Диссертация (1150381), страница 5
Текст из файла (страница 5)
К недостаткам можно отнести большой расход анализируемого образца. Металл-аффинная хроматография (раздел 1.1.3) представляется наиболеепроизводительным и селективным методом.Стоитотметить,чтовпоследнеевремяиспользуютикомбинациивышеприведенных методов [108].1.3 Пленки Ленгмюра-БлоджеттСредимногообразиянаноматериаловособыйинтереспредставляютмолекулярные пленки.
Наибольший вклад в изучение молекулярных пленок еще в1930-е года внес американский ученый Ирвинг Ленгмюр [89]. Он был первым, ктозанялся систематическим изучением плавающих монослоев на поверхности жидкости.21Ленгмюр дал объяснение результатов экспериментов по снижению поверхностногонатяжения водных растворов в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ),разработал конструкцию прибора для прямого измерения внутреннего давления вмонослое (весы Ленгмюра) и предложил новый экспериментальный метод дляизучения мономолекулярных слоев.
Ленгмюр показал, что многие нерастворимые вводе амфифильные вещества, представляющие собой молекулы органических веществ,содержащих гидрофильную часть – «голову» и гидрофобную часть – «хвост»,способны, растекаясь по водной поверхности и образуя на ней мономолекулярныйслой, снижать ее поверхностное натяжение.
Изучая зависимость поверхностногодавления от площади монослоя, Ленгмюр обнаружил существование различныхфазовых состояний монослоя. Впоследствии ученица Ленгмюра Катарина Блоджеттосуществила перенос мономолекулярных слоев нерастворимых жирных кислот наповерхность твердой подложки, получив мультислойные пленки. Такой способполучения пленок получил название метода Ленгмюра-Блоджетт.1.3.1Основные задачи, решаемые с помощью метода Ленгмюра-БлоджеттМетод Ленгмюра-Блоджетт оказался привлекательным для решения задач поизготовлению разнообразных упорядоченных наноструктур. Основные преимуществаэтого метода:– точный контроль количества наносимых слоев в процессе осаждения,– возможность конструирования сложных слоистых ансамблей,– точный контроль структуры пленки,– экономичность метода: он не требует создания вакуума, наличия высокихтемператур и давлений,– возможность получать моно- и мультимолекулярные слои на основе различныхвеществ.Пленки Ленгмюра-Блоджетт находят разнообразное практическое применение вразличных областях науки и техники:– в микроэлектронике: проводящие и изолирующие ультратонкие пленки [90],сегнетоэлектрические и ферроэлектрические пленки [91], защитные покрытия,химические и биологические сенсоры на основе упорядоченных молекулярныхструктур со встроенными активными молекулами или молекулярными комплексами,22матрицы, содержащие полупроводниковые наночастицы [92], антрифрикционныепокрытия;– в оптике: активные слои для записи информации оптическим способом иатомно-зондовым методом [93], дифракционные решетки, интерференционные иполяризационные светофильтры, плоские моно- и полимодовые световоды [94];– в биотехнологии [95] и на других направлениях научно-техническогопрогресса.1.3.2Выбор концентрации соли металла в водной субфазе при получениипленок Ленгмюра-Блоджетт стеариновой кислотыВ металл-аффинных сорбентах ионы металла не должны переходить в растворвместе с исследуемым веществом.
