Кількісний опис хімічної модифікації міцелярних розчинів додецилсульфату натрію і модель утримування в міцелярній рідинній хроматографії

Специфіка міцелярних розчинів додецилсульфатів із двозарядними (M(DS)2) та комплексними проти іонами. Особливості іонного обміну різнозарядних протиіонів на поверхні міцел, формування рівняння для опису обміну. Рекомендації з вибору міцелярних елюентів.

Рубрика Химия
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 28.07.2014
Размер файла 64,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кількісний опис хімічної модифікації міцелярних розчинів додецилсульфату натрію і модель утримування в міцелярній рідинній хроматографії

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Раціональне застосування поверхнево-активних речовин (ПАР), зокрема, для створення організованих середовищ у хімічному аналізі, базується на інформації про їх міцелярні характеристики. Так, у міцелярній рідинній хроматографії (МРХ) найбільш зручними є аніонні ПАР з невисокими значеннями критичної концентрації міцелоутворення (cmc), температури Крафта та чисел агрегації: додецилсульфат натрію, тетрадецилсульфат натрію, додецилсульфонат натрію [Mukerjee P. - 1971] та перфтороктилсульфонат літію [Bossev D.P. - 1999]. Вибір ПАР з подібними міцелярними характеристиками спрямовано, насамперед, на створення не занадто «в'язкого» елюенту (розмір агрегатів не повинен перевищувати декількох нанометрів). Підвищена в'язкість рухомої фази може привести до небажано високого тиску в колонці, а при використанні спектроскопічних детекторів по світлопоглинанню [Khaledi M.G. - 1997] - до помітного світлорозсіювання в робочому діапазоні УФ - видиме світло. Найбільшого поширення у МРХ (до 90% застосувань) набув додецилсульфат натрію (NaDS).

Аніонних ПАР з різними міцелярними характеристиками не так багато, і вони не завжди доступні. Тому становить інтерес на основі одного, найбільш поширеного у використанні ПАР, одержати реакційні середовища з різноманітними характеристиками шляхом додавання різних за типом модифікуючих реагентів.

Пошук шляхів керованої модифікації організованих розчинів пов'язаний з дослідженням міцелярних властивостей в залежності від складу розчину - концентрації ПАР, присутності модифікуючих реагентів, їх концентрації. В цьому напрямку досліджень створено методологію з застосуванням відомих методів хімічного аналізу; на якісному і частково на кількісному рівні охарактеризовано вплив окремих чинників.

З іншого боку, в МРХ накопичено значний експериментальний матеріал, що свідчить про необхідність введення в міцелярні елюенти органічних розчинників-модифікаторів, таких як аліфатичні спирти, тетрагідрофуран, ацетонітрил [Berthod A., Garcia-Alvarez-Coque C. - 2000]. Однак придатний розчинник підбирають методом проб та помилок. Дотепер відсутні спроби зв'язати придатність того чи іншого розчинника-модифікатора з його впливом на міцелярні властивості ПАР. У відомих моделях хроматографічного утримування не враховуються міцелярні характеристики елюенту.

Актуальною задачею є поєднання результатів, одержаних у двох напрямках - дослідження характеристик міцелоутворення модифікованих розчинів ПАР і міцелярна хроматографія, що створює перспективи для розробки моделі хроматографічного утримування, придатної для оптимізації складу міцелярних елюентів. Розробка такої моделі потребує більш детального вивчення залежності міцелярних характеристик від додатків органічних та неорганічних речовин - як тих, що додаються як модифікатори елюенту, так і тих, що можуть міститися в аналізованих розчинах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною планових досліджень кафедри хімічної метрології Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна в рамках держбюджетних НДР, що входили до міжвузівських наукових програм України: ДР №0100U003273 «Кількісні характеристики процесів комплексоутворення у гетерогенних та мікрогетерогенних середовищах»; ДР №0103U004212 «Керування хімічними рівновагами у гетерогенних та мікрогетерогенних середовищах, перспективних для тестових та гібридних методів аналізу».

