ИСТИНА

Разработка новых сорбентов, в том числе с наночастицами металлов, для концентрирования, разделения и определения веществ

С целью поиска растительных экстрактов, проявляющих нитратредуктазную активность, получены и исследованы экстракты из пророщенных семян сои, листьев и корней ростков гороха нут. Показана возможность использования экстракта из корней ростков гороха нут для спектрофотометрического определения 3-20 мг/л нитрат-ионов. Разработан способ синтеза кремнийтитановых золь-гель материалов с заданными свойствами, способных к комплексообразованию с салициловой кислотой и пропилгаллатом (синтетическим антиоксидантом). Наибольшие значения оптической плотности ксерогелей наблюдаются в интервале рН 1,5 – 2,5 и в интервале рН 4 – 7,5 для салициловой кислоты и пропилгаллата соответственно. Для ксерогеля с содержанием титана 12,5% ( площадь поверхности 635 м2/г, средний диаметр пор 25 А) установлены следующие кинетические характеристики взаимодействия с салициловой кислотой и пропилгаллатом: время достижения равновесия составляет 15 и 20 мин, период полуреакции – 4,5 и 7,5 мин, значения констант скорости внешней диффузии - 0,23 и 0,18 мин-1. Впервые получены и исследованы высокоэффективные сорбенты на основе малополярных сорбентов разной природы с нековалентно иммобилизованными реагентами. Исследована сорбция -дикетонов (ацетилацетона, 1-фенил-3-метил-4-бензоилпиразол-5-она, теноилтрифторацетона, пивалоилтрифторацетона), образующих устойчивые комплексы с редкоземельными элементами (РЗЭ), из водных и водно-спиртовых растворов на неполярных сорбентах (гексадецилсиликагеле С16, сверхсшитом полистироле, поливинилиденфториде Ф2М, активном угле, непористом графитированном углеродном сорбенте ENVI-Carb) в динамических условиях. Исследовано извлечение РЗЭ из растворов на модифицированных сорбентах, полученных сорбцией и импрегнированием -дикетонов на неполярных матрицах, а также с использованием различных процедур концентрирования, в том числе при извлечении комплексов РЗЭ с -дикетонами, полученных в потоке, на указанных неполярных матрицах. Установлено, что РЗЭ наиболее эффективно извлекаются из больших объемов растворов на сверхсшитом полистироле с сорбированным реагентом; для количественного извлечения РЗЭ из малых объемов круг сорбентов и процедур концентрирования существенно расширяется. Выбраны условия десорбции РЗЭ. Разработаны методические рекомендации по выбору сорбентов, реагентов и процедур проведения концентрирования РЗЭ из водных растворов. Оптимизированы условия сорбционно-спектроскопического определения РЗЭ в природных водах. На основании проведенных исследований предложены методики проточного сорбционно-спектрометрического (СФ и ИСП-МС) определения РЗЭ в природных водах с концентрированием на поверхности модифицированного сорбционным способом 1-фенил-3-метил-4-бензиолпиразол-5-оном сверхсшитом полистироле и на поверхности немодифицированного поливинилиденфторида Ф2М. При разработке методик использованы два подхода к проведению сорбционного концентрирования: извлечение элементов на поверхности сорбентов, модифицированных сорбционным способом в динамических условиях и извлечение элементов в виде гидрофобных комплексов, полученных в растворе в потоке на немодифицированных сорбентах. Исследована сорбция тетрациклинов (тетрациклина, окситетрациклина, хлортетрациклина и доксициклина) на сверхсшитом полистироле (ССПС) в статических и динамических условиях. Даны объяснения особенностей сорбции соединений в зависимости от кислотности раствора, природы и концентрации соединений. Показано, что ССПС можно использовать для группового концентрирования тетрациклинов в динамическом режиме и их последующего определения в элюате методом ВЭЖХ с амперометрическим детектированием. Концентрирование позволило снизить пределы обнаружения тетрациклинов в 90 –100 раз (они равны 0.6 (окситетрациклин, тетрациклин), 1 (хлортетрациклин) и 