Новые сепарационные материалы для ионной и гидрофильной хроматомасс-спектрометрииНИР

Novel separation materials for HILIC and ion chromatography mass spectrometry

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 апреля 2020 г.-31 декабря 2020 г. Разработка сорбентов для ионной и гидрофильной хроматографии
Результаты этапа: 1) В ходе исследований синтезированы и изучены сорбенты для ИХ с нанофункциональными полимерными слоями, сформированными поэтапной конденсацией диглицидиловых эфиров и аминов различной функциональности и степени замещенности. Впервые предложены комбинации цвиттерионных и положительно заряженных фрагментов в структуре слоя. Впервые за счет сочетания бифункциональных соединений – аминодикарбоновых кислот и диаминов – а также вторичных аминов во внутренней и внешней сфере нанофункциональных слоев синтезированы сорбенты, обладающие уникальной селективностью по отношению к моно- и дикарбоновым кислотам в режиме ИХ с использованием гидроксидных элюентов. Впервые предложены новые типы нанофункциональных покрытий для гидрофильных сорбентов на полимерных матрицах для разделения гидрофильных аналитов (витаминов, аминокислот, сахаров) в режиме ГИХ. Изучены возможности коммерчески доступных полимеров ПЭГ и ПЭИ для экранирования и гидрофилизации поверхности, а также варианты их дальнейшего модифицирования, в частности с использованием дополнительных стадий алкилирования эпоксисоединениями (глицидолом). Впервые предложен простой и эффективный вариант проведения клик-реакции Уги для формирования нанослоев в одну стадию непосредственно на поверхности матрицы для получения сорбентов для ГИХ. Проведена работа по оптимизации всех разработанных схем синтеза, позволившая добиться лучшей воспроизводимости процесса и контроля степени модифицирования поверхностей. 2) Закрепление функциональных слоев осуществлено в ковалентном варианте для обеспечения стабильности получаемых неподвижных фаз в условиях эксплуатации в классических вариантах детектирования, а впоследствии – в варианте МС-детектирования с соответствующими подвижными фазами. В качестве якорных групп на поверхность матрицы вводили аминогруппы, обеспечивающие простоту и стабильность закрепления полимерных покрытий напрямую или через спейсер. Для синтеза сорбентов для ИХ предложен вариант, в котором спейсер является частью нанофункционального ионообменного слоя, что позволило добиться однородности структуры слоя и исключить влияние спейсера на удерживание целевых аналитов. Введение цвиттерионных фрагментов вблизи поверхности матрицы в предложенном подходе оказывает положительное влияние на стабильность покрытия, так как наличие отрицательных зарядов препятствует проникновению гидроксид-ионов внутрь слоя, минимизируя вероятность протекания реакции элиминирования по Гофману. Для создания функциональных слоев гидрофильных сорбентов использованы полимеры различной структуры – полиэтиленгликоль (ПЭГ, линейный), полиэтиленимин (ПЭИ, линейный и разветвленный); дополнительная гидрофилизация ПЭИ осуществлялась путем модифицирования глицидолом. Для простоты закрепления ПЭГ на поверхности аминированных матриц предложено использование его диглицидилового эфира, что позволяет ковалентно закреплять функциональный слой ПЭГ, не используя спейсер, и таким образом, избежать дополнительных стадий синтеза и исключить влияние спейсера на удерживание полярных аналитов. В дальнейшем возможно закрепление такого реагента непосредственно на аминированном полистирол-дивинилбензоле (ПС-ДВБ). В случае полиаминов и моноаминов закрепление на аминированной матрице возможно только с использованием спейсеров, в роли которых испробованы моно- и бифункциональные соединения различной гидрофильности. В этом случае следует учитывать влияние спейсера на селективность сорбентов, что и было установлено в данной работе по отношению к различным классам полярных аналитов (рис.1, табл.3). 3) Сравнительный анализ комплекса синтезированных сорбентов для ИХ впервые позволил выявить алгоритм управления селективностью в каждой паре элюирующихся друг за другом целевых аналитов – монокарбоновых кислот. Сорбенты, содержащие отрицательные заряды в структуре слоя и варьируемую часть внешнего слоя с диаминами и диалканоламинами, были изучены впервые. Одновременное наличие таких фрагментов в функциональном слое сорбента обеспечило наиболее существенное повышение селективности анионообменника и позволило в итоге разделить полный набор целевых моно- и дикарбоновых кислот. Показано, что изменение гидрофильности слоя оказывает решающее влияние на селективность анионообменников, приводя к снижению этого параметра для всех изученных пар аналитов, тогда как функциональность и степень замещенности амина оказывают противоположное влияние, что позволяет управлять селективностью во трехпараметрической системе, комбинируя данные параметры (табл.2). Выявленные тренды были подтверждены на 3-х группах сорбентов с различными заместителями в приповерхностной части слоя, что позволяет считать выработанный алгоритм универсальным и использовать его в дальнейшем при переходе к работе с подвижными фазами, традиционными для МС-детектирования. По результатам работы с гидрофильными сорбентами установлено влияние структуры спейсера, полимерного покрытия и матрицы на удерживание полярных аналитов в режиме ГИХ. Установлено, что использование более гидрофильного бифункционального спесейра 1,4-БДДГЭ является предпочтительным, так как обеспечивает более высокую селективность получаемых сорбентов вне зависимости от типа матрицы, а также возможность дальнейшего модифицирования поверхности и закрепления новых функциональных фрагментов. При выборе полимерного покрытия показано, что неподвижные фазы, покрытые линейными полимерами, демонстрируют лучшие хроматографические параметры в ГИХ, при этом лучшая селективность наблюдается при модифицировании ПЭИ. Однако, высокая стоимость линейного ПЭИ делает использование этого реагента нецелесообразным при масштабном производстве сорбентов. Для сорбентов, модифицированных ПЭГ, изучена возможность управления характеристиками сорбента путем варьирования толщины слоя полимера. Показано, что сорбент с меньшим количеством полимера в функциональном слое обладает лучшими параметрами при разделении цвиттерионных аналитов – аминокислот, а также водорастворимых витаминов, однако влияния толщины слоя на нейтральные