Изучение ионохроматографического поведения гидразинов на катионообменнике Luna SCX (1113661), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Из всех вариантов обращенно-фазовая ВЭЖХ сейчас применяется наиболее широко (по разным источникам - от 60 до 90 % случаев). Ее привлекательность обусловлена методической простотой и универсальностью, а во многих случаях простотой механизма сорбции и предсказуемостью поведения веществ на основании их строения.

Гидразины являются малогидрофобными и сильнополярными соединениями, поэтому в режиме обращенно-фазовой ВЭЖХ удерживаются слабо и обычно выходят хроматографическими пиками с размытым задним фронтом. Для увеличения их удерживания и уменьшения перекрывания с системными пиками определение гидразинов обычно проводят в виде их гидразонов.

Один из первых подходов, предложенных для определения гидразинов методом ОФ ВЭЖХ, был основан на использовании салицилового альдегида в качестве дериватизирующего агента в сочетании с УФ-детектированием.

При использовании 4-нитробензальдегида для дериватизации НДМГ (5 мМ ацетатный буферный раствор, pH 5.5, 75С, 15 мин) детектирование полученного производного проводили при 390 нм [13]. Предел обнаружения НДМГ, рассчитанный для соотношения сигнал/шум=3:1, составил 2.4 мкг/л, однако из-за потерь при проведении дериватизации и нелинейности градуировочного графика в области низких концентраций НДМГ его достоверное определение возможно при содержании, большем 0.12 мг/л (объем вводимой пробы 50 мкл).

Проведение предварительного концентрирования полученного гидразона на поверхности гидрофобизированного кремнезема (в ~40 раз) позволило значительно увеличить чувствительность определения [14]. При объеме вводимой пробы 100 мкл рассчитанный предел обнаружения составил 1 мкг/л.

Альтернативный способ заключается в получении гидразонов с электрохимически активными группами и применении амперометрического детектирования. Например, в работе [15] для дериватизации гидразина и 1,1‑диметилгидразина был использован салициловый альдегид. Образующиеся азин и диметилгидразон содержат в своем составе электрохимически активные =N-N= и (C₆H₅)-OH группы, что позволяет их электрохимически детектировать. Минимальные определяемые концентрации гидразина и 1,1‑диметилгидразина составили 0.05 и 0.46 мг/л соответственно.

Также возможно прямое определение гидразинов при модифицировании поверхности электрода для достижения большей селективности. В работе [16] проводили определение гидразинов в моче методом ОФ ВЭЖХ. Детектирование гидразинов осуществляли на углеродном электроде. Было найдено, что предварительное кондиционирование электрода в течение 5 мин при потенциале +1.75 В и в течение 10 с при -1.2 В позволяет добиться значительного увеличения чувствительности определения. Рассчитанные пределы обнаружения для гидразина, метилгидразина и НДМГ составили 5, 5 и 39 мкг/л соответственно.

Таким образом, определение гидразинов проводится как прямым методом, так и в виде карбонильных производных. Одним из наиболее существенных недостатков метода обращенно-фазовой хроматографии является необходимость проведения дериватизации, что приводит к увеличению трудоемкости определения. Альтернативным способом, позволяющим определять гидразины напрямую, является модифицирование поверхности электрода, что позволяет значительно увеличить селективность прямого определения гидразинов и достичь низких пределов детектирования без концентрирования.

Ион-эксклюзионная хроматография..

Одним из способов определения гидразинов является использование режима ион-эксклюзионной хроматографии. Высокая селективность при использовании этого подхода в первую очередь обеспечивается за счет специфических взаимодействий с матрицей сорбента. В работе [17] определение гидразина проводили на слабокислотном анионообменнике в OH-форме при использовании дистиллированной воды в качестве подвижной фазы и кондуктометрического детектирования. Предложенный способ позволяет добиться предела обнаружения гидразина 0.64 мкг/л в воде, однако осложнен необходимостью проведения ряда послеколоночных реакций для увеличения чувствительности и селективности его определения. Для снижения предела обнаружения гидразина (в ~30 раз) его переводят в серную кислоту посредством пропускания через последовательно соединенные ионообменные колонки. На первой (анионообменнике в SO₄-форме) получают сульфат, а затем (на катионообменнике в H-форме катион N₂H₅ заменяют на H.