2 (доксициклин) нг/мл). Методика применена для анализа модельной смеси на основе речной воды. Предложен способ и осуществлен синтез новых магнитных нанокомпозитных сорбентов на основе сверхсшитого полистирола (ССПС) и полимерного сорбента Strata-X. Синтез проводили путем сорбции предварительно синтезированных магнитных наночастиц оксидов железа размером 9 – 17 нм на поверхности сорбентов. Оптимизированы условия синтеза. Установлено, что лучшей способностью к намагничиванию обладают сорбенты, модификацию которых осуществляли из ацетонитрильных растворов, при этом содержание магнитных наночастиц должно быть не меньше 58 мг Fe3O4 на 1 г сорбента. Проведена сравнительная оценка сорбционных свойств исходных сорбентов (ССПС и Strata-X ) и магнитных композитных материалов ССПС/Fe3O4 и Strata-X/Fe3O4 на их основе по отношению к сульфаниламидам. Показано, что магнитные нанокомпозиты сохраняют сорбционные свойства по отношению к сульфаниламидам и легко отделяются от раствора путем наложения магнитного поля. С применением магнитных композитных материалов ССПС/Fe3O4 и Strata-X/Fe3O4 разработаны методики группового сорбционного концентрирования сульфаметазина, сульфаметоксипиридазина, сульфахлорпиридазина и сульфаметоксазола из водных растворов для их последующего определения в элюате методом ВЭЖХ с амперометрическим детектором. Степени выделения сульфаниламидов из 25 мл водного раствора составили 81 – 92 %. Исследована сорбция синтетических красителей: Понсо 4R, Тартразин, Желтый «солнечный» закат и Зеленый прочный FCF на кремнеземе, химически модифицированном гексадецильными группами, и сверхсшитом полистироле. Установлено, что сорбция зависит от природы красителя: Зеленый прочный FCF – краситель трифенилметанового ряда количественно сорбируется в широкой области кислотности 1 М HCl – рН 7. Сорбция сульфоазокрасителей максимальна в диапазоне 1 М HCl – рН 1, что позволило отделить ЗП от других красителей и разработать метод определения ЗП, включающий сорбционное извлечение на ХМК-С16 при рН 6 и дальнейшее его определение методом спектроскопии диффузного отражения. Разработана процедура концентрирования фенола и его хлор-, нитро-, алкил-производных на пористом графитированном сорбенте Hypersep. Размер частиц сорбента составляет 30 – 40 мкм, что существенно снижает противодавление, создаваемое колонкой с таким сорбентом. Это позволило упростить процедуру десорбции аналитов субкритической водой по сравнению с ранее предложенной в нашей группе процедурой: вместо десорбции «в петлю», охлажденный концентрат подается напрямую в хроматографическую колонку. В рамках этой процедуры проведено сопоставление эффективности различных способов десорбции: с помощью субкритической воды при повышенной температуре, с помощью ацетонитрила или смесей «ацетонитрил-вода» при комнатной температуре. Показано, что десорбция субкритической водой позволяет существенно (в 2-3 раза) снизить ширины пиков на хроматограммах по сравнению со стандартным подходом, включающим десорбцию смесью «ацетонитрил-вода». Изучена экстракция представительного ряда органических соединений (фенолов, рибофлавина, аминокислот) в "гидрофобно–гидрофильную" ИЖ - лауроилсаркозинат тетраоктиламмония, TOALS. Эта ИЖ необычна тем, что с водой не смешивается, но содержит большое количество растворенной воды. Фенол эффективно извлекается из кислых и нейтральных водных растворов, при рН 2-6. С увеличением рН коэффициент распределения фенола уменьшается; однако степень извлечения даже из щелочных водных растворов заметна. Извлечение же в TOALS нитрофенолов практически не меняется во всем исследованном диапазоне рН. Такое поведение указывает на экстракцию фенолят-анионов. Изучена экстракция рибофлавина в TOALS в зависимости от рН. Степень извлечения увеличивается с ростом pH и приближается к 95% для рН выше 8 (VИЖ:Vв.ф.