аналиты (сахара) не обнаружено. Показано, что возможность осуществлять дальнейшее модифицирование сорбента, покрытого разветвленным ПЭИ, коммерческая доступность этого полимера, а также большая гидрофильность по сравнению с ПЭГ делают его перспективным для использования с гидрофобными матрицами для их эффективного экранирования и гидрофилизации. Установлено, что переход от классической силикагелевой матрицы к полимерной даёт ряд преимуществ как в плане физико-химических свойств, так и по хроматографическим параметрам: полимерный сорбент П-Б-ПЭИ продемонстрировал лучшую селективность по сахарам, благодаря чему стало возможно разделение пары мальтоза – лактоза, неразрешаемой для большинства коммерчески доступных неподвижных фаз в режиме ГИХ. 4) В результате изучения хроматографических свойств всех полученных сорбентов и оптимизации условий разделения предложены варианты разделения моно- и дикарбоновых кислот на сорбентах с конденсационными полимерными нанофункциональными слоями в ИХ (рис.3). При регулировании температуры впервые разделены до базовой линии 8 монокарбоновых кислот в режиме ИХ, что свидетельствует о превосходстве разработанных сорбентов над коммерческими аналогами. Установлены оптимальные структуры сорбентов и условия разделения витаминов, сахаров и аминокислот в режиме ГИХ (рис.4). Разработанные сорбенты характеризуются высокой селективностью и позволяют разделять до 7-ми витаминов, 7-ми аминокислот и 9-ти. По разделяющей способности и экспрессности анализа такие сорбенты не уступают лучшим коммерческим аналогам. Эффективность достигает 25000, 50000 и 40000 тт/м для сахаров, витаминов и аминокислот, соответственно, для сорбентов, полученных по реакции Уги. 5) Подобрано оптимальное сочетание внешней и внутренней частей конденсационного полимерного нанофункционального слоя с точки зрения селективности по отношению к карбоновым кислотам в режиме ИХ. Предпринятые шаги по оптимизации путем выбора фрагментов структуры впервые позволили разделить до базовой линии фторид, глюконовую, хинную, шикимовую, гликолевую, уксусную, муравьиную, молочную и галактуроновую кислоты, чего не удается достичь на сегодняшний день с использованием коммерческих или описанных в литературе сорбентов для ИХ. При этом показана нецелесообразность снижения диаметра частиц ПС-ДВБ матрицы с 5,5 мкм до 3 мкм в связи с возрастанием обратного давления в колонке и невозможностью использовать колонки длиной 25 см, что в свою очередь ограничивает разделяющую способность сорбента. В будущем разумным компромиссом представляется использование матриц диаметром 4,5-5 мкм. Предложена дополнительная стадия гидрофилизации полимерного слоя сорбентов для ГИХ за счет алкилирования полиаминов эпоксисоединениями. Это позволило в случае силикагеля повысить гидрофильность сорбента, а также более эффективно экранировать матрицу ПС-ДВБ и нивелировать её негативное влияние на удерживание аналитов в режиме ГИХ. Эффективное и селективное разделение гидрофильных соединений разных классов на сорбенте П-Б-ПЭИ-ГЛ (рис.4) с гидрофобной матрицей свидетельствует о перспективности использования предложенного подхода для создания фаз для ГИХ, пригодных для работы во всем диапазоне pH подвижных фаз. Показана перспективность использование реакции Уги для создания новых функциональных слоев или модифицирования существующих, поскольку она обеспечивает гидрофилизацию, является простой, быстрой и хорошо воспроизводимой реакцией модифицирования, позволяет проводить одновременное включение нескольких типов функциональных групп и, таким образом, управлять селективностью получаемых сорбентов. Кроме того, реакция Уги может быть проведена с аминогруппами, расположенными на поверхности матрицы или функционального слоя, а также с пространственно удаленными аминогруппами. 6) Исследование всех синтезированных сорбентов для ГИХ с помощью тестов Танака позволило выявить индивидуальное влияние спейсера, полимерного покрытия и типа матрицы на удерживание витаминов, аминокислот и сахаров (табл. 3, рис. 1, 2). Полученные результаты позволили выбрать в качестве оптимального спейсера при разделении гидрофильных аналитов 1,4-бутандиолдиглицидиловый эфир, а для формирования нанофункциональных полимерных слоев – разветвленный ПЭИ. Установлены возможности повышения гидрофильности слоев для перехода силикагеля на гидрофобную матрицу ПС-ДВБ, обеспечиваемые за счет использования разветвленного полимерного слоя ПЭИ и его дополнительной гидрофилизации глицидольными группами. 7) Для разделения и определения широкого круга органических кислот, являющихся промежуточными соединениями в метаболизме и играющих важную роль в обмене веществ растений, в качестве наиболее перспективных предложены сорбенты для ИХ с конденсационными полимерными нанослоями, полученными при одновременном введении цвиттерионных групп во внутреннюю часть слоя и использовании аминов с двумя заместителями у атома азота во внешней части. Такие анионообменники обладают наилучшей разделяющей способностью и превосходят с этой точки зрения все остальные анионообменники, полученные в данной работе, а также представленные на рынке и описанные в литературе сорбенты для ИХ. Для разделения аминокислот в режиме ГИХ наилучшими из разработанных вариантов стали сорбенты, полученные по реакции Уги, а также сорбент с гидрофилизованными слоем полиамина; для сахаров – полимерный сорбент с привитым ПЭИ и сорбент по реакции Уги, а для витаминов – силикагелевый сорбент с линейным полиамином и с разветвленным гидрофилизованным полиамином. Ковалентное закрепление функциональных слоев обеспечило стабильность всех получаемых неподвижных фаз в условиях эксплуатации в классических вариантах детектирования, а впоследствии должно выполнить ту же функцию в варианте МС-детектирования с соответствующими подвижными фазами. 8) Полученные в работе сорбенты успешно использованы для анализа реальных объектов – почв и грунтовых вод. Проведена оптимизация условий элюирования, подобраны режимы определения целевых аналитов в матрицах объектов; пределы обнаружения составили от 10 мкг/л до 50 мг/л для аминокислот в режиме ГИХ (табл.4) с УФ-детектированием и от 0,01 до 0,2 мг/л для неорганических анионов и карбоновых кислот в режиме ИХ. Установлено, что результаты анализа характеризуются правильностью и воспроизводимостью, традиционными для соответствующих коммерческих сорбентов.
