Диссертация (1150303), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Представлялось интереснымрассмотретьвозможностинаноионитовдляэлектрофоретическогонеорганических анионов и органических кислот на примере наноанионита(рис.1.1), синтезированного в научной группе д.х.н. А.М. Долгоносова [3].102анализаАВ-17IV.1.1.Создание покрытия стенок кварцевого капиллярананоинитомПервоначально необходимо было выявить способность наноанионита (НИА)модифицировать стенки кварцевого капилляра. Для этого капилляр промывали воднымраствором анионита, затем – водой (5 мин.) для удаления избытка не сорбировавшихся наповерхности капилляра частиц анионита и, наконец, - фоновым электролитом (10 мМацетатный буферный раствор, рН 3). Варьировалась концентрация НИА (0,005, 0,01, 0,05и 0,1 мМ) и время промывки (5, 10, 15, 30 мин.). В качестве маркера ЭОП использовалиДМФА.
Показано, что концентрация анионита, необходимая для создания устойчивогопокрытия капилляра и обращения ЭОП составляет 0,01 мМ, а требуемое времямодификации – 15 мин. Установлено, что величина генерируемого обращенного ЭОПфактически не зависит от рН фонового электролита (рис.1.2), и покрытие стабильно вшироком диапазоне рН (2 – 10).Образование покрытия было независимо подтверждено снимками на сканирующемэлектронном микроскопе (СЭМ) модифицированного капилляра (рис.1.3). На поверхностимодифицированного капилляра (рис.1.3.Б.
масштаб – 2 мкм и рис.1.3.С. масштаб 500 нм)обнаруживаются частицы размером 53 – 150 нм, отсутствующие на поверхностинемодифицированного капилляра.Рис.1.2. Зависимость скорости ЭОП от величины рН. Фоновые электролиты – ацетатныйбуфер рН 2; 3; 5 (5, 10 и 20 мМ), буферный раствор на основе ДЭА и CrO42- (5 мМ CrO42-, 10, 20, 30и 40 мМ ДЭА), pН 6; 7; 8,5; 9,5 (P = 0,95, n = 3).103Рис. 1.3. Снимки немодифицированного (А) и модифицированного НИА капилляра (рис.1.3.Б.масштаб – 2мкм и рис.1.3.С. масштаб 500 нм), полученные на сканирующем электронноммикроскопе.
Прибор: HITACHI S-3400N, Условия съемки: изображение во вторичных электронах(SE), ускоряющее напряжение 20 кВ, экспозиция 320 секунд на изображение.IV.1.2. Электрофоретическое разделение неорганических анионов снаноанионитом в составе фонового электролитаПосколькуобсуждаемыйвработенаноанионитспособенадсорбироваться на стенках капилляра и обращать ЭОП,альтернативойтрадиционномуанионообменная емкостькатионномудетергентуфизически-он может служитьЦТАБ,аеговысокаяпозволяла надеяться на повышение эффективности иселективности разделения неорганических анионов с его участием.Замена ЦТАБ (1.65 мМ) на наноанионит (0.05 мМ) привела кзначительномуувеличению эффективности при электрофоретическом разделении нитрат-, сульфат-,фторид- и гидрофосфат- ионов (рис. 1.4.
А), а также факторов разрешения пар Cl-/NO2-,NO2-/SO42-, NO3-/F-, F-/HPO43- (1.4. Б).Рис. 1.4. Сравнение эффективности (А) и факторов разрешения (Б) при разделениинеорганических анионов с введением НИА (0,05 мМ) и ЦТАБ (1,65 мМ) в фоновыйэлектролит (5 мМ СrO3, 40 мМ ДЭА, 0,05 мМ НИА,10% (объемн.) СН3ОН и 5 мМ СrO3, 40 мМДЭА, 1,65 мМ ЦТАБ, соответственно) (P=0,95, n=3).104После серии электрофоретических экспериментов был предложен следующийалгоритм модифицирования капилляра с последующим электрофоретическим анализом:- модифицирование капилляра в течение 10 мин фоновым электролитом,содержащим 0,01 мМ раствор НИА; генерируется обращенный ЭОП и формируетсяпрочный физически-адсорбированный слой частиц анионита на стенках капилляра;-проведениеэлектрофоретическогоанализасиспользованиемфоновогоэлектролита, содержащего 0,05 мМ раствора НИА.Полное электрофоретическое разделение 8 анионовс высокими значениями3эффективности (200-1500) ×10 т.т./м и факторов разрешения (1.0-12.7) достигнуто приследующем составе фонового электролита: 5 мМ CrO42-, 40 мМ диэтаноламин (ДЭА), 10% MeOH, 0,05 мМ НИА (Рис.