=1:10); очевидно, извлекается анионная форма рибофлавина. Показана возможность определенения рибофлавина по собственной флуоресценции в фазе ионной жидкости после экстракции. Исследована экстракция аминокислот и показано, что максимальные степени извлечения достигаются в щелочной области. Это означает, что ионная жидкость извлекает и аминокислоты в анионной форме. В целом, экстракция и сольватация анионных форм ионогенных соединений является универсальной особенностью исследованной ионной жидкости. С использованием ИЖ TOALS получен ион-селективный электрод (ИСЭ), проявляющий отклик к анионным формам аминокислот, в частности, фенилаланина. Дополнительная модификация ионами меди(II) и введение в состав композиции более тугоплавкой гидрофобной ИЖ (бромид 1,3-дигексадецилимидазолия, DHDImBr) позволило понизить предел обнаружения фенилаланина в несколько раз (Cmin=2,7•10-5M) и существенно увеличить эксплуатационный ресурс ИСЭ. Тем самым впервые показана возможность использования для создания твердотельного ИСЭ двух ИЖ, одна из которых служит инертной матрицей для иммобилизации второй ИЖ, обеспечивающей связывание аналита и формирование потенциометрического отклика. Подробно исследованы свойства твердотельного ИСЭ на бромид на основе DHDImBr. Изучена связь между селективностью сенсора и природой ион-чувствительного слоя (образован ИЖ, которая ведет себя как кристаллическая матрица). Твердотельный ИСЭ обладает высокой, анти-Гофмейстеровской селективностью к бромиду и имеет преимущества перед большинством описанных в литературе и коммерческих доступных ИСЭ на бромид. Разработанный ИСЭ использован для определения бромид-ионов в красном столовом полусладком вине «Изабелла» методом двойной стандартной добавки. 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. Показано, что наибольший вклад в удерживание вносит параметр, характеризующий поляризуемость вещества. Полученные зависимости могут быть использованы для предсказания условий (температуры и объема субкритической воды), необходимых для количественной десорбции того или иного аналита. Проведены предварительные эксперименты по изучению десорбции фталатов с поритстого графитированного сорбента Hypersep с помощью смесей «ацетонитрил-вода» и с помощью субкритической воды. Разработана методика определения моноэфиров фталевой кислоты (метил-, этил-, изопропил-, бутил-, бензил-), включающая изократическое обращено-фазное ВЭЖХ разделение на колонке Phenomenex Luna C18 с подвижной фазой «ацетонитрил (40%) – вода (60%)» и УФ детектирование при длине волны 223 нм. Совместно с сотрудниками кафедры аналитической химии Кубанского государственного университета изучено извлечение биологически активных компонентов лекарственного растения зверобоя продырявленного, проведено сопоставление эффективности ряда процедур экстрагирования: 1) экстрагирование водой в статических условиях при нагревании (по Фармакопее СССР); 2) экстрагирование водой и водно-спиртовыми смесями в статических условиях при перемешивании; 3) при ультразвуковой обработке; 4) экстрагирование водой и водно-спиртовыми смесями в динамических условиях при повышенной температуре и давлении; 5) экстрагирование сверкритическим диоксидом углерода. Показано, что при извлечении биологически активных компонентов из растительных объектов первостепенное значение имеет химическое «сродство» экстрагента и извлекаемого компонента; вторым по значимости фактором можно назвать проведение экстрагирования при повышенном давлении в динамических условиях. По результатам работы направлена статья в Журнал аналитической химии, подана заявка на патент РФ. Разработаны способы твердофазно-спектрофотометрического и тест-определения салициловой кислоты, ацетилсалициловой кислоты и пропилгаллата. Для определения ацетилсалициловой кислоты необходима ее конверсия до салициловой кислоты Подобраны условия (рН, содержание этанола) количественной конверсии ацетилсалициловой кислоты в салициловую в течение 30 сек. Получены данные по