2 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Разработка сорбентов для ионной и гидрофильной хроматографии
Результаты этапа: 1) При выборе наиболее подходящих составов подвижной фазы для каждого класса веществ найден баланс между лучшими условиями для хроматографического разделения и для электрораспылительной ионизации (ЭРИ) разделяемых соединений. Для перехода к определению витаминов в режиме ГИХ-МС установлена необходимость снижения концентрации буферного раствора, для чего эффективным оказалось сочетание двух подходов: понижение рН элюента путем перехода к аммонийно-формиатному буферному раствору (рН 3.7), при котором подавляется диссоциация этих органических кислот, а также использование гидрофильных сорбентов с меньшей анионообменной селективностью, полученных с помощью мультикомпонентной реакции Уги. Переход с фосфатного буферного раствора, используемого для определения аминокислот в режиме ГИХ, позволил разделить набор модельных аминокислот без потерь существенных селективности и чувствительности при использовании аммонийно-формиатного буферного раствора с рН 4.7 в элюенте (рис. 9). Впервые осуществлена попытка перехода на элюент, пригодный для МС-детектирования, в режиме ионной хроматографии (ИХ). Установлено существенное возрастание емкости анионообменника при элюировании муравьиной кислотой по сравнению с использованием щелочи вследствие протонирования кислотой некватернизованных аминогрупп привитого полиамина. Это повлекло возрастание удерживания гидрофобных анионов. При переходе к сорбенту с ковалентно привитым разветвленнм слоем, имеющему меньшее число некватернизованных аминогрупп, показано возрастание удерживания всех анионов и селективности. Продемонстрировано возрастание времен удерживания анионов при увеличении доли ацетонитрила в подвижной фазе, что может быть связано со снижением диссоциации муравьиной кислоты в ацетонитриле и, как следствие, снижением ее элюирующей способности. Установлено, что для работы в режиме ВЭЖХ-МС необходимо дальнейшее снижение числа некватернизованных аминогрупп на поверхности ПС-ДВБ или их полное удаление для устранения эффекта повышения емкости при использовании соответствующих элюентов. 2) Для разделения полярных веществ в режиме ГИХ получены и протестированы сорбенты с функциональными амидными и гидроксильными группами на поверхности, полученные по мультикомпонентной реакции Уги как наиболее гибкой и перспективной для повышения гидрофильности сорбентов. Показано, что при увеличении гидрофильности кислоты в функциональном слое гидрофильность сорбентов возрастает согласно (результаты теста Танака, табл. 1), что приводит к увеличению факторов удерживания сахаров, аминокислот и органических кислот, а также селективности и эффективности колонок. При замене уксусной кислоты в синтезе на гликолевую получен сорбент, способный разделить 12 органических кислот за 12 мин с эффективностью до 45000 тт/м, что является выдающимся результатом для гидрофильных колонок, превосходящим коммерчески доступные аналоги. Также удалось снизить время уравновешивания колонки после градиентного элюирования в несколько раз благодаря более эффективному экранированию матрицы силикагеля привитым нанофункциональным слоем. Также для ГИХ получены цвиттер-ионные сорбенты с линейными и разветвленными функциональными слоями, создаваемыми спейсером соответствующей структуры: линейной (3 глицидоксипропилтриэтоксисилан (П)) или разветвленной (1,4-бутандиолдиглицидиловый эфир (Б) благодаря закреплению нескольких спейсеров на одной аминогруппе матрицы). В качестве поверхностных цвиттер-ионов закрепляли аминокислоты и аминосульфокислоты, различающиеся кислотностью и количеством кислотных фрагментов, а также наличием метильного заместителя у атома азота. Благодаря установлению зависимости свойств полученных неподвижных фаз от варьируемых структурных фрагментов, выявлены пути управления селективностью и эффективностью цвиттер-ионных сорбентов. Установлено, что гидрофилизации способствует использование разветвленного спейсера 1,4-БДДГЭ, а также метилированных аминокислот. Увеличение количества карбоксильных групп или использование сильнокислотных в поверхностном функциональном слое позволило снизить анионообменную селективность сорбентов. Для стабилизации полимерного функционального слоя на гидрофобной матрице ПС-ДВБ и дополнительной гидрофилизации предложен расширенный круг эпоксидных соединений, включая глицидол и бифункциональные сшивающие агенты: 1,4-БДДГЭ и диглицидиловые эфиры глицерола (ГДГЭ) и этиленгликоля (ЭГДГЭ), различающиеся длиной углеродной цепи и гидрофильностью, потенциально способные к инкапсулированию гидрофобной матрицы. Лучшая эффективность по сахарам, аминокислотам и витаминам достигнута при сшивке слоя ПЭИ с помощью 1,4-БДДГЭ (до 30000 тт/м), а лучшая селективность и сопоставимая эффективность – при гидрофилизации глицидолом. В качестве альтернативного способа гидрофилизации гидрофобной матрицы ПС-ДВБ изучили влияние пространственного удаления функционального слоя ПЭИ от поверхности матрицы ПС-ДВБ путем увеличения числа стадий закрепления спейсера (до трех включительно) и получения гиперразветвленных сорбентов. На основании постоянства факторов удерживания сахаров, аминокислот и витаминов при варьировании длины спейсера внутри трех серий сорбентов как на ПС-ДВБ, так и на силикагеле установлено, что выбранная структура функционального слоя позволяет эффективно гидрофилизовать матрицу и обеспечивает порядок удерживания, характерный для ГИХ. Достигнутая эффективность (до 45000 тт/м по витаминам, рис. 5) в режиме ГИХ является рекордной для сорбента на основе гидрофобной матрицы и сопоставима с таковой для гидрофильных сорбентов на основе силикагеля. Эффективное и селективное разделение гидрофильных соединений разных классов на сорбенте П-Б-ПЭИ-ГЛ с гидрофобной матрицей ПС-ДВБ свидетельствует о перспективности использования предложенного подхода для создания стабильных неподвижных фаз для ГИХ, пригодных для работы во всем диапазоне pH подвижных фаз с аналитами любой природы. Установлена перспективность использования сорбентов с гиперразветвленным функциональным слоем для высокочувствительного определения органических кислот в режиме ИХ-МС. Для высокочувствительного определения более сильноудерживаемых алкилфосфоновых и галогенуксусных кислот, а также оксогалогенидов предпочтительнее использовать сорбенты с привитым полимером (П-Б-ПЭИ-ГЛ), позволяющие разделить стандартные неорганические анионы совместно с оксогалогенидами и алкилфосфонатами (рис. 6). 3) Установлены вклады различных взаимодействий: распределительного, адсорбционного и электростатического, - в механизм удерживания аналитов различных классов (рис.7, табл. 2). Показано, что для сахаров, азотистых оснований и нуклеозидов, фосфоновых кислот и пестицидов, аминокислот, аскорбиновой кислоты и цианокобаламина реализуется смешанный механизм удерживания, сочетающий распределение и адсорбцию. Для никотиновой кислоты преобладает адсорбционный механизм удерживания. При этом для кислотных витаминов и органических кислот установлен значимый вклад электростатических взаимодействий, в то время как разделение большинства изученных алкилфосфоновых кислот и пестицидов удерживаются преимущественно по ионообменному механизму. Изучение механизма удерживания органических кислот показало преобладание ионообменного механизма удерживания, а в случае сильнополяризуемых неорганических анионов отклонялось от ожидаемого и составило -1,0 ± 0,17. Таким образом, требуется обеспечить полное экранирование ароматической матрицы для снижения вклада неионообменных взаимодействий анионов с матрицей сорбента. 