Мета дослідження - одержати кількісні характеристики міцелоутворення додецилсульфату натрію в присутності речовин-модифікаторів і на цій основі створити модель хроматографічного утримування в міцелярній рідинній хроматографії. Для досягнення мети необхідно було розв'язати наступні задачі:

одержати значення критичних концентрацій міцелоутворення, ступеню зв'язування протиіонів, електростатичного потенціалу міцелярної поверхні та чисел агрегації додецилсульфату натрію в присутності речовин-модифікаторів;

дослідити специфіку міцелярних розчинів додецилсульфатів із двозарядними (M(DS)2) та комплексними протиіонами;

дослідити особливості іонного обміну різнозарядних протиіонів на поверхні міцел M(DS)2 і одержати рівняння для опису обміну;

одержати рівняння, що описують дію речовин-модифікаторів на окремі властивості міцелярних розчинів NaDS;

дослідити модифікуючу дію органічних додатків (краун-ефіри, аліфатичні спирти, неіонна ПАР);

узагальнити досвід створення оптимальних міцелярних елюентів в МРХ і проаналізувати його з точки зору закономірностей хімічної модифікації елюенту;

розробити рекомендації з попереднього вибору складу міцелярних елюентів на основі NaDS;

розробити та апробувати методику хроматографічного розділення із використанням модифікованих міцелярних розчинів NaDS;

створити змістовну модель хроматографічного утримання в МРХ з використанням кількісних характеристик міцелоутворення, що буде враховувати взаємовплив компонентів елюенту;

провести апробацію моделі на прикладі розділення цитостатичних антибіотиків ряду рубоміцина.

Об'єкт дослідження - процес хроматографічного розділення в МРХ з хімічно модифікованими елюентами.

Предмет дослідження - кількісні характеристики міцелоутворення та рівняння, що описують вплив речовин-модифікаторів на властивості міцелярного елюенту.

Методи дослідження - потенціометрія (визначення cmc, ступеню зв'язування протиіонів та чисел агрегації), спектрофотометрія (визначення електростатичного потенціалу міцелярної поверхні, ступеню зв'язування протиіонів, коефіцієнтів селективності), візкозиметрія (визначення відношення довжини напівосей мікроагрегатів), кондуктометрія (визначення cmc).

Для математичної обробки експериментальних даних використовувались прикладні пакети «ORIGIN 7.0», «Sigma Plot 8.0», «CLINP».

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Одержали подальший розвиток теоретичні засади створення хімічно модифікованих мікрогетерогенних реакційних середовищ. Поширено уявлення про властивості організованих реакційних середовищ, створюваних на основі найбільш поширеної аніонної ПАР - додецилсульфату натрію.

2. Створено основи кількісного опису хімічної модифікації міцелярних розчинів додецилсульфату натрію: поповнено дані про характеристики міцелоутворення в модифікованих розчинах, одержано рівняння, що описують вплив речовин-модифікаторів на характеристики міцелоутворення.

3. Виявлено нові ефекти хімічної модифікації міцелярних розчинів аніонної ПАР в присутності двозарядних протиіонів та їх комплексів з нейтральними лігандами.

4. Вперше встановлено зв'язок між оптимальним складом міцелярного елюенту і закономірностями змінювання його міцелярних характеристик (критична концентрація міцелоутворення, ступень зв'язування протиіонів, коефіцієнт розподілу модифікатора між водним розчином та міцелярною псевдофазою) при змінюванні концентрації ПАР і модифікатора.

5. Створено нову змістовну модель хроматографічного утримування в МРХ, яка враховує взаємовплив компонентів міцелярного елюенту (ПАР і модифікатора) і більш адекватно відтворює експериментальні дані, ніж відомі в МРХ моделі.

