Слайд 2Ионный обмен
Ионный обмен - это обратимая химическая
реакция, при которой происходит
обмен
ионами между твердым веществом
(обычно смолами) и раствором
электролита
Слайд 3
Схема ионного обмена
K1
K2
K 1 ≠ K2
Слайд 4Ионообменная хроматография
Жидкостная хроматография,
основанная на различной способности
ионов к ионному обмену
Больше физико-химический, чем аналитический метод
Не высокоэффективная хроматография
Развивается с середины 50-х годов ХХ века
Выявлены основы и закономерности ионного обмена
Слайд 5Зависимости ионного обмена
Li+ < Na+ < NH4+ < K+
Rb+ < Cs+
От радиуса гидратированного иона
Слайд 6От эффективного заряда иона
Li+ ~ Na+
Ca2+
Слайд 7Классификация ионообменных смол
Слайд 8Ионная хроматография
Весьма эффективный метод определения ионов
Лучший метод определения
анионов, особенно
неорганических
Наиболее распространенные детекторы –
кондуктометрический и
спектрофотометрический
Пределы обнаружения на уровне 1-10 нг/мл
без концентрирования
Воспроизводимость по высотам и площадям пиков
Sr <= 0.05
Слайд 9Колонка: IonPac® AS19
Элюент: градиент KOH (генератор элюента)
Температура: 30 °C
Скорость
потока: 1.0 мл/мин
Объём пробы: 25 мкл
Детектирование: кондуктометрическое, с подавлением
Градиентное элюирование
Потенциал
современной ионной хроматографии
Слайд 10Строение сорбентов
Ионообменная хр-фия
Объемно-
модифицированные
Емкость до 10 мМ/г
Диаметр 200-2000 мкм
Поверхностно-
модифицированные
Емкость 0.01-0.05 мМ/г
Диаметр 5-10 мкм
Слайд 11Микрофотография
латексного анионообменника
Слайд 14Способы синтеза
сульфокатионообменников
Слайд 15Сравнение эффективности
сорбентов
Подвижная -SO3H группа
Неподвижная -SO3H группа
Слайд 16Особенности подвижных фаз
в ионной хроматографии
Практически всегда только водные
растворы электролитов (солей или кислот)
Элюирующая сила зависит от
типа
используемого электролита
Сильное влияние рН
«Совместимость» с кондуктометрическим
детектированием
Слайд 18Одноколоночный вариант (без подавления фонового сигнала)
Двухколоночный вариант (с
подавлением фонового сигнала)
Варианты ионной хроматографии
Слайд 19Колоночное подавление (1975 г)
Роль подавителя в улучшении чувствительности:
Минимизировать электропроводность элюента
(Примеры: NaOH → H2O, Na2CO3 → H2CO3)
Увеличить проводимость в зоне
хроматографических пиков
(Пример: хлорид натрия превращается в соляную кислоту)
Слайд 21Устройство мембранного электролитического подавителя AAES
(Anion Atlas Electrolytic Suppressor, производитель-Dionex)
H2O
2H+ + ½ O2 + 2e–
2 H2O +
2e– 2OH– + H2
H+
Na+
Слайд 22Мертвый объем систем подавления
Колоночная:
2 мл
Мембранная: 0.2
мл
Микромембранная: 0.05 мл
Рост эффективности
Слайд 23Принцип работы генератора элюента (KOH)
Слайд 24Улучшение характеристик определения следовых количеств анионов в режиме безреагентной ИХ
Колонка: IonPac®
AG11, AS11, 2 mm
Элюент: (A) NaOH
(B) KOH (EGC-KOH cartridge)
0.5 мМ до
2.5 мин, к 5.0 мМ на 6 мин,
к 26 мМ на 20 мин
Скорость подачи элюента: 0.5 мл/мин
Объем пробы: 1.0 mL
Подавитель: ASRS®
Детектирование: кондуктометрическое с
подавлением фоновой электропроводности
Пики: 1. Фторид 0.37 мкг/л (ppb)
