Диссертация (1150378), страница 10
Текст из файла (страница 10)
В случае многостадийного анализа к этим требованиямдобавляются следующие:1)Сорбция и десорбция должны происходить в мягких условиях,2)Сорбент должен быть устойчив в условиях эксперимента,3)Сорбент должен быть в удобной для использования форме илилегко в нее приводиться.4)Сорбент должен обладать предсказуемыми характеристиками.Многие изсуществующихсорбентовтребуютдополнительныхопераций и особых условий хранения и чувствительны к воздействиюреактивов, используемых в протеомном анализе. Мы рассмотрим два подхода,позволяющие получить устойчивые соединения с ионом лантана, отвечающиевышеперечисленным требованиям.1) Металл-хелатный сорбент на основе пленок Ленгмюра-Блоджетт;2) Металл-оксидный сорбент в дисперсном состоянии.3.1.Получение монослоев стеарата лантанаДля получения монослоев на поверхности субфазы была подобранахорошо растворимая соль лантана – LaCl3*6H2O.
Известно, что хлориданионы лабильны и не препятствуют быстрому образованию стеарата лантана.Стеарат лантана получали на поверхности раствора хлорида лантана сконцентрацией 10-4 М Эта концентрация с избытком перекрывает расходионов лантана на образование солей стеариновой кислоты в монослое. В60работе, посвященной изучению монослойного стеарата кадмия убедительнопоказана обоснованность такой низкой концентрации для уменьшения вкладафизической сорбции ионов металла на тонких пленках [105]. Для нанесенияПАВ на поверхность раствора твердую стеариновую кислоту растворяли внеполярном растворителе. Гексан был выбран из-за того, что он хорошорастворяетстеариновуюкислотуиобладаетвысокойлетучестью.Стеариновая кислота, в свою очередь, привлекает внимание тем, что онаявляетсяамфифильнымПАВ,способнымкобразованиюпрочныхковалентных связей с ионами металла и чрезвычайно низкой растворимостьюв воде, и при этом как реактив стеариновая кислота широко распространена,легко доступна и дешева.В специальной ванне на поверхность водной субфазы наносили покаплям раствор ПАВ (стеариновая кислота) в гексане.
Раствор стеариновойкислоты растекается по поверхности водной субфазы, образуя тонкую пленкугексана с молекулами стеариновой кислоты. Распространение монослояограничено бортами ванны и барьерами, которые могут регулироватьповерхностное давление в образовавшемся монослое. Гексан испаряется сбольшой поверхности ванны при комнатной температуре практическимгновенно, но для подстраховки на испарение гексана отводилось 2 минуты, втечение которых устойчивый монослой стеарата лантана формировался наповерхности в результате гетерофазной реакции (рис.
14):2C17H35COO- + LaCl3 → La(C17H35COO)2Cl + 2Cl-.После прохождения реакции с ионами субфазы монослой подвергалимедленному латеральному сжатию выше критического значения. При этоммонослой коллапсировал (ломался). Коллапс монослоя можно представитьсебе как образование складок на поверхности (при быстром сжатии) иличастичного наползания монослоев друг на друга с образованием полислоев(рис. 15).61Рисунок 14.
Конструкция ванны для получения коллапсированныхпленок.Рисунок 15. Состояние молекул в монослое при различном латеральномдавлении.Таким образом, были получены структуры из продуктов взаимодействиястеариновой кислоты с ионами металла субфазы. Строение структурного звенапленок трехвалентных элементов исследовалось для ионов железа [8].МАЛДИ МС исследование пленок в режиме положительной ионизациипоказывает наличие в спектре только ионов FeSt2+ с массой 705.8 Да и ихаддуктов с ионами субфазы. Полученные энергодисперсионные спектры дляпленочного сорбента на основе стеарата лантана, синтезированного израствора трихлорида лантана в кислой среде также показывают равныемольные доли лантана и хлора с погрешностью менее 5 %.62Исследования структурного звена монослоя на основе стеарата лантанаметодом МАЛДИ МС показали наличие в спектре ионов лантана, связанных сдвумя молекулами стеариновой кислоты и одним ионом субфазы (рис.
16)Риснок 16. Масс-спектр коллапсированных монослоёв на основестеарата лантана.Таким образом, мы с уверенностью можем утверждать, что ввидустерических затруднений образование тристеарата лантана не происходит и врезультате гетерофазной реакции мы получаем монослойный дистеаратлантана с лабильной валентностью, которую занимает Cl-. Ввиду высокойлабильности хлорид-аниона хлоридная группа может быть легко замещена вреакции с фосфорилированным пептидом.Полученные коллапсированные монослои аккуратно снимали с воднойсубфазы и помещали в спиновые колонки или микропробирки. Остатокраствора немедленно удалялся безворсовыми салфетками, чтобы не допуститьвыпадения из раствора микрокристаллов хлорида лантана при высыхании.ХарактернаяструктурапленокЛенгмюра-Блоджеттпозволяетоднозначно связать массу сорбента с площадью монослоя, снятого споверхности раствора.
Масса 1 дм2 высушенного монослоя стеарата лантанасоставила 0.029 ± 0.003 мг (таблица 1).63Таблица 1. Масса одного квадратного дециметра пленок ЛенгмюраБлоджетт на основе стеарата лантана№Масса, мг/дм2Образец 10.031Образец 20.029Образец 30.028Одним из важнейших параметров для сорбента является удельнаяплощадь поверхности, которая может сильно не совпадать с площадьюповерхности монослоя.