6. Розроблено нову методику розділення п'яти цитостатичних антибіотиків ряду рубоміцина методом МРХ. Вперше для модифікації міцелярних елюентів на основі додецилсульфату натрію застосовано спирти-модифікатори - 2-бутанол, ізобутанол, третбутанол, ізопентанол; показано переваги застосування спиртів ряду бутанола та пентанола при створенні міцелярних елюентів для розділення гідрофобних речовин.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблений комплекс засобів управління процесами міцелоутворення та іонного зв'язування в хімічно модифікованих міцелярних розчинах додецилсульфату натрію дозволяє на основі однієї ПАР цілеспрямовано одержувати нові реакційні середовища та обирати оптимальні умови їх використання в гібридному аналізі.

2. Нова методика розділення п'яти цитостатичних антибіотиків ряду рубоміцина методом МРХ складає практичний інтерес для фармацевтичного аналізу, оскільки вигідно відрізняється від методики, рекомендованої Європейською фармакопеєю, меншою токсичністю та меншою займистістю елюенту та скороченням витрати реагентів.

3. Розроблена модель хроматографічного утримування та рекомендації зі створення хімічно модифікованих міцелярних елюентів створюють перспективи для прогнозування впливу матричних компонентів на властивості елюенту і характеристики розділення; дозволяють раціоналізувати вибір оптимального складу елюенту в МРХ та скоротити об'єм попередніх експериментів при розробці методик хроматографування органічних речовин, таких як компоненти лікарських засобів, біологічних об'єктів, косметичних препаратів тощо.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі літературних даних за темою дисертації, виборі та реалізації аналітичних засобів рішення поставлених наукових задач, експериментальному дослідженні кількісних характеристик міцелоутворення додецилсульфату натрію в присутності модифікаторів різних типів методами потенціометрії, спектрофотометрії та візкозиметрії, математичній обробці отриманих результатів; в теоретичному та розрахунковому дослідженні нової моделі хроматографічного утримування в МРХ. Постановку задач дослідження, аналіз та узагальнення результатів, формулювання наукових положень і висновків проведено разом з науковим керівником д.х.н. Л.П. Логіновою. В публікаціях у співавторстві особистий внесок здобувача складає експериментальна перевірка методики потенціометричного визначення додецилсульфату за допомогою свинець-селективних електродів (співавтор Чернишова О.С.); спектрофотометричне дослідження кількісних характеристик міцелоутворення додецилсульфатів натрію та міді в присутності неорганічних солей та потенціометричне вивчення сольових ефектів в міцелярних розчинах додецилсульфату міді (співавтори Маслій О.Г., Чернишова О.С., Решетняк О.О.); постановка задачі та узагальнення результатів кондуктометричного дослідження систем NaDS + 1-бутанол (співавтор П.В. Єфімов); планування експерименту з вивчення впливу компонентів елюенту на коефіцієнти ємності, розробка окремих аспектів нової моделі, її теоретичне дослідження, математична обробка результатів експериментальної апробації моделі (співавтор Куліков А.Ю.).