определению салициловой и ацетилсалициловой кислот в искусственных смесях и фармацевтических препаратах и пропилгаллата в искусственных смесях. Изучены особенности образования наночастиц серебра в растворах за счет восстановления ионов серебра под воздействием флавоноидов в зависимости от состава раствора, природы и концентрации флавоноида и стабилизатора, времени взаимодействия и содержания этилового спирта. Установлено, что в щелочной среде кверцетин, дигидрокверцетин, рутин и морин восстанавливают азотнокислое серебро с образованием наночастиц серебра. С применением спектрофотометрии и просвечивающей электронной микроскопии выявлено влияние различных факторов на выход наночастиц, их агрегативную устойчивость и дисперсность. Установлено, что по мере увеличения концентрации кверцетина, дигидрокверцетина, рутина и морина в спектрах поглощения растворов образующихся НЧ серебра наблюдается увеличение полосы поверхностного плазмонного резонанса при 415 нм, линейно связанное с концентрацией флавоноидов, что может быть использовано для их спектрофотометрического определения с пределами обнаружения 0,03; 0,06; 0,09 и 0,1 мкг/мл соответственно. С привлечением результатов проведенного исследования разработаны спектрофотометрические методики определения кверцетина и дигидрокверцетина. Методики применены при анализе биологически активных пищевых добавок. Показаны перспективы использования предложенного подхода для оценки антиоксидантной активности. Предложен способ и синтезированы новые наночастицы золота и серебра, стабилизированные катионным полиэлектролитом – 6,6-ионеном. На основании систематического изучения влияния различных факторов, варьируемых на стадии синтеза, на выход, агрегативную устойчивость и интенсивность полосы поверхностного плазмонного резонанса образующихся наночастиц, выбраны оптимальные условия синтеза. Изучены особенности агрегации этих наночастиц в растворах в присутствии различных анионов (фторида, хлорида, бромида, хлората, перхлората, сульфата, нитрата, гидрокарбоната, пирофосфата и дигидрофосфата). Установлено, что агрегацию вызывают только двухзарядные анионы сульфат и пирофосфат. Выявлены основные факторы, оказывающие влияние на агрегацию наночастиц золота и серебра. К ним относятся концентрация наночастиц, рН раствора, концентрация сульфата или пирофосфата. Наночастицы золота и серебра, стабилизированные 6,6-ионеном, предложены в качестве новых реагентов для спектрофотометрического определения сульфата с пределом обнаружения 60 – 65 мкг/мл. Проведено определение сульфата в различных образцах минеральной воды. Разработаны новые подходы для синтеза анионообменников для ионной хроматографии с использованием диглицидиловых эфиров в качестве спейсеров и третичных аминов для формирования концевых четвертичных аммониевых групп. Исследован ряд диглицидиловых эфиров и третичных аминов, и выявлено, что повышение гидрофильности функционального слоя вызывает повышение эффективности колонки, однако, ведет к снижению селективности разделения. Наилучшие результаты по эффективности и селективности достигаются при использовании в качестве спейсера 1.4-бутандиолдиглицидилового эфира, а также диметилэтаноламина для формирования концевых четвертичных аммониевых групп. В результате получены анионообменники, позволяющие проводить разделение восьми анионов (фторида, формиата, хлорида, нитрита, бромида, нитрата, сульфата и фосфата) за 13 минут в градиентном режиме при использовании гидроксида калия в качестве элюента и характеризующиеся эффективностью до 60000 тт/м. Синтезированы анионообменники с гиперразветвленным ковалентно привитым ионообменным слоем, обладающие повышенной гидрофильностью. Подход позволяет наращивать разветвленные ионообменные слои по мере повторения «цикла» реакций для модифицировании аминированной матрицы, включающего алкилирование диэпоксидами и аминирование. Показано, что при увеличении количества