Для этого необходимо, чтобы ионы металла входилибы в состав монослоя только за счет химической реакции с молекулами стеариновойкислоты и не входили бы за счет физической адсорбции (или физическая адсорбциябыла бы ничтожна мала). В работе [97] был проведен выбор концентрации ионовметалла в водной субфазе, при которой физической адсорбцией можно было быпренебречь. Исследование адсорбции проводили на субфазе, содержащей ионы кадмия,так как именно кадмий обладает одной из самых больших адсорбционныхспособностей. Для оценки вклада физической адсорбции авторы изучали составмонослоев, в которых не может происходить реакция ионов субфазы с молекуламимонослоя. В качестве компонента таких монослоев было выбрано неионогенное ПАВ –цетиловый спирт.Результаты исследования показали, что при концентрации ионов кадмия 5·10 -5моль/л при получении МХС практически все ионы металла химически связаны состеариновой кислотой.1.3.3Изотермы сжатия пленок Ленгмюра-Блоджетт, содержащих железо(III)Одним из основных экспериментальных методов исследования поверхностныхсвойств монослоев является изучение изотермы сжатия монослоя, то есть зависимостиповерхностного давления (π) в монослое от площади, приходящейся в нем на однумолекулу ПАВ (А).23Рисунок 1 – Зависимость площади, приходящейся на одну молекулу монослоя, придавлении 2.5 мН/м от рН: 1 – монослой FeSt3 на воде; 2 – монослой HSt на воднойсубфазе, содержащей ионы Fe3+; 3 – монослой HSt на водной субфазе, содержащейионы Fe2+ [96]В работе [96] были изучены изотермы сжатия монослоев, полученныхнанесением раствора ранее приготовленного стеарата железа(III) (FeSt3) в гексане наводную субфазу, и монослоев стеариновой кислоты на водной субфазе, содержащейионы Fe3+.
Методом непрерывного сжатия монослоя были получены изотермы приразличном составе и рН субфазы. Из изотерм рассчитывали площадь A2.5,приходящуюся на молекулу в монослое при π 2.5 мН/м, а затем величину ΔA2.5,представляющую собой разность площадей молекулы в монослое, нанесённом насубфазу, содержащую металл-ион, и молекулы при таком же давлении монослоя,нанесённого на субфазу того же состава и рН, но без исследуемого металл-иона.Отрицательные значения ΔA2.5 показывают, что металл-ион субфазы конденсируетмонослой, тогда как положительные значения ΔA2.5 говорят о том, что металл-ионрасширяет монослой. Была получена зависимость ΔA2.5 от рН в диапазоне 2-6 (рисунок1). Как можно видеть из рисунка 1 (кривая 1), площадь, приходящаяся на молекулуFeSt3, практически не зависит от рН водной субфазы.
Это объясняется тем, что стеаратжелеза(III) является нерастворимой солью и, следовательно, ионизация молекул вмонослоепрактическиневозможна.Незначительноепонижениеплощади,приходящейся на молекулу при давлении 2.5 мН/м (А2.5), с ростом рН можно объяснитьтем, что с ростом рН увеличивается склонность стеарата железа(III) к гидролизу и24возможно образование гидроксостеарата железа(III) (FeSt2OH), а это приводит куменьшению отталкивания между молекулами в монослое. Следует отметить, что длямонослоя, полученного нанесением раствора стеарата железа(III) в гексане на воднуюсубфазу, значения площади, приходящейся на молекулу (кривая 1), лежат значительнониже, чем для монослоя, полученного нанесением раствора стеариновой кислоты вгексане на субфазу, содержащую соли железа (кривая 2 и 3). Это обусловлено тем, чтоионы железа в первом случае уже первоначально встроены в структуру монослоя.Для всех приведенных кривых в сильнокислых (рН 2-3.2) растворах характернонезначительное уменьшение параметра А2.5, что свидетельствует о сжатии монослоя.Это происходит из-за того, что при рН 2.5 основной формой ионов железа являютсянегидролизованные ионы, а стеариновая кислота находится в слабодиссоциированномсостоянии.
На поверхности водной субфазы протекает реакция образования стеаратажелеза. Причем, чем выше степень диссоциации стеариновой кислоты, тем большеконденсирующее действие ионов железа. С дальнейшим ростом рН (около 4) длямонослоя, содержащего ионы трехвалентного железа, наблюдается рост А2.5 (рисунок1). Это связано с тем, что при данной кислотности среды наблюдается гидролиз ионовтрехвалентного железа и образуются частицы FeOH2+ и Fe(OH)2+, которые, встраиваясьв монослой, расширяют его. Дальнейшее уменьшение А2.5 вызвано тем, что при рН 5.6практическивсежелезо находитсявформе гидроксидовиможеттолькоадсорбироваться на монослое.