4) Для каждого типа и структуры функционального слоя сорбентов проведен выбор оптимальных составов подвижных фаз и других условий элюирования, позволяющих обеспечить подходящие факторы удерживания, высокую эффективность, чувствительность и симметрию пиков аналитов классов углеводов, аминокислот, азотистых оснований и нуклеозидов, водорастворимых витаминов, алкилфосфоновых кислот и пестицидов, органических и неорганических ионов. Для каждого класса веществ определены наиболее эффективные и селективные сорбенты или ряд сорбентов. На сорбентах, модифицированных нанофункциональными слоями по реакции Уги, достигнуто разделение смеси 10 сахаров в градиентном режиме элюирования (рис. 8А). Для разделения аминокислот выбраны условия, сохранившие высокую селективность и эффективность порядка 30000 тт/м при переходе к летучим подвижным фазам без потерь чувствительности. На сорбентах с привитым полимером подобраны условия разделения различных классов аналитов в режиме ИХ. Продемонстрирована возможность отделения иодид-иона от роданид- и перхлорат-ионов, а также разделения смеси 5 стандартных неорганических анионов и иодида за 11 мин. Переход к более сорбенту с дополнительной гидрофилизацией полимерного слоя поспособствовал разделению серосодержащих и роданид-аниона. 5) Осуществлена оптимизация структуры и гидрофильности функциональных нанослоев с целью повышения эффективности в режимах ГИХ и ИХ, а также коррекция емкости анионообменников для сочетания с масс-спектрометрическим детектором. С целью получения сорбентов для ионной и гидрофильной хроматомасс-спектрометрии и гидрофилизации гидрофобной матрицы ПС-ДВБ, изучена литература, посвященная способам снижения гидрофобных взаимодействий аналит-матричный каркас. Собранный и обработанный материал представлен коллективом в обзоре, принятом к публикации. В связи с необходимостью снижения числа некватернизованных групп в структуре функционального слоя получен ряд сорбентов на основе аминированного ПС-ДВБ с ковалентно привитым разветвленным ПЭИ с различной степенью гидрофилизации и кватернизации с помощью глицидола. Впервые было изучено влияние условий синтеза на емкость, селективность и гидрофильность таких сорбентов (количества добавленного глицидола, температуры и продолжительности синтеза). Выявлено, что с увеличением температуры и времени проведения синтеза наблюдается уменьшение относительного удерживания поляризуемых анионов, увеличение эффективности по поляризуемым анионам относительно эффективности по хлориду, а также снижение селективности по отношению к поляризуемых анионам, что указывает на повышение гидрофильности функционального слоя сорбента. Впервые изучена возможность полимеризации глицидола в щелочной среде на поверхности таких анионообменников, а также исследовано влияние слоя полиглицидола на емкость и селективность сорбентов. Установлены оптимальные условия для повышения степени гидрофилизации сорбентов с привитым полиэтиленимином. Для снижения анионообменной селективности сорбентов на основе ПС-ДВБ предложен новый способ закрепления полимерного функционального слоя – присоединение полиглицидола к аминированной матрице ПС-ДВБ напрямую без использования спейсера. Такой способ позволяет снизить количество аммониевых групп в структуре функционального слоя, ранее вводимых спейсером, а полимеризация и образование гидрофильного полимерного слоя на поверхности матрицы может обеспечить достаточное ее экранирование. В результате для сорбента П-ГЛ достигнуто снижение анионообменной селективности на порядок по сравнению с другими сорбентам на основе ПС-ДВБ (табл.1). Использование более гидрофильных изоцианидов при формировании функционального слоя по реакции Уги привело к существенному возрастанию гидрофильности, и как следствие, факторов удерживания полярных модельных аналитов и селективности по сахарам, азотистым основаниям и нуклеозидам, а также по аминокислотам. В результате сочетания выбора условий элюирования и оптимизации структуры нанофункционального слоя для сорбентов, модифицированных по реакции Уги, достигнуто разделение 10 сахаров в градиентном режиме, а также 12 органических кислот, а также 11 азотистых оснований и нуклеозидов с высокой эффективностью до 50000 тт/м. 6) Выбраны условия и параметры ионизации и масс-спектрометрического детектирования при разделении и определении различных классов полярных аналитов. Для всех групп веществ выбран режим регистрации ЭРИ, массы молекулярных ионов для каждого аналита, величины потенциала декластеризации (ДП) и входного потенциала (ВП) на нулевом квадруполе, значения потенциала на выходе из ячейки соударений. Также исследованы зависимости интенсивности сигналов [M+H]+ ионов сахаров от состава подвижной фазы, разность потенциалов (DL voltage) между выходом из линии десольватации и входом в квадрупольный массив линз (QArray). Выбраны условия обеспечения максимальной эффективности ионизации. На основании полученных результатов проведена коррекция состава подвижной фазы для каждого класса определяемых веществ. Определены интенсивные сигналы фрагментных ионов путем варьирования энергии соударений (ЭС) с проведением дополнительной оптимизации отклика детектора. Результаты приведены на рис. 11-13 и в табл. 4-6. Для достижения наилучшего компромисса между чувствительностью МС-детектирования и разделением аналитов в каждом случае выбрана оптимальная скорость потока. 7) Выбраны наиболее селективные и эффективные неподвижные фазы для разделения модельных смесей разных классов веществ согласно характеристикам, достигнутым при переходе на подходящие для МС-детектирования подвижные фазы. Проведен анализ модельных смесей исследуемых аналитов в режимах ГИХ-МС и ИХ-МС, а также проверена применимость разработанных сорбентов с учетом чувствительности МС-детектора к следовым количествам продуктов деградации неподвижной фазы. В результате проведенных экспериментов были выбраны оптимальные программы для градиентного элюирования модельных смесей сахаров, витаминов, аминокислот, алкилфосфоновых кислот. Увеличение доли воды в подвижной фазе компенсировали уменьшением скорости потока индивидуального для каждого класса веществ, что позволило добиться приемлемых условий ЭРИ. При разделении аминокислот с МС-детектированием основной задачей являлось разделение пиков для изомерных соединений изолейцина и лейцина, лизина, серина и глутамина. В выбранных условиях после промывки сорбента водой достигнуто полное разделение этих веществ и возможно определение 16 аминокислот в режиме ГИХ-МС. Полученные хроматограммы модельных смесей 7 моно- и дисахаридов, 6 водорастворимых витаминов, 16 аминокислот, 6 алкилфосфоновых кислот представлены на рис. 15,17,18,19, масс-спектры – на рис. 14,16. Для сорбентов на основе матрицы аминопропилсиликагеля отмечено небольшое повышение фонового сигнала, связанное со следовыми количествами продуктов деградации неподвижной фазы. Тем не менее, оно не оказывало влияния на чувствительность детектирования. Для сорбентов на основе ПС-ДВБ не наблюдали появления дополнительных сигналов в масс-спектре. Таким образом, ковалентно модифицированные сорбенты на основе ПС-ДВБ являются перспективными для работы в режимах ВЭЖХ-МС.