Метод ион-эксклюзионной хроматографии позволяет добиться чувствительного и селективного определения гидразина, однако его использование осложнено необходимостью проведения послеколоночных реакций для увеличения чувствительности и селективности его определения. Кроме того, получение сорбентов, характеризующихся необходимым размером пор для обеспечения селективного взаимодействия с сорбатами, достаточно трудоемко, поэтому использование этого подхода не представляется оправданным.

Ионная хроматография.

Известна способность гидразинов протонироваться в кислых растворах, поэтому для их прямого определения можно использовать метод ионной хроматографии. Одним из наиболее удобных вариантов их детектирования, позволяющих проводить их определение с высокой чувствительностью и не требующих проведения послеколоночных реакций, является амперометрическое. Кроме того, помимо высокой чувствительности метод ионной хроматографии с амперометрическим детектированием обеспечивает высокую селективность определения гидразинов. Экспрессность, высокие чувствительность и селективность позволяет рассматривать метод ионной хроматографии в качестве одного из наиболее перспективных для решения задачи одновременного определения гидразинов.

В работе [18] описан метод определения гидразинов (гидразин, метилгидразин, НДМГ и СДМГ) в почвах методом ионной хроматографии на сульфокислотном ионообменнике с электрохимическим детектированием. После извлечения гидразинов из почвы щелочной перегонкой проводили их определение с помощью электрохимического детектора с малым объемом ячейки (E = +1.2 В. Недостатком применения описанного подхода является высокая стоимость сорбента Nucleosil SA. Поэтому целью нашей работы являлся поиск альтернативной неподвижной фазы с аналогичными хроматографическими характеристиками, но меньшей стоимостью.

4. Экспериментальная часть

Реагенты

В работе использовали следующие реагенты:

Гидразин сернокислый(Aldrich, содержание основного вещества >99%);

Метилгидразин (Aldrich, содержание основного вещества >99%);

1,1-диметилгидразин; (Merk, содержание основного вещества >99%);

1,2-диметилгидразина оксалат; (Aldrich, содержание основного вещества >98%);

Этилгидразина оксалат (Aldrich, содержание основного вещества >99%);

1,2-диэтилгидразин сернокислый (Merk, содержание основного вещества >97%);

Бутилгидразина оксалат (Aldrich, содержание основного вещества >99%);

Трет-бутилгидразина гидрохлорид (Fluka, Япония, сод. осн. ве-ва >97%);

Триметилгидразин сернокислый (синтезирован по методике [19]);

1-метил,1-этилгидразина гидрохлорид (Merk, содержание основного вещества >99%);

Ацетат аммония (ч.д.а, Roth, Германия);

Уксусная кислота (ч.д.а, Panreac, Испания);

Серная кислота (ч.д.а, Химмед, Россия);

Ацетонитрил (HPLC grade, Panreac, Испания).

Оборудование

Работу выполняли на хроматографической системе «Цвет-Яуза» (НПО «Химавтотехника», Россия), состоящей из ВЭЖХ-насоса «Стайер серия II», ▪ крана-дозатора Rheodyne 7010 (“Rheodyne”, США), амперометрического детектора, оснащенного стеклоуглеродным электродом. Для регистации хроматограмм использовали персональный компьютер. Обработку хроматограмм проводили с помощью программного обеспечения «Экохром» (Россия).

Схема прибора приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Блок-схема хроматографа с амперометрическим детектором. (На рисунке: емкость с элюентом (1), насос (2), инжектор (3), разделяющая колонка (4), детектор (5), регистрирующая система (6))

Для разделения гидразинов применяли аналитическую колонку Luna SCX 4,6×250 мм, заполненную сульфокатионообменником на основе силикагеля (Phenomenex, США), содержащем бензолсульфоновые функциональные группы, диаметр пор 100 Ǻ. Диапазон устойчивости сорбента рН 2.0-7.0.