Соответственно, подробное изучение изотерм сжатиямонослоев стеариновой кислоты на водной субфазе, содержащей ионы железа(III)позволяет оценить стабильность полученных структур в зависимости от рН.Цели и задачи исследованияЦель работы – разработка и характеризация новых металл-аффинных сорбентов,содержащих железо(III), для применения в фосфопротеомном анализе.Задачи исследования:- Разработка и получение двух типов новых металл-аффинных сорбентов,содержащих железо(III): на основе стеарата железа(III) и оксида железа(III).- Определение физико-химических и поверхностных свойств сорбентов.- Определение сорбционных свойств сорбентов.- Исследование возможности их использования в фосфопротеомном анализе.252Материалы и методы2.1 Материалы Cтеариновая кислота (марка ХЧ) Карбамид (марка ЧДА), нитрат железа Fe(NO3)3∙9H2O (марка ЧДА), хлоридкадмия CdCl2 (марка ХЧ), хлорид железа FeCl3∙4H2O (марка ОСЧ).
Рабочие растворысолей готовили непосредственно перед проведением эксперимента путем растворенияточных навесок. Гексан (марка ХЧ) МРТУ-6-09 с температурой кипения 64,8-65°С. Дистиллированнаяводасозначениемудельнойэлектропроводностиχ = 2·10-6 Ом·см-1 Ацетонитрил марки «0» (Криохром). Аммиак 10% водный (17837 Fluka). Трифторуксусная кислота (ТФУ, 302031 Sigma-Aldrich). Пиперидин (571261 Sigma-Aldrich). Триэтиламин (T0886 Sigma-Aldrich). Муравьиная кислота (14265 Fluka). Соляная кислота («Вектон»). Сульфосалициловая кислота («Вектон»). Гидроксид калия («Вектон»). Конго красный (Sigma-Aldrich). Кумасси G-250 (Sigma-Aldrich). Перфтороктансульфоновая кислота (Wellington). Уксусная кислота («Вектон»). Метанол Hypergrade for LC-MS (Merck). Ацетон («Вектон»). Ацетат аммония HPLC grade (Fisher Scientific). Матрица СНСN (α-cyano-4-hydroxycinnamic acid, 70990 Fluka).– Сухое молоко коровы.– Триптический гидролизат казеина.– Синтетические фосфорилированные пептиды (Университет Лейпцига).26– Триптический гидролизат лизата клеточной линии HeLa (УниверситетЛейпцига). Система для исследования наночастиц Zetasizer Nano ZS. Поромер ASAP-2010N (Micrometrics). Микроволновая печь. Ультразвуковой диспергатор. Спектрофотометр ФЭК-57Н. Спектрофотометр СФ-5. Жидкостный хроматограф Shimadzu LC-20 «Prominence» с УФ детектором сдиодной матрицей SPD-M20A (Shimadzu). Микроцентрифуга Centrifuge CM-50 (ELMI). Перемешивающее устройство Velp (Vortex). ВЭЖХ-МС система, состоящая из жидкостного хроматографа Alliance 2695(Waters) с масс-спектрометром API QSTAR (PE Sciex) Времяпролетный тандемный масс-спектрометр МАЛДИ Axima Perfomance(Shimadzu)– Нано-ВЭЖХ-МС система, состоящая из жидкостного хроматографа Acquity(Waters) с масс-спектрометром Orbitrap (Thermo Scientific).2.2 Получение и структурные свойства сорбентов2.2.1Получение металл-хелатного сорбента (МХС)В ванну из органического стекла размером 700 х 200 х 20 мм (подвижнымибарьерами ограничивали площадь монослоя в 20 дм2), налили водный раствор 10-4 Мхлорида железа(III) объемом 1,5 л (субфазу) (рисунок 1).
На него по каплям наносили 1мл раствора стеариновой кислоты (HSt) в н-гексане (концентрация 0.1 мг/мл) дообразования однородной пленки, размер которой ограничен бортами ванны иподвижными барьерами, которые могут регулировать поверхностное давление вобразовавшемся монослое. После испарения гексана (3-5 минут) на поверхностиводной фазы образовывался мономолекулярный слой, состоящий из продуктоввзаимодействия стеариновой кислоты с ионами железа(III) субфазы:2C17H35COOH + FeCl3 → FeCl(C17H35COO)2 + 2HCl.27Рисунок 1 – Схема установки для получения МХС на основе пленок ЛенгмюраБлоджеттЗатем полученный монослой медленно сжимали с помощью подвижныхбарьеров до полосы шириной 1 см. При достижении определенного давления монослойколлапсировал (ломался).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