3 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Разработка сорбентов для ионной и гидрофильной хроматографии
Результаты этапа: 1) Оценена стабильность полученных сорбентов при эксплуатации с элюентами как для классических вариантов детектирования, так и для масс-спектрометрического детектирования. Срок непрерывной службы сорбентов на полимерной основе с гиперразветвленнм слоем и привитым конденсационным полимером, предназначенных для эксплуатации в режиме ИХ с кондуктометрическим детектированием, без потери селективности составлял более 3-х месяцев. Сорбенты на основе 3-аминопропилсиликагеля, используемые в режиме ГИХ, характеризовались меньшей стабильностью по сравнению с сорбентами на полимерной основе, из-за меньшей стабильности самой матрицы. Сорбенты основе ПС-ДВБ с привитым конденсационным полимером при эксплуатации с элюентами, совместимыми с МС-детектированием демонстрировали стабильную селективность разделения и эффективность колонки в течение 200 ч работы. 2) Оценена воспроизводимость синтеза неподвижных фаз с учетом различной природы матриц и количества стадий при создании функционального слоя, а также осуществлено усовершенствование процедуры упаковки сорбентов. Продемонстрирована высокая воспроизводимость синтеза сорбентов на основе 3-аминопропилсиликагеля по отношению к органическим кислотам и слабоудерживаемым аминокислотам, а также к большинству углеводов и водорастворимых витаминов. Изучено влияние процентного содержания азота в аминопропилсиликагеле на воспроизводимость синтеза. Отмечено, что на удерживание и селективность в отношении азотистых оснований и нуклеозидов влияет не только гидрофильность аминофаз, но и количество привитых функциональных групп. Существенных различий в селективности фаз по карбоновым кислотам не наблюдали. При небольших различиях в содержании азота не наблюдали значительного изменения времен удерживания аминокислот, в то время как увеличение степени покрытия силикагеля аминогруппами на 15-20% привело к возрастанию таковых в 2 раза. Изучение различных партий матриц-аминофаз позволило выбрать критерии многофакторной оценки их свойств, на основании которых возможно предсказывать их хроматографические характеристики в отношении конкретных классов полярных веществ, а также выбирать наиболее селективные и эффективные партии для создания сорбентов для определения целевых аналитов. Установлено влияние условий синтеза сорбентов (время синтеза, температура, растворитель, наличие катализатора) на основе 3-аминопропилсиликагеля, получаемых по реакции Уги, на воспроизводимость хроматографических характеристик неподвижных фаз. Продемонстрировано, что варьирование времени синтеза сорбентов с использованием 2-морфолиноэтилизоцианида от 1 до 4 суток не приводит к изменениям селективности по отношению к сахарам, азотистым основания и витаминам. Замена растворителя с метанола на этанол не оказывает влияния на факторы удерживания сахаров и азотистых оснований в случае сорбентов с п-толуолсульфонилметилизоцианидом и этилизоцианацетатом. Воспроизводимость факторов удерживания аминокислот при смене растворителя была обеспечена на сорбентах с трет-бутилизоцианидом и этилизоцианацетатом. Для сорбентов, полученных с использованием п-толуолсульфонилметилизоцианида в отсутствии и при наличии катализатора NH4Cl, наблюдали воспроизводимые факторы удерживания азотистых оснований, витаминов, аминокислот и других кислот. Продемонстрирована высокая воспроизводимость синтеза сорбентов на основе ПС-ДВБ. Для анионообменников с функциональными группами на поверхности, а также с простыми линейными и разветвленными функциональными слоями относительные стандартные отклонения времен удерживания тестовых аналитов не превышали 5%. Для гиперразветвленных анионообменников, получаемых путем многостадийного синтеза, а также же для сорбентов привитыми полимерами, относительные стандартные отклонения времен удерживания тестовых аналитов находились в диапазоне 3-10%. Проведено усовершенствование процедуры упаковки сорбентов. Заполнение колонок проводили при давлении 300−400 бар. Колонки, предназначенные для использования в режиме ГИХ и ГИХ-МС, упаковывали использованием органических растворителей. Для приготовления суспензии сорбентов использовали смесь 10 мл 0,1 М раствора KCl, 8 мл этанола и 2 мл 1,4-диоксана. В качестве подвижной фазы для упаковки сорбентов использовали дегазированный ацетонитрил. Продемонстрировано, что использование карбоната натрия в качестве элюента для упаковки колонок, предназначенных для ИХ с кондуктометрическим детектиованием, приводит к увеличению эффективности по поляризуемым анионам по сравнению с гидроксидом натрия, что особенно сильно проявляется для сорбентов с гидрофильным функциональным слоем. С этой точки зрения заполнение колонок с использованием карбонатных растворов представляется более перспективным, поэтому ему было отдано предпочтение для упаковки анионообменников. 3) Осуществлен подбор условий пробоподготовки и анализа реальных объектов в режиме ИХ и ГИХ с разными видами детектирования и определение областей практического применения наиболее перспективных типов неподвижных фаз. Анионообменник П-Б-ПЭИ-ГЛ с привитым полиэтиленимином позволял разделять стандартные неорганические анионы, некоторые органические кислоты, а также сильнополяризуемые анионы в классическом варианте ИХ с кондуктометрическим детектированием. Для определения анионов, потенциально содержащихся в почве, были подобраны условия градиентного элюирования КОН. Сорбенты с конденсационными полимерами подходили для определения алкилфосфоновых кислот в режиме ИХ-МС. В результате исследования механизмов удерживания фосфоновых кислот в качестве оптимального для их экспрессного определения был выбран элюент: CH3CN и 0,5% HCOOH – 12,5 мМ АФБ и 0,5% HCOOH (80:20, об. %). В качестве неподвижной фазы выбрали сорбент П-МЭА с более гидрофильным амином в структуре, а также меньшей емкостью, в результате чего удалось осуществить экспрессное разделение 7 фосфоновых кислот за 22 минуты (рис. 8). Для определения аминокислот использовали сорбенты С-М и С-Т на основе 3-аминопропилсиликагеля, полученные по реакции УГИ с использованием морфолиноэтилизоцианида и п-толуолсульфонилметилизоцианида, а также фазы П-ДМА и П-МЭА с привитым конденсанционным слоем, получаемыми in situ с использованием диметиламина и метилэтаноламина. Аминокислоты в режиме ГИХ определяли с использованием 15%-20% нелетучего фосфатного буферного раствора с рН 6.5 в составе элюента. Для использования в режиме ГИХ-МС выбран наиболее гидрофильный сорбент на основе силикагеля, полученный по реакции Уги с использованием 2-морфолиноэтилизоцианида, а также сорбент на основе ПС-ДВБ с диметиламином в функциональном слое. Перспективным для разделения аминокислот в режиме ГИХ-МС с точки зрения приемлемой формы пиков и экспрессности разделения установили состав подвижной фазы: 20% 10 мМ аммонийно-формиатного буферного раствора (pH 4.7) и 80% ацетонитрила. Установлено, что механизм удерживания на исследуемых сорбентах зависит как от природы аналита, так и от состава элюента. Осуществлен выбор масс-спектрометрических параметров для детектирования аминокислот. В качестве оптимальной скорости потока выбрали 0,8 мл/мин. Оптимальными значениями DL и QArray потенциалов выбраны 30 В и 10 В соответственно. Разделение аминокислот на сорбентах С-М и П-ДМА проводили в выбранных условиях разделения с регистрацией масс-хроматограмм в режиме мониторинга выбранных ионов на масс-спектрометре высокого разрешения (Δm/z = 0.01 Да) (рис. 11). 