2. Ацетат 1.0
3. Формиат 0.93
4. Хлорид 0.44
5. Нитрит 0.27
6. Бромид 1.0
7. Нитрат 0.33
8. Карбонат –
9. Сульфат 0.64
10. Оксалат 0.39
11. Фосфат 1.1
Слайд 25Превосходная воспроизводимость анализа
на системе ICS-3000 с генерацией элюента
Слайд 26Наиболее часто используемые элюенты при определении анионов с подавлением
Слайд 27Сравнение двухколоночной (ДК)
и одноколоночной (ОК) ионной хроматографии
Пределы обнаружения
в ДК ниже на 1-2
порядка
Эффективность разделения выше
в ОК
В ОК шире выбор элюентов и сорбентов
Слайд 28Детектирование в ионной хроматографии
Слайд 29Детектирование в ионной хроматографии
Кондуктометрическое
Спектрофотометрическое
Электрохимическое
Рефрактометрическое (в
ионоэксклюзионной хр-фии)
Другие
Слайд 30Эквивалентная электропроводность некоторых анионов и катионов
Слайд 31Оптимальные длины волн при
СФ-детектировании некоторых анионов
Слайд 32
Нитрофенолы, аминофенолы
Гидразин, метилгидразин, диметилгидразин,
Цианид, роданид
Основные типы сахаров
Бромид, гидросульфид, арсенит, иодид, тиосульфат,
сульфит, нитрит на уровне мкг/л
Биогенные амины (тирамин)
Основные соединения,
определяемые амперометрическим детектором
Слайд 33Вещества, определяемые с флуоресцентным детектором
Слайд 35Определение переходных металлов
с послеколоночной реакцией
и спектрофотометрическим детектором
В элюент
добавляют комплексообразующие
добавки (различные органические кислоты)
Применяет послеколоночную реакцию с
пиридилазорезорцином,
пиридилазонафтолом,
Арсеназо-III
и др.
Слайд 36Определение переходных металлов
с послеколоночной реакцией
и спектрофотометрическим детектором
6 мМ
PDCA
50 мМ Щавелевая к-та
Слайд 38Принцип ион-эксклюзионной хроматографии
рН < 3
Cl-
CH3COOH
Слайд 39Характеристики сорбента
Сорбент: сульфированный СДВБ
Степень сшивки: 4 и
8%
Формы: Ca2+, Na+, K+, Ag2+, Pb2+, H+
Размер частиц:
8 мкм
Геометрические размеры: 300х7,8; 200х10; 250х4,6; 100х7,8;
Емкость: 1 мэкв/г
Слайд 40Закономерности удерживания органических кислот
1. Увеличение рКа ведет к возрастанию удерживания
2.
Для кислот равной силы удерживание увеличивается с возрастанием гидрофобности молекулы
(уменьшением растворимости в воде)
3. Двухосновные кислоты удерживаются слабее одноосновных
4. Кислоты изомерного строения удерживаются слабее соответствующих кислот нормального строения
5. Наличие двойных связей или бензольных колец в молекуле кислоты увеличивает удерживание
Слайд 43Механизм (I) ион-парной хроматографии
-
-
+
0
Слайд 44Механизм (II) ион-парной хроматографии
-
+
+
+
+
+
Слайд 45Ион-парная хроматография
Сульбактам
Цефоперазон
Слайд 46В элюенте – добавка бромида тетрабутиламмония
Хроматограмма образца плазмы крови
содержащей сульбактам и цефоперазон
Предел обнаружения 4 мг/л
Слайд 47Микроэмульсии – термодинамически стабильные, оптически прозрачные коллоидные системы, состоящие из
двух жидкостей с ограничнной взаимной растворимостью, стабилизированных пленкой молекул поверхностно-активного
вещества.
Микроэмульсии состоят из сферических капель (диаметр ~ 20-100 нм) воды в «масле» либо «масла» в воде, в зависимости от количества отдельных компонентов и от природы ПАВ.