Автор висловлює щиру подяку проф. Н.О. Мчедлову-Петросяну (ХНУ ім. В.Н. Каразіна) за надання індикаторів, що використовувались в спектрофотометричних дослідженнях, надання літератури та цінні консультації щодо методу рKа-проб; В.І. Алексеєвій і Л.П. Саввіній («НИОПиК», м. Москва) за надання препарату децилеозину; к.х.н. О.М. Глазковій (ХНУ ім. В.Н. Каразіна) за надання обладнання для візкозіметричних досліджень; к.х.н. А.Ю. Кулікову (Науково-експертний фармакопейний центр, м. Харків) за виконання хроматографічного експерименту; студенту ХНУ ім. В.Н. Каразіна Є.М. Маслову за допомогу в розрахунках lg Po/w за декількома програмами.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на Регіональній конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії (Дніпропетровськ, 1999); VII Всеросійській конференції «Органические реагенты в аналитической химии» (Саратов, 1999); I, II та IV Всеукраїнських конференціях студентів і аспірантів «Сучасні проблеми хімії» (Київ, 2000, 2001, 2003); Всеукраїнській конференції з аналітичної хімії, присвяченій 100-річчю з дня народження М.П. Комаря, KUAC 2000 (Харків, 2000); Сесії Наукової Ради з проблеми «Аналітична хімія» (Харків, 2002; Ужгород, 2003); Міжнародній конференції «Функціоналізовані матеріали: синтез, властивості та застосування» (Київ, 2002); Міжнародній конференції студентів та аспірантів «Хімія та сучасні технології» (Дніпропетровськ, 2003); IV Всеросійській конференції молодих вчених «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2003).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 статей у наукових фахових виданнях та 12 тез доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, висновків, списку використаної літератури із 250 джерел, списку авторських публікацій, 1 додатку. Загальний обсяг дисертації становить 228 сторінок; робота містить 43 таблиці та 58 рисунків.

Основний зміст роботи

міцела елюент додецилсульфат протиіон

В першому розділі наведено огляд літератури з модифікації міцелярних властивостей додецилсульфату натрію та застосування модифікованих розчинів ПАР як елюентів у міцелярній рідинній хроматографії. Проаналізовано переваги МРХ та труднощі створення оптимальних елюентів. Виявлено, що жодна з відомих моделей утримування в МРХ не враховує міцелярні характеристики гібридних елюентів та їх залежність від концентрації ПАР, наявності модифікаторів та зміні їх вмісту.

В другому розділі наведено відомості про реактиви, обладнання, методики дослідження і обробки результатів; обґрунтовано вибір методик та умов експерименту.

Третій розділ охоплює результати дослідження хімічної модифікації організованих розчинів додецилсульфату натрію додатками органічних та неорганічних речовин. Наведено кількісні характеристики міцелоутворення додецилсульфату натрію - критичні концентрації міцелоутворення, ступінь зв'язування протиіонів, електростатичний потенціал міцелярної поверхні та числа агрегації - в присутності речовин-модифікаторів (солей, краун-ефірів, аліфатичних спиртів, неіонної ПАР) та залежності характеристик від вмісту модифікаторів.

Четвертий розділ присвячено специфіці хімічної модифікації міцелярних розчинів додецилсульфатів солями двозарядних та комплексних протиіонів та функціям, що описують іонний обмін різнозарядних протиіонів на поверхні міцел M(DS)2.

В п'ятому розділі поєднано дані про хімічну модифікацію міцелярних розчинів NaDS і дані про склад оптимальних елюентів в МРХ та наведено рекомендації з попереднього вибору складу міцелярних елюентів на основі NaDS. Обґрунтовано умови застосування МРХ для аналізу цитостатичних антибіотиків ряду рубоміцину, сформульовано основні положення методики їх хроматографічного розділення з використанням модифікованих розчинів NaDS. Наведено результати експериментальної апробації методики.

Шостий розділ присвячено розробці та апробації нової змістовної моделі хроматографічного утримання в МРХ. Модель враховує взаємовплив компонентів модифікованого міцелярного елюенту на основі одержаного в роботі кількісного опису модифікації міцелярних розчинів NaDS.

Кількісний опис хімічної модифікації міцелярних розчинів додецилсульфату натрію

Як способи регулювання міцелярних властивостей розчинів NaDS вивчено:

обмін протиіонів Na+ на двозарядні М2+ (Mg2+, Ni2+, Co2+, Cu2+) та однозарядні органічні (катіони тетраетил- і тетрабутиламонію);

змінювання концентрації протиіонів (сольові ефекти й іонний обмін на поверхні міцел);

комплексоутворення протиіонів з нейтральними лігандами (краун-ефіри на основі 18-краун-6, о-фенантролін, 2,2'-діпіридил);

введення неіонної ПАР Твін 80;

введення аліфатичних спиртів; вплив суміші спиртів і неорганічної солі.