4) Осуществлено тестирование применимости разработанных неподвижных фаз для решения практических аналитических и экологических задач. На анионообменнике П-Б-ПЭИ-ГЛ определяли содержание анионов в водной вытяжке из песчаной почвы методом ИХ с кондуктометрическим детектированием. Правильность методики подтверждена методом добавок (табл. 8). Применимость сорбентов с конденсационным полимером в режиме ИХ-МС была показана на примере анализа вытяжек из почвы. Правильность предложенных подходов проверили методом «введено-найдено» с добавками определяемых фосфоновых кислот на двух уровнях содержаний вблизи нижней границы диапазона линейности и в его середине. Найденные количества согласуются с введёнными (табл. 9). Для оценки применимости разработанных для ГИХ-МС неподвижных фаз в реальных условиях анализа был проведен анализ вытяжек из почвы с добавками определяемых аминокислот на сорбентах С-М и П-ДМА. Правильность предложенных подходов проверили методом «введено-найдено» с добавками определяемых аминокислот на двух уровнях содержаний вблизи нижней границы диапазона линейности. Найденные количества согласуются с введёнными (табл. 10 и 11). Осуществлена оценка матричных эффектов. 5) Проведен анализ возможностей развития разработанной технологии: прогнозирование параметров разделения аналитов и их ближайших структурных аналогов из исследованных классов полярных органических соединений на сорбентах с заданными параметрами нанофункционального слоя. Сорбенты на основе ПС-ДВБ с гиперразветвленными слоями применимы для разделения неорганических анионов (стандартные анионы, оксогалогениды) и широкого спектра органических кислот (одно-, двух-и трехосновных) в классическом варианте ИХ с подавлением. Ниша применения данных сорбентов может быть расширена за счет других оксоанионов и серосодержащих анионов. Неподвижные фазы на полимерной основе с привитым полиэтиленимином предпочтительнее для определения сильноудерживаемых анионов (перхлорат, иодид, роданид), а также анионов алкилфосфоновых и галогенуксусных кислот в режиме ИХ с кондуктометрическим детектированием. Потенциально, данные сорбенты могут быть использованы для разделения производных фосфоновых кислот. Сорбенты с привитым полиэтиленимином на основе аминопропилсиликагеля и ПС-ДВБ подходят для разделения широкого куга полярных аналитов в режиме ГИХ. Среди них – витамины, аминокислоты, сахара, нуклеозиды и азотистые основания. Среди ближайших структурных аналогов возможно также разделение полиолов/сахароспиртов, фенолов. Цвиттер-ионные сорбенты на основе аминопропилсиликагеля с разветвленными слоями могут быть использованы для разделения полярных нейтральных веществ (сахара, аминокислоты, пептиды, антибиотики, в том числе гликопептидные) в режиме ГИХ. Цвиттер-ионные сорбенты с линейным слоем могут быть рекомендованы для экспрессного разделения многокомпонентных смесей аналитов разных свойств и зарядов – сложных смесей, содержащих одновременно нейтральные, кислотные и основные аналиты. Примерами таких объектов могут быть БАД, содержащие витамины, аминокислоты, таурин, кофеин; лекарственные препараты, в которых будет возможно определение действующего вещества и противоиона в одном анализе; инъекционные питательные растворы, содержащие аминокислоты, пептиды, витамины, органические анионы и различные сопутствующие ионы. Сорбенты на основе аминопропилсиликагеля с функциональными амидными и гидроксильными группами на поверхности, полученные по реакции Уги, подходят для разделения нейтральных полярных веществ и аналитов кислотного характера в режиме ГИХ и его высокочувствительном варинте ГИХ-МС. Продемонстрировано разделение сахаров, аминокислот, органических и фосфоновых кислот, при этом сульфокислоты, включая алкил- и арилсульфокислоты, также потенциально могут быть определены на данных фазах. Помимо высокоэффективного и селективного определения азотистых оснований и нуклеозидов, аденозинфосфорные кислоты (нуклеотиды) также представляются перспективными возможными аналитами. Таким образом, данный тип сорбентов может найти широкое применение для решения разнообразных задач биохимического анализа. Сорбенты с привитым конденсационным полимером перспективны для определения в различных режимах ВЭЖХ с МС-детектированием благодаря высокой стабильности ковалентно привитого функционального слоя. В частности, такие фазы могут быть использованы для высокочувствительного определения полярных аналитов (сахара, аминокислоты, витамины) в режиме ГИХ-МС, а также алкилфосфоновых и галогенуксусных кислот в режиме ИХ-МС.
4 12 мая 2023 г.-31 декабря 2023 г. Разработка сорбентов для ионной и гидрофильной хроматографии
Результаты этапа: 1) Усовершенствована процедура предварительного модифицирования полимерной матрицы - осуществлено окисление остаточных двойных связей на поверхности полимерных частиц м-ХПБК до эпоксидных колец. Установлены условия эффективного эпоксидирования. Выявлено, что для увеличения воспроизводимости реакции эпоксидирования ПС-ДВБ необходимо термостатирование, а для повышения её выхода и уменьшения её продолжительности — увеличение температуры синтеза. С точки зрения гидрофилизации сорбента как в режиме ГИХ, так и в режиме ИХ, перспективно увеличение числа якорных аминогрупп, а не диольных, а за счёт полимеризации глицидола возможно дополнительное повышение степени экранирования фаз. С целью получения высокогидрофильных неподвижных фаз на основе эпоксидированного ПС-ДВБ был осуществлен подход прививки ПЭИ с последующей кватернизацией его аминогрупп глицидолом, в том числе при повышении pH реакционной среды. Замена способа модифицирования ПС-ДВБ на эпоксидирование привела к резкому снижению удерживания слабо гидратированных оксогалогенидов и поляризуемых анионов и к росту симметрии их пиков в режиме ИХ, а в режиме ГИХ - к снижению относительного удерживания гидрофобных аминокислот и улучшению симметрии пиков для большинства исследованных аналитов. Повышение степени гидрофилизации сорбентов за счёт эпоксидирования ПС-ДВБ более действенно по сравнению с полимеризацией глицидола в щелочной среде. Именно одновременное использование этих двух подходов обеспечило максимальную степень экранирования матрицы. Продемонстрировано, что эпоксидирование ПС-ДВБ с последующим ковалентным закреплением гидрофилизованного ПЭИ является перспективным подходом для получения высокогидрофильных фаз, которые подходят как для определения сильноудерживаемых и слабо гидратированных анионов в режиме ИХ, так и для различных полярных аналитов в режиме ГИХ. Фаза EBPEI-Gl позволяет разделять семь аминокислот, пять сахаров и шесть водорастворимых витаминов в режиме ГИХ. 2) Проведена оптимизация функционального слоя сорбентов