Нано (микроэмульсии)
Слайд 48Микроэмульсии и Макроэмульсии
Микроэмульсия
Макроэмульсия
(молоко)
Слайд 49Структура микроэмульсии
Типы микроэмульсий:
А – «масло в воде»
В – «вода
в масле»
С – биконтинуальная
микроэмульсия
Слайд 50 Макрогомогенны
Оптически прозрачны и устойчивы
Большая площадь поверхности
Участки
с повышенной энергией
Каталитические и стабилизационные свойства
Размер, сопоставимый с
размером
клеточных органел и стенок
Относительно легко получаются
Приемлемая вязкость и биосовместимость
Много параметров варьирования (разнообразие свойств)
Достоинства микроэмульсий
Слайд 51Микроэмульсии
как экстрагирующий реагент»
Благодаря наличию водной и органической фазы,
часто достигается количественное извлечение
гидрофильных и гидрофобных веществ
+
Слайд 52Использование наноэмульсий для пробоподготовки
Косметические и лекарственные средства в кремовой, гелевой
и
мазевой формах
Особенность: сложная матрица с высоким содержанием жира
Сравнение различных методов
пробоподготовки. Тестовые соединения: капсаицин, коэнзим Q10. (n=3, P=0.95)
Слайд 53Микроэмульсии как «катализатор»
целевых процессов
Поверхность капли микроэмульсии постоянно обновляется.
Возникают области
с повышенной энергией, которые могут
играть роль катализационно-активных сайтов.
Возможное применение
– ускорение реакций,
проведение реакций при комнатных температурах и т.п.
Слайд 54Окисление «горчичного газа» гипохлоритом натрия
Слайд 55Проблемы современной ВЭЖХ
Трудности одновременного изократического определения при значительной разнице в
гидрофобности
Трудоемкость и ресурсоемкость пробоподготовки
Слайд 56Возможные способы снижения давления
1. Снижение скорости потока подвижной фазы
2. Повышение
температуры элюента
3. Использование монолитных неподвижных фаз
Особенности при использовании микроэмульсий
в
качестве подвижных фаз в хроматографии
Высокое давление в хроматографической
системе
Эмульсии типа «вода в масле» плохо
совместимы в градиентном режиме с водными
растворами
Слайд 57Хроматограмма экстракта из препарата Финалгон.
1 – сорбиновая кислота, 2 –
нонилваниламид, 3 – никобоксил, 4 - диэтоксипропиладипат
Колонка Grace Smart RP
C18 4.6×150 мм, 3 мкм.
Микроэмульсия: 3,3% ДДСН; 1% н-гептан; 8% н-бутанол; 0,05% ТФУ. Скорость потока 0,5 мл/мин. Температура разделения 40С. Спектрофотометрическое детектирование при 210 нм.
Давление в системе 100 бар.
Использование монолитных неподвижных фаз в микроэмульсионной жидкостной хроматографии
Слайд 58Хроматограмма экстракта из препарата Финалгон.
1 – сорбиновая кислота, 2 –
нонилваниламид, 3 – никобоксил, 4 - диэтоксипропиладипат
Колонка Onyx Monolithic C18
3×100 мм.
Микроэмульсия: 3,3% ДДСН; 1% н-гептан; 8% н-бутанол; 0,05% ТФУ. Скорость потока 1,5 мл/мин. Температура разделения 30С. Спектрофотометрическое детектирование при 210 нм.
Давление в системе 40 бар
Использование монолитных неподвижных фаз в микроэмульсионной жидкостной хроматографии
Слайд 59Выбор
варианта хроматографии
в зависимости от задачи
Слайд 60Определяемое
вещество
Варианты
эксклюзионной
хроматографии
Летучее в-во?
Можно ли перевести
в летучее ?
Неорган.
газы?
ГАХ
ГЖХ
Слайд 61Полярное в-во?
Стереоизомеры?
Варианты
хиральной
хр-фии
НФ
ВЭЖХ
Это ион?
Карбоновая к-та?
Ионная
хр-фия
Слайд 62Основные преимущества хроматографии
Высочайшая селективность
Правильность и воспроизводимость
результатов химического анализа
Многокомпонентность анализа
Низкие
пределы обнаружения (0.1 мкг/л)
Широкий диапазон линейности (1-1000 мкг/л)
Малый расход пробы
(1 мл)
Экспрессность анализа
Простота эксплуатации и возможность полной автоматизации