Для увеличения срока службы хроматографической колонки использовали универсальную предколонку для ВЭЖХ Security Guard (Phenomenex, США).

Использовали следующие параметры работы хроматографа:

Скорость подачи элюента 1мл/мин.

Режим работы детектора: постояннотоковый.

Напряжение рабочего электрода +1,3В.

Взвешивание точных навесок проводили на весах Explorer Pro (Ohaus Corporation, США).

Для измерения pH использовали ионометр «Sartorius PB-11» (Sartorius, Германия).

Методика эксперимента. Исходные растворы гидразинов с концентрациями 10 мМ готовили по точной навеске в мерных колбах на 100 мл, доводя до метки 10 мМ раствором серной кислоты (для стабилизации раствора).

Все рабочие растворы отдельных соединений и их смесей готовили разбавлением исходных растворов в колбах на 100 мл в дистиллированной воде.

При приготовлении элюентов концентратом служил 2,5М аммонийно-ацетатный буфер, который готовили в мерной колбе вместимостью 250 мл из 12,75 мл уксусной кислоты, 48,25 г ацетата аммония, доводили до метки деионизированной водой. Рабочие растворы элюентов готовили в день использования разбавлением концентрата в деионизированной воде в мерной колбе на 500 мл, при необходимости добавляли рассчитанное количество ацетонитрила.

Перед использованием подвижную фазу дегазировали на вакуумной установке (15 мм рт. ст.) для обеспечения нормальной работы насоса и снижения колебаний фонового сигнала.

Перед началом работы и при смене элюента хроматографическую установку промывали подвижной фазой для приведения ее в состояние равновесия 20-25 мин. Ввод пробы осуществляли вручную поворотом крана-дозатора. Объем вводимой пробы составлял 20 мкл. При построении градуировочных зависимостей площади пика от концентрации определяемого компонента регистрацию хроматограммы повторяли 3 раза, затем высчитывали среднее значение.

5. Обсуждение результатов

Гидразины являются ионогенными соединениями, поэтому вариант ионной хроматографии был выбран нами как наиболее перспективный для их определения. Выбор амперометрического детектирования обусловлен высокой восстановительной способностью гидразина и его алифатических производных, и, следовательно, их высокой электрохимической активностью. Причем известно, что сила восстановителя убывает с ростом размера алкильного заместителя. Выбор потенциала окисления
+1,3 В обусловлен наилучшим соотношением сигнал/шум.

Поскольку химически привитые силикагели характеризуются более высокой эффективностью разделения, чем у полимерных сорбентов, то для разделения гидразинов предпочтительно использовать катионообменник с матрицей на основе силикагеля. Нами был выбран сорбент Luna SCX, характеризующийся такой же функциональной группой, что и ранее использовавшийся Nucleosil 10 SA:

5.1. Влияние концентрации элюирующего иона на разделение

Изменение содержания элюирующего иона в подвижной фазе является параметром, приводящим к значительному изменению удерживания соединений, и в теории практически не влияющим на селективность их разделения. Этот факт достаточно легко объясняется с позиций модели ионного обмена, рассматривающей пропорциональное изменение удерживания при изменении концентрации элюирующего иона в подвижной фазе.

При рассмотрении процесса ионного обмена как гетерогенного химического равновесия:

A*+ B = B*+ A

Константа ионного обмена может быть записана в виде:

K_A/B=[A][B*]/[B][A*], (1)

где [A*], [B*] – равновесные концентрации в фазе ионита ионов А и В соответственно; [B], [A] – равновесные концентрации ионов в жидкой фазе. В условиях ионохроматографического анализа ион А – представляет собой ион элюента, а В – компонент пробы. Уравнение (1) можно записать в следующем виде (количество ионов В по сравнению с ионами А мало):

K_A/B=D_B[A]/[A*], (2)

где D_В – коэффициент распределения для иона В. Емкость колонки (q) определяется суммой равновесных концентраций компонентов в неподвижной фазе:

q=[A*]+[B*]

Характеристики

Список файлов курсовой работы