с единичными функциональными группами и их ионообменной емкости для экспрессного и эффективного решения разнообразных задач ИХ и ГИХ. Для разделения стандартных неорганических анионов с использованием карбонатных элюентов синтезированы анионообменники с триметил- и диметилэтаноламмониевыми функциональными группами на поверхности. С точки зрения эффективности выгоднее использование диметилэтаноламина. Выбор подходящих ионообменных фрагментов среди третичных аминов позволил эффективно решить рутинную задачу ИХ по разделению стандартных неорганических анионов с использованием карбонатного элюента, используемого для работы на наиболее простом и доступном хроматографическом оборудовании. Для повышения гидрофильности сорбенты с мономерными группами были получены также на поверхности эпоксидированной матрицы, и проведена оптимизация емкости. Для дополнительного экранирования матрицы осуществляли полимеризацию глицидола в слое при повышенном рН среды. Повышение количества реагентов привело к росту ёмкости, а добавление глицидола и активация процесса его полимеризации - к ее снижению. Увеличение числа якорных аминогрупп перспективно для увеличения гидрофильности в режимах ИХ и ГИХ. Полученный с диметилэтаноламином сорбент EBDMЕA с наибольшей емкостью характеризовался высокой селективностью в режиме ИХ и позволил разделить 7 стандартных анионов одновременно с 13 органическими кислотами за 37 мин или с 11 анионами, включая оксоанионы, такие как селенат, молибдат, хромат, вольфрамат и арсенат, за 35 мин. Также он обеспечивает быстрое разделение 6 нуклеозидов и азотистых оснований с эффективностью до 23000 ТТ/м в режиме ГИХ и 7 алкилбензолов за 13 мин с эффективностью до 17000 ТТ/м в режиме ОФ ВЭЖХ. 3) Применены новые способы формирования функционального слоя сорбентов на основе силикагеля, включающие экранирование матрицы полимерными линейными поликислотами и полиамидами по реакции Уги, способствующими экранированию матрицы. Оценено влияние полимерного слоя и различных факторов, таких как: способ закрепления функционального слоя, количество карбоксильных групп, содержание амидных групп, молекулярная масса полимера, соотношение матрица:полимер по массе, — на характеристики разделения модельных веществ. Показано, что при использовании полимолочной кислоты происходит значительное уменьшение факторов удерживания углеводов по сравнению с матрицей и фазами, содержащими мономерные фрагменты, что свидетельствует об экранировании матрицы полимерным слоем. Изменение способа закрепления слоя влияет лишь на те модельные аналиты, преобладающий вклад в удерживание которых вносят электростатические взаимодействия. Для создания полимерных функциональных слоев по реакции Уги перспективно применять непосредственно полимерные кислоты, а не их сополимеры с солями, с целью увеличения степени модифицирования матрицы. Для повышения гидрофильности функционального слоя перспективно введение дополнительных карбоксильных групп с помощью сополимера акриловой и малеиновой кислот, при этом для повышения эффективности целесообразно применение полимерных соединений с большими молекулярными массами на стадии синтеза. Включение дополнительных амидных групп в функциональный слой сорбента позволило увеличить селективность по углеводам, витаминам и аминокислотам. Показано, что увеличение соотношения матрица:полимер по массе в целом приводит к увеличению количества привитого полимера, однако изменение удерживания веществ при увеличении массы полимера, используемого на стадии синтеза, существенно зависит от его природы. Так, для фазы, полученной с помощью сополимера акриловой и малеиновой кислот, увеличение данного соотношения в 10 раз приводит к существенному изменению хроматографических параметров вплоть до обращения ионообменных селективностей. Введение различных полимерных кислот в функциональный слой сорбентов с помощью реакции Уги привело к приемлемому удерживанию и разделению гидрофобных алкилбензолов в режиме ОФ ВЭЖХ благодаря появлению гидрофобных взаимодействий при определенных массовых соотношениях матрицы и полимера, взятых на стадии синтеза. Также на примере гидрофобных алкилбензолов показано, что данные взаимодействия могут уменьшаться при существенном увеличении соотношения матрица:полимер по массе. Сорбенты, полученные по реакции Уги с помощью сополимера акриловой и малеиновой кислот, позволяют разделять 4 галогенуксусные кислоты за 6 мин, а также 7 фосфоновых кислот и гербицидов за 15 мин. 4) Доработаны подходы к созданию сорбентов для ИХ и ГИХ с целью получения универсальных неподвижных фаз, способных работать в нескольких режимах ВЭЖХ. Получены и изучены сорбенты с дополнительным покрытием полярным полимерным слоем перед закреплением конденсационного полимера и введением отрицательно заряженных фрагментов у поверхности матрицы с целью ее дополнительного экранирования. Продемонстрировано, что введение карбоксильных групп путем аминирования глицином или иминодиуксусной кислотой перед закреплением полиэлелктролитов слоя не оказывает особого влияния на селективность по отношению к однозарядным неорганическим анионам и органическим кислотам. Экранирование матрицы с помощью ПЭИ приводит к значительному снижению относительного удерживания оксогалогенидов и поляризуемых анионов вплоть до изменения порядка их элюирования относительно стандартных неорганических анионов. В режиме ГИХ предварительное закрепление ПЭИ напротив приводит к возрастанию удерживания исследованных аналитов и повышению разделяющей способности сорбентов по сахарам, а также нуклеозидам и азотистым основаниям. Оптимизированы условия получения сорбентов с привитым конденсационным полимером после реализации новой процедуры предварительного модифицирования матрицы ПС-ДВБ. Продемонстрировано, что максимальной гидрофильности позволяет добиться совмещение подходов эпоскидирования матрицы, закрепления полиэлектролитов с более гидрофильным метилэтаноламином, а также дополнительной полимеризации глицидола в функциональном слое сорбента при повышенном pH реакционной среды. Предложенный способ синтеза сорбентов обеспечил повышение эффективности, селективности и разделяющей способности сорбентов в режиме гидрофильной хроматографии. Полученный высокогидрофильный сорбент позволил разделить смесь 9 азотистых оснований и нуклеозидов за 18 мин, а также смесь 8 сахаров за 11 мин при повышении температуры колонки до 50°C. Для гидрофильных матриц на основе силикагеля путем закрепления линейных полимеров по реакции Уги получены многофункциональные сорбенты, способные работать в режимах гидрофильной и обращенно-фазовой ВЭЖХ. Показано, что такие сорбенты способны разделять алкилбензолы и галогенуксусные кислоты с различными галогензаместителями в режиме ОФ ВЭЖХ. При этом доработаны структуры таких полимерных функциональных слоев, обеспечившие уникально высокую эффективность получаемых колонок для определения аминокислот, витаминов, азотистых оснований и нуклеозидов в режиме ГИХ. 5) Выбраны условия разделения (состав подвижной фазы, скорости, температуры) аналитов различной природы в режимах ИХ и ГИХ для каждого типа новых сорбентов и классов