 1.5-2 раза по сравнению с десорбцией при комнатной температуре. При дальнейшем увеличении температуры до 200 °C наблюдается сужение зоны концентрата с одновременным уменьшением степени десорбции аналитов, что, на наш взгляд, свидетельствует о частичном гидролизе аналитов. Оптимальным вариантом для десорбции обеих групп аналитов (О-алкилалкил- и алкилфосфоновых кислот) является использование водного раствора формиата аммония при 150 °C. Для сопоставления получены данные о десорбции О-алкилалкилфосфоновых и алкилфосфоновых кислот этим десорбирующим раствором с сорбента Hypercarb. Показано, что десорбция с сорбента EnviCarb протекает несколько эффективнее, ширины зон концентрата в потоке на 20-30% меньше; по нашему мнению, это связано с меньшей величиной удельной поверхности EnviCarb. 10. Разработан подход к использованию в модели сольватационных параметров тестовых соединений, не поглощающих в УФ-области. Для этих целей применен квадрупольный масс-спектрометрический детектор в режиме одновременной ионизации электрораспылением и химической ионизации при атмосферном давлении (ESI+APCI, DUIS mode). Выбраны параметры МС-детектирования при определении алифатических кетонов, сложных и простых эфиров: температура линии десольватации 250 °C, температура блока нагревателя 400 °C, поток газа-распылителя 1.5 л/мин при потоке подвижной фазы до 1 мл/мин, время накопления сигнала на единичной массе 0.2 с. Ряд кетонов, сложных и простых эфиров (всего 13 соединений) был использован в качестве дополнения к основному набору тестовых аналитов (34 соединения) для исследования с позиций модели сольватационных параметров сорбционных систем «непористый графитированный углеродный сорбент EnviCarb – субкритическая вода с добавкой 10-20% ацетонитрила» в диапазоне температур 150-200 °С. Рассчитаны сольватационные параметры этих сорбционных систем. Показано, что, как и в случае с сорбентом Hypercarb, основной вклад в удерживание аналитов вносит сольватационный параметр v, связанный с молекулярным объемом аналита. Несколько большие, по сравнению с сорбентом Hypercarb, величины сольватационных параметров e и s, отвечающих за вклад поляризуемости и полярности аналита в удерживание, свидетельствуют о различиях в химии поверхности сорбентов Hypercarb и EnviCarb. 11. Для изучения удерживания тестовых аналитов в среде 100%-ного ацетонитрила был выбран ряд алкильных производных анилина, которые достаточно сильно удерживаются на сорбентах Hypercarb и EnviCarb; в числе отобранных соединений – 3- и 4-этиланилины, 2,3-диметиланилин, 4-изопропиланилин и другие. Для этих соединений в среде ацетонитрила при их удерживании на сорбентах Hypercarb и EnviCarb коэффициенты удерживания составляют не менее 2,5, что позволяет определять их с хорошей точностью. Для повышения надежности определения сольватационных параметров в среде 100%-ного ацетонитрила мы предложили проводить не только их прямой расчет, но и экстраполяцию по серии экспериментов с увеличивающейся долей ацетонитрила в смеси «ацетонитрил-вода». Экспериментально этот подход опробован на системе «Hypercarb-вода-ацетонитрил при комнатной температуре», содержание ацетонитрила составило 85, 90, 95 и 97,5 %. Наблюдали хорошее соответствие сольватационных параметров, рассчитанных линейной экстраполяцией по серии экспериментов с разной концентрацией ацетонитрила, и рассчитанных по данным прямого эксперимента с использованием 100%-ного ацетонитрила. Проведено сопоставление эффективности десорбции органических веществ 100%-ным ацетонитрилом при комнатной температуре и субкритической водой в диапазоне температур 150-200 °C с сорбента Hypercarb. Показано, что для аналитов, характеризующихся небольшими значениями дескрипторов V и E, субкритическая вода по эффективности сопоставима со 100%-ным ацетонитрилом уже при температуре 175 °C. Однако, если величины дескрипторов V и E для данного аналита превышают 1.4 и 1.1 соответственно, то даже температуры в 200 °C недостаточно для десорбции, сопоставимой по эффективности 100%-ным ацетонитрилом при комнатной температуре. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".