слоев заметно улучшается селективность сорбента, в особенности по однозарядным анионам, а также улучшается симметрия пика и возрастает эффективность (до 65000 тт/м). Селективность получаемых сорбентов также можно варьировать в широких пределах путем выбора структуры амина и диэпоксида. ` Разработаны способы получения высокоэффективных гидрофильных монолитных капиллярных колонок на основе пентаэритритола тетраакрилата для применения в ОФ ВЭЖХ и синтезировано более 20 различных капиллярных колонок с монолитными стационарными фазами. Исследованы физико-химические, структурные и хроматографические характеристики синтезированных монолитных капиллярных колонок и показана их взаимосвязь с условиями синтеза монолитов. Определены оптимальные условия проведения синтеза монолитных капиллярных колонок, обеспечивающие получение монолитов с заданными свойствами. Подобраны оптимальные условия применения полученных монолитных капиллярных колонок в анализе модельной смеси пептидов и реальных объектов: колонка – РЕ10 (33 % ПЭ4А + 1 % АИБН, деканол/МЭК 7/3, 75 °С, 75 мин); состав подвижной фазы – H2O: MeCN (75 % : 25 %) + 0,1 % ТФУ; длина волны детектирования – 220 нм; диапазон линейности –2-100 мг/л ; предел обнаружения – 0,10 мг/л. Изучено разделение оптических изомеров аминокислот, профенов и арилпропановых кислот на смешанном хиральном селекторе – силикагеле, модифицированном последовательно эремомицином и белком (бычьим сывороточным альбумином ). Показано, что разрешение пиков энантиомеров при этом увеличивается в 1,2-1,5 раз по сравнению с хиральной колонкой на основе эремомицина. Наиболее заметное улучшение наблюдается для арилпропановых кислот. Исследовано влияние природы и концентрации компонентов подвижной фазы, ее состава и pH на разделение энантиомеров пеметрекседа, альбутерола и пиридотиадиазина на силикагелях, модифицированном эремомицином и агликоном тейкопланина. Выбраны условия разделения их оптических изомеров. Показано, что разделение энантимеров пеметрекседа оптимально на сорбенте, модифицированном эремомицином при элюировании подвижной фазой: (50 : 20 : 30) об.% MeOH : ACN : NH4H2PO4 (50 мM, pH 2,5), энантиомеров, а пиридотиадиазина - (30 : 70) MeOH : 5 мМ CH3COOH (pH 3,5). Разделение энантиомеров альбутерола оптимально на сорбенте, модифицированном агликоном тейкопланина, состав подвижной фазы: (90 : 10 : 0.5 : 0.5) об.% MeOH : ACN: TEA : CH3COOH. Однокомпонентные элюенты на основе аминокислот (глутамина, аминогексановой, глутаминовой и аспарагиновой кислот) впервые применены для хроматофокусирования ионов металлов на комплексообразующих сорбентах Tetren-SiO2 (кремнезем с привитыми группами тетраэтиленпентамина) в хроматографических системах низкого и высокого давления. В системе низкого давления использовали Tetren-SiO2 на основе Силохрома С-120 (размер частиц 100-120 мкм, ионообменная емкость по результатам потенциометрического титрования – 0,35 ммоль/г; сорбент I); в системе ВЭЖХ – на основе Silasorb Si 600 (7,5 мкм, 1,0 ммоль/г; сорбент II). Наиболее плавные, квазилинейные градиенты рН получены для элюентов на основе глутаминовой и аспарагиновой кислот. Достигнуто разделение модельных смесей Mn2+, Cr3+, Co2+, Ni2+ и Cu2+ при использовании однокомпонентных элюентов: 4 иона на сорбенте I и 5 ионов на сорбенте II. Продолжены работы по развитию методологии высокоэффективной жидкостной хромато-масс-спектрометрии для анализа физиологически активных соединений. Одним из важных направлений работы является развитие подходов к анализу биологических объектов и объектов окружающей среды для выявления продуктов трансформации отравляющих веществ. Разработан экспрессный способ обнаружения метаболитов нервно-паралитических отравляющих веществ в биологических жидкостях. Для увеличения селективности и чувствительности детектирования использован вариант «быстрой хроматографии» в сочетании с тандемным масс-спектрометрическим детектирование