определяемых веществ (углеводы, витамины, аминокислоты, азотистые основания и нуклеозиды, карбоновые, фосфоновые и галогенуксусные кислоты) с элюентами для классических вариантов и МС-детектирования. Для разделения смеси спиртов, используемых в качестве подсластителей, и смеси искусственных сахарозаменителей, был проведен выбор подходящих сорбентов на основании их эффективности и селективности по отношению к сахарам. Для определения спиртов и сахарозаменителей использовали сорбент АА, полученный с помощью многокомпонентной реакции Уги, фазу EBPEI-nMEA, синтезированную на основе эпоксидированного сополимера стирола и дивинилбензола, и С-0,1ПЭГ, полученный путем закрепления диглицидилового эфира полиэтиленгликоля на поверхности аминопропилсиликагеля. На сорбенте АА удалось достичь разделение 5 спиртов и 5 сахаров за 30 минут с эффективностью до 42000 ТТ/м при составе подвижной фазы H2O – CH3CN (10:90 об. %). Для сокращения времени анализа возможно использование градиентного элюирования. Сорбент EBPEI-nMEA также продемонстрировал хорошую эффективность и селективность разделения 6 спиртов за 12 минут с эффективностью до 22000 ТТ/м с использованием подвижной фазы H2O – CH3CN (20:80 об. %). Сорбент С0,1-ПЭГ позволил провести разделение 5 спиртов за 7 минут с эффективностью до 43000 ТТ/м при составе подвижной фазы H2O – CH3CN (20:80 об. %). При разделении искусственных сахарозаменителей сорбент АА продемонстрировал более высокую эффективность и симметрию пиков, однако в выбранных условиях он не обладает достаточной селективностью для разделения смеси аналитов данного класса, и требуется дальнейшая оптимизация условий их разделения. Для проведения масс-спектрометрического детектирования маркерных молекул, участвующих в процессах патологического развития хронической болезни почек, были оптимизированы приборные параметры ионизации выбранных маркерных соединений –аминокислот и их метаболитов. Ионизация проводилась в электроспрее. В результате накопления масс-спектров были определены необходимые параметры аналитического метода. Для достижения максимальной чувствительности и селективности анализа смеси для детекции был выбран режим мониторинга множественных реакций (ММР) с также отдельно подобранными наиболее интенсивными переходами и энергией соударений. В качестве неподвижной фазы выбран сорбент на основе ПС-ДВБ П-2Б-ПЭИ-ГЛ с привитым полиэтиленимином, кватернизованным глицидолом. Установлено, что оптимальной концентрацией формиатного буфера в подвижной фазе с учетом минимального вклада тушения сигнала аналитов при масс-спектрометрической детекции является 20 мМ. Для разделения указанных аналитов условия: температура колонки 40⁰C, объем пробы 1 мкл, рН=3.5, скорость потока 0,8 мл/мин, условия градиентного элюирования - от 20 до 80 % водной фазы. Выбраны условия разделения смеси сульфокислот на амино- и амидной фазе. Достигнуто разрешение 7 пиков: п-толуол-, бутан-, пропан-, этан-, метансульфоновой, монохлоруксусной и пировиноградной кислот, - за 10 мин при использовании 100 мМ ацетата натрия с водным (_w^w)pH 4,76, в соотношении 10:90 об.% с ацетонитрилом и скорости потока элюента 1 мл/мин. 6) Определена область потенциального применения сорбентов с различной структурой слоя в режимах ИХ и ГИХ с элюентами для классических вариантов и МС-детектирования. Сорбенты на основе ацилированного ПС-ДВБ с мономерными диметилэтанламмониевыми функциональными группами подходят для разделения стандартных неорганических анионов с использованием карбонатного элюента для решения рутинной задачи ИХ на наиболее простом и доступном хроматографическом оборудовании. Фазы с теми же функциональными группами на основе эпоксидированной матрицы пригодны для разделения более широкого круга аналитов (неорганические анионы, включая оксоанионы, и органические кислоты) в режиме ИХ с использованием градиентного элюирования гидроксидом калия, а также нуклеозидов и азотистых оснований в режиме ГИХ и алкилбензолов в режиме ОФ ВЭЖХ. Сорбенты на основе ацилированного ПС-ДВБ с привитыми ПЭИ и полиэлектролитами подходят для разделения нуклеозидов и азотистых оснований в режиме ГИХ, в то время как фазы с аналогичным слое на основе эпокидированной матрицы больше пригодны для разделения сахаров. Сорбенты на основе эпокидированного ПС-ДВБ с привитым ПЭИ, кватернизованным глицидолом, перспективны для определения небольших содержаний оксогалогенидов на фоне высокого содержания матричных анионов, определения оксоанионов и сильнополяризуемых ионов в режиме ИХ. Кроме того они могут быть использованы для определения аминокислот, витаминов и сахаров в режиме ГИХ. Сорбенты на основе полимерной матрицы с привитым ПЭИ, кватернизованным глицидолом, можно применять в разработке диагностических методов для определения аминокислот и их метаболитов в биологических жидкостях методом ГИХ-МС. Фаза на основе силикагеля, полученная по реакции Уги с использованием сополимера акриловой и малеиновой кислот, может использоваться для разделения галогенуксусных и фосфоновых кислот, пестицидов, а также углеводов и карбоновых кислот в режиме ГИХ. Сорбент на основе силикагеля, полученный по реакции Уги с гликолевой кислотой, наиболее подходит для определения подсластителей и углеводов, для решения биохимических задач, таких как изучение активности ферментов или анализ аминокислотного состава культуральных сред. 7) Изучены механизмы удерживания веществ разных зарядов и полярности на синтезированных неподвижных фазах. Установлено, что экранировать поверхность полимерной матрицы от неионообменных взаимодействий сильнополяризуемых анионов позволяет только замена способа модифицирования матрицы на эпоксидирование. Продемонстрирован преимущественно ионообменный механизм удерживания алкилфосфоновых кислот на поверхности сорбента с привитыми полиэлектролитами. Для сорбентов на основе силикагеля и полимерной матрицы показано, что механизм удерживания (гидрофильный или обращенно-фазовый) зависит от природы анализируемого вещества, а не от доли воды в подвижной фазе. Показаны границы реализации режимов ГИХ или ОФ ВЭЖХ для ряда соединений. Для создания алгоритма управления разделением и удерживанием веществ разных классов разработан способ оценки вклада электростатических взаимодействий в удерживание различных веществ в режиме гидрофильной хроматографии. На матрицах силикагеля и 3-аминопропилсиликагеля показано изменение этого вклада в зависимости от концентрации буферного раствора и рН элюента. В случае аминофазы показано, что при (_w^s)pH порядка 8 и ниже электростатические взаимодействия ионов с сорбентом вносят существенный вклад в их удерживание, для силикагеля – при (_w^s)pH порядка 8,5 и выше. Установлены возможности и способы воздействия на эффективность и селективность в разной степени для положительно, отрицательно заряженных и нейтральных аналитов, что будет способствовать выбору условий разделения многокомпонентных смесей веществ разных классов в одном анализе.
5 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Разработка сорбентов для ионной и гидрофильной хроматографии
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".