Удельная площадь характеризует основные свойствасорбирующеговещества,именноотнеезависитколичественнаяхарактеристика адсорбции. Поверхность коллапсированных слоев стеараталантана определяли методом низкотемпературной адсорбции азота. Расчетпроизводили с использованием теории Брюнера–Эммета–Теллера (БЭТ).Зная площадь, занимаемую молекулой азота на поверхности, и массувзятого образца можно рассчитать удельную поверхность адсорбента поформуле (1):Sуд = (AmcNaAcs)/Mw, (1)Amc – вес адсорбированного вещества, образующего покрывающий всюповерхность монослой,Nа – число Авогадро,Acs – площадь поперечного сечения молекулы азота (16.2 Å2),M – молекулярная масса азота,w – масса сорбента.Amc был рассчитан из графика зависимости 1/[A(P/Ps)-1] от P/Ps, где P –давление насыщения азота, Ps – равновесное давление азота.64Удельная поверхность полученного стеарата лантана по даннымнизкотемпературной адсорбции азота составила 14 м2/г.3.2.Определение условий получения сорбентаПолучение монослоев стеарата лантана требует подбора условийсинтеза.
Так, стеариновая кислота на поверхности субфазы должна бытьдиссоциирована в достаточной степени, лантан должен находиться внегидролизованной форме. Условия получения определяли путем построенияизотерм сжатия монослоя (рис. 17) при разном pH субфазы (π – А).Рисунок 17. Изотерма поверхностного давления для монослоевстеариновой кислоты на субфазе, содержащей хлорид лантана при pH = 4.Провели сравнение полученных изотерм при определенном значениилатерального давления при различных рН и рассчитали площадь A2,5,занимаемую одной молекулой при давлении 2.5 мН/м.
Для сравнения изотермбыло выбрано давление в 2,5 мН/м, так как именно при этом давлении65изотерма наиболее чувствительна к изменению состояния молекул монослоя.Длябольшегоудобствапостроеназависимостьпараметра∆А2,5,представляющего собой разность площадей, приходящихся на одну молекулупри определенном pH в присутствии и в отсутствие иона металла в составесубфазы. Если ∆А2,5 положительна, то происходит расширение монослоя,отрицательные значения говорят о конденсации монослоя в результатеобразования стеарата лантана.
Косвенно конденсация монослоя говорит оболее полном переходе стеариновой кислоты в дистеарат лантана – наиболеекомпактнуюформусуществованиямонослоя.Результатыизмеренийприведены в таблице 2 и представлены на графике (рисунок 17).Таблица 2, рисунок 17. Зависимость ∆А2,5 от рН водной субфазы,содержащей 10-4 М хлорид лантана.рН∆А2,512,3023,2-4,533,8-6,744,3-1255,2-365,8+7100∆А2,5 (Å)№23456-10-20pHНа основе приведенных значений ∆А2,5 можно выбрать интервал рН 3.54.5, при котором формирование пленок стеарата лантана наиболееэффективно,.3.3.Определение электрокинетического потенциалаЭлектрокинетический потенциал или ξ-потенциал – это один изключевых параметров для сорбентов и, в общем, для любых коллоидных66веществ.
Поверхность твердого тела может накапливать поверхностный зарядвследствие различных физико-химических свойств фаз на границе раздела. Вкислых растворах поверхность твердого тела может сорбировать ионы H+ израствора и заряжаться положительно. При переходе к щелочным растворамсорбция поверхностью гидроксил-анионов приведет к возникновениюотрицательного заряда на поверхности. Физическое условие непрерывноститребует существования таких условий, при которых положительные иотрицательныезарядынаповерхноститвердоготелаврастворескомпенсированы.
В этой точке могут быть сняты электростатическиеограничения на приближение целевой молекулы к поверхности сорбента.Измерения ζ-потенциала основаны на различной подвижности частиц вналоженном градиенте электрического поля в зависимости от поверхностногозаряда. Изоэлектрическая точка – это такое значение pH, при которомэлектрофоретическая подвижность частиц равна нулю.Длястеараталантана,полученноговработе,исследованиеэлектрокинетических свойств проводилось методом микроэлектрофореза наустановкеZetasizerNANOZCвприсутствии10-4моль/лKCl.Электрокинетический потенциал определяли по методу микроэлектрофорезаи рассчитывали по формуле Гельмгольца-Смолуховского без введенияпоправок (формула (2), таблица 3, рисунок 19).ζ = (kπηUэф)/(εε0), (2)ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды;ε0 — электрическая постоянная, 8.9·10–12 А⋅с/В⋅м;ζ — электрокинетический потенциал, В;k — коэффициент, зависящий от формы частиц;η — вязкость дисперсионной среды, Н⋅с/м2 ;π — число Пифагора.Uэф — электрофоретическая подвижность, равная скорости движениячастицы при градиенте потенциала (Н) 1 В/м.67Согласно полученным данным, изоэлектрическая точка стеараталантана в монослое соответствует pH ~ 3.3.Таблица 3.
Данные, полученные при построении изотермы сжатиямонослоя стеариновой кислоты на водной субфазе, содержащей хлоридлантанарНζ-потенциал,мВ2.4015.803.102.403.78-7.804.60-16.205.90-18.907.06-22.508.60-25.30Рисунок 19. Зависимость электрокинетического потенциала монослоевстеарата лантана от рН раствора.683.4.Определение устойчивости сорбента в растворителяхУстойчивость потенциального сорбента к воздействию различныхрастворителейзначительноповышаетценностьиоткрываетновыеперспективы для использования вещества.
Так, сорбцию можно проводить изболее агрессивных сред, меньше внимания уделять чистке вещества переданализом – именно подготовка вещества к анализу часто самая трудоемкаячасть исследований. Потому была проверена устойчивость к растворению вразличных растворителях, традиционно встречающихся в хроматографии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