в режиме сканирования характеристичных ионных переходов. Изучены масс-спектры ряда биомаркеров. Для экспрессной пробоподготовки предложен метод «Dilute and Shoot» (разбавление и измерение). Предложенный подход апробирован на модельных образцах биоматериалов. Впервые предложена схема разделения и детектирования новых продуктов гидролитической трансформации для российского аналога VX. Разработан способ определения указанных соединений в природных водах. Изучены масс-спектры и хроматографические свойства характеристичного пептида пчелиного яда – мелиттина. Предложена схемы проведения анализа методом высокоэффективной жидкостной хромато-масс-спектрометрии для оценки подлинности препаратов на основе пчелиного яда. Проведена аппробация предложенного подхода на примере образцов пчелиного яда-сырца и мазей и кремов на его основе. Продолжены работы, посвященные использованию макроциклических антибиотиков в неводном капиллярном электрофорезе. Исследовано влияние состава фонового электролита (природы органического растворителя, содержания и природы кислот и оснований), концентрации хирального селектора (азитромицина, кларитромицина и эритромицина) на миграцию и энантиоразделение и выбраны условия разделения энантиомеров ряда органических аминов и аминоспиртов. Синтезированы и охарактеризованы методом ВЭЖХ-МС/МС комплекс эритромицин-борная кислота и эритромицин-фенилборная кислота, который принимает участие в энантиоразделении. Замена борной кислоты на фенилборную приводит к исчезновению разделения энантиомеров тестовых соединений, что может быть связано с пространственными затруднениями при образовании диастереомерных комплексов. Изучены растворимость макроциклических антибиотиков азитромицина, эремомицина, кларитромицина при их совместном присутствии в метаноле, этаноле, ацетонитриле и фоновых электролитах на их основе, их УФ-спектры, а также их стабильность. Исследована миграция синефрина, тетрагидрозолина, метоксифенамина и некоторых других аминоспиртов в присутствии двух макролидов - азитромицина и эритромицина. Наилучшее разделение достигнуто для энантиомеров тетрагидрозолина и синефрина, однако, разделения в присутствии двух селекторов хуже, чем в присутствии эритромицина. Исследовано влияние добавки нейтральных циклодекстринов (метил-β-ЦД, ГП-β-ЦД и ГЭ-β-ЦД) к фоновомоу электролиту на основе кларитромицина на энантиоразделение аминов и аминоспиртов. Показано, что ГЭ-β-ЦД оказывает в большей степени увеличивает эффективность и в ряде случаев селективность. Разделены энантиомеры эфедрина, альпренолола, аминопропанола, метопролола, окспренолола, пиндолола, атенолола, пропранолола, фенотерола. Разработана методика определения энантиомерной чистоты левалбутерола и пеметрекседа ВЭЖХ на хиральных колонках с тейкопланином. Определены метрологические характеристики методик определения левалбутерола и пеметрекседа : диапазон определяемых концентраций 0,0003-0,015 мкг/мл, sr=0,06. Проведена оценка энантиомерной чистоты двух субстанций левалбутерола. В одной из субстанций левабутерола обнаружено 5 % S-энантиомера. В субстанции пеметрекседа D-изомера не обнаружено. Разработана методика определения пропранолола, метопролола с использованием кларитромицина в форме основания в качестве хирального селектора в неводных фоновых электролитах. Разделение проводили с фоновым электролитом, содержащим 240 мM H3BO3, 10 мM NaOH, 100 мM лимонной кислоты в MeOH с добавкой антибиотика (60 мM). Диапазон линейности ГГ составил 2.5 × 10−2–3.0 × 10−1 мг/мл (пропранолол) и 1.0 × 10−2–1.6 × 10−1(метопролол). LOD составил 2.6 × 10−3 и 2.8 × 10−3 мг/мл для энантиомеров пропранолола и 2.8 × 10−3 и 3.0 × 10−3 мл для энантиомеров метопролола. Сходимость исправленных площадей пиков составляла 1,1-2,0 %. Проведено определение энантиомерного состава и содержания исследованных β-блокаторов в таблетках, найденные значения совпадают с заявленными производителями.