1.5) [254].Рис. 1.5. Электрофореграмма смеси неорганических анионов:1 – Br-, 2 - Cl-, 3 – NO2-, 4 – SO42-, 5 – NO3-, 6 – F-, 7 - PO43-, 8 – CO32- (0,5 мкг/мл).Система КЭ «КАПЕЛЬ-105М»; косвенное УФ-детектирование, 254 нм. Ввод пробы: 2с 60мбар, -20 кВ. Фоновый электролит 5 мМ CrO42-, 40 мМ ДЭА, 0,05 мМ НИА,10% (объемн.) МеОН.Критерием выбора концентрации (5, 10, 15% объемн.) и природы (ацетонитрил,метанол) органической добавкиявлялись значенияфакторов разрешения для паранионов Br-/Cl- и NO3-/SO42- (Рис.1.6.).Пределы обнаружения (ПО) аналитов, рассчитанные по соотношению сигнал/шум= 3:1, оказались равными 4 - 14 мкг/мл, что все-таки выше, достигаемых с традиционнымкатионным детергентом –ЦТАБ (~0,5 мкг/мл) [169]. Это может быть объясненопоглощением частиц анионита в УФ области спектра [3].
Таким образом, они, связываясьс разделяемыми анионами, уменьшают разность в поглощении хромофорной добавки,присутствующей в буфере и поглощающей на длине волны детектирования (254 нм), иразделяемых аналитов.105Рис.1.6. Зависимость факторов разрешенияконцентрации органической добавки (P = 0,95, n = 3).ионов Сl-/Br- и NO3-/SO42-от природы иДля снижения ПО предложено использовать различные варианты on-lineконцентрирования на капиллярах, модифицированных наноанионитом: стэкинг сусилением поля и электростэкинг (табл.
1.1).Варьировали в случае электростэкинга – напряжение, а для стэкинга с усилениемполя – давление, а также степень разбавления и время ввода пробы.Факторы концентрирования (SEFh) определяли по формуле (16):h1 – высота пика соответствующего аналита при концентрировании;h2 – высота пика при стандартных условиях (2с 10 мбар – стэкинг с усилениемполя, 2 с, -10 кВ - электростэкинг)∆ – коэффициент разбавления.Найдены условия дозирования смеси анионов в режиме стэкинга с усилением поля:100с, 30 мбар.
Значения факторов концентрирования составили 250 ÷ 720, что позволилоснизить ПО анионов на 2-3 порядка.Однако более результативным оказался электростэкинг. Аналиты концентрируютсяна границе между низкопроводящей зонойпробы и буферным электролитом.Использовался режим отрицательной полярности: ввод пробы с катодного концакапилляра. Варьировали время электрокинетического ввода пробы (1-20 с), напряжение (10-22) кВ, степень разбавления пробы (10-1000000). Самые высокие факторыконцентрирования и низкие ПО получены для фосфат-, карбонат- и сульфат-ионов, что106обусловлено селективным вводом многозарядных анионов.
Пределы обнаружения дляпоследних достигали нескольких пкг (табл.1.1).Таблица 1.1. Пределы обнаружения и коэффициенты концентрирования неорганическиханионов для различных вариантов on-line концентрирования [254].Тип концентрированияУсловия ввода пробыХарактеристики концентрированияГидродинамическийввод: : 2 с ˟ 3 кПа,Предел обнаружения, мкг/млраствор пробы фоновый электролитСтэкинг сусилениемполяBr-Cl-NO2-NO3-SO42-F-НPO42-CO32-12,35,57,47,45,810,514,74,3Пределы обнаружения, нг/млГидродинамическийввод: : 100с ˟ 3 кПа ,раствор пробы - водаBr-Cl-NO2-NO3-SO42-F-НPO42-CO32-29,710,516,016,923,98,219,313,6720390320SEFh415520460ЭлектрокинетическийЭлектроСтэкинг440250Пределы обнаружения, мкг/млввод: 2с -10 кВ,Br-Cl-NO2-NO3-SO42-F-НPO42-CO32-раствор пробы фоновый электролит5,22,34,63,63,15,79,64,1Пределы обнаружения, нг/мл, пг/мл*Электрокинетическийввод:(1)Br-(2)Cl-(1)NO2-(1)NO3-(2)SO42-(2) F-(2)НPO42-(2)CO32-7,20,45,84,75,1*1,7*1,0*1,6*13096404238 3002575 300(1) 3с -22кВ;(2) 2 с -22 кВ.SEFhРаствор пробы – вода720Разработанныеусловия6250790771электрофоретического603 000вариантаопределениянеорганических анионов с использованием наноанионита в качестве модификаторафонового электролита и стенок кварцевого капилляра реализованы при определениианионного состава образцов мочи (рис.1.7.) (Табл.1.2).107АБРис.1.7.
А) Электрофореграмма пробы мочи, разбавленной в 200 раз деионизованнойводой (рН пробы 6,5), n=3, P=0,95. Б) Электрофореграмма модельной смеси анионов.1 –Cl-, 2– SO42-,3 –PO43-, 4 – CO32-, cистема КЭ «КАПЕЛЬ-105М»; детектирование:фотометрическое, косвенное, 254 нм. Ввод пробы электрокинетический: 2с, -22 кВ. Напряжение: 20 кВ. Фоновый электролит 5 мМ СrO42-, 40 мМ ДЭА, 0,05 мМ НИА, 10% (объемных) метанола.Таблица 1.2. Результаты определения неорганических анионов в моче (n=3, P = 0,95).АнионВведено, (мг/мл)Найдено, (мг/мл)Cl-0,50,50,50,52,9±0,33,3±0,11,4±0,31,8±0,11,9±0,32,0±0,20,62±0,061,2±0,1SO42HPO42CO32-Степень извлечения,%97±3%97±5%104±8%107±8%IV.3.3. Электрофоретическое разделение органических кислот с участиемнаноанионитаПосле успешного применения НИА при разделении неорганических анионов,аналогичная замена ЦТАБ на НИА была предложена и при разделении анионоворганических кислот: щавелевой, винной, яблочной, лимонной, молочной и янтарной(табл. 1.3.).Определение этих кислот в напитках (вина, пиво, соки, нектары и т.д.)актуально на всех этапах их производства: наличие или отсутствие этих соединений,концентрация и количественные соотношения дают информацию окачестве напитков.108подлинности иТаблица 1.3.
Структурные формулы и константы кислотности органических кислотОрганические кислотыКонстанты кислотности, (25⁰С)ЩавелеваяpKa1 = 1,25; pKa2 = 4,14ВиннаяpKa1 = 2,95; pKa2=4,25ЯблочнаярКа1 = 3,46; pKa2 = 5,10ЛимоннаярКа1 = 3,128; рКа2 = 4,761;pKa3 = 6,388МолочнаярКа = 3,86ЯнтарнаярКа1=4,2; pKa2 = 5,6В методике, предложенной фирмой «Люмэкс» [169], используется следующийсостав фонового электролита для одновременного разделения указанных органическихкислот: 10 мМ бензойная кислота, 9 мМ ДЭА, 0,5 мМ ЦТАБ, 0,1 мМ ЭДТА. ВведениеЦТАБ вызывает обращение ЭОПсонаправленно движению анионов; добавка ДЭАнеобходима для создания рН, необходимого для диссоциации кислот; бензойная кислотавыполняет роль хромофорной добавки, позволяющей реализовать режим косвенногодетектирования; ЭДТА вводится для корректировки формы пиков лимонной и щавелевойкислот.Для получения сравнительных характеристик анионный детергент ЦТАБ был намизаменен на НИА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