Усього вивчено більше 200 систем, що відрізняються типом і вмістом модифікатора.

В модифікованих системах визначено кількісні характеристики міцелярних розчинів додецилсульфату натрію: критична концентрація міцелоутворення (cmc), ступінь зв'язування протиіонів (в), електростатичний потенціал міцелярної поверхні (ш), відношення довжин напівосей модифікованих міцел додецилсульфату магнію (Р); розраховані константи обміну протиіонів і числа агрегації модифікованих міцел з одно - та двозарядними протиіонами.

Вперше як рKа-проба при дослідженні міцел NaDS використовувався аніонний гідрофобний децилеозин (ДЕ). З ним, а також з катіонними рKа-пробами визначено ступінь зв'язування протиіонів та електростатичний потенціал міцелярній поверхні у відповідності з електростатичною моделлю:

, (1)

де  - «внутрішнє» («intrinsic») значення константи іонізації індикатора, що є неелектростатичною складовою ; T, F і R мають своє звичайне значення.

Виявилося, що застосування аніонної рKа-проби при вивченні аніонних міцел дозволяє одержати більш об'єктивні оцінки міцелярних характеристик. Для міцел додецилсульфатів з двозарядними протиіонами одержано рівняння залежностей логарифму cmc та від логарифму рівноважної концентрації протиіонів, та показано, що ступінь зв'язування протиіонів практично не залежить від природи двозарядного протиіона.

Заміщення в міцелах додецилсульфату протиіонів натрію на двозарядні викликає перебудову сферичних міцел у циліндричні. Методом візкозиметрії встановлено, що міцели Mg(DS)2 істотно анізометричні; відношення довжин напівосей у розчинах 0.005 - 0.1 моль/л Mg(DS)2, що не містять сольових доданків, складає близько 8-15 одиниць і збільшується при додаванні солі MgSO4. При дослідженні впливу доданків солей із двозарядним катіоном на поверхневий потенціал міцел Mg(DS)2 виявлено новий ефект - наявність ділянки насичення при високих концентраціях протиіонів (рис. 1), що зафіксовано як з катіонними пробами - метиловим жовтим (МЖ) та гексаметоксі червоним (ГМЧ), так і з аніонним ДЕ.

Вперше досліджено вплив комплексних двозарядних протиіонів на міцелярні характеристики додецилсульфату. В дослідженнях попередників [Evans D.F. - 1988] ліганди самі впроваджувалися в міцелу, а тоді важко розділити ефекти безпосереднього комплексоутворювання ліганду з протиіоном і пов'язані з упровадженням самого ліганду в міцелу. Вибрані нами о-фенантролін і 2,2' - діпіридил у відсутності М2+ не впливають на характеристики

Таблиця 1. Вплив комплексних протиіонів на електростатичні властивості міцел M(DS)2

Co(DS)2, [Co2+] = 0.003 моль/л

Ni(DS)2, [Ni2+] = 0.003 моль/л

протиіон

MLn2+

С(L), моль/л

протиіон

MLn2+

С(L), моль/л

-

-

5.27

-

-

5.30

Co(dip)2+

0.003

4.74

Ni(dip)2+

0.003

4.76

Co(dip)22+

0.006

4.31

Ni(dip)22+

0.006

4.32

Co(phen)2+

0.003

4.64

Ni(phen)2+

0.003

4.71

Co(phen)22+

0.006

4.04

Ni(phen)22+

0.006

4.18

міцелоутворення, а отже, введення саме цих лігандів супроводжується тільки модифікацією протиіону. Комплексоутворення двозарядних протиіонів з нейтральними лігандами зменшує cmc М(DS)2 і підсилює сольовий ефект: комплексні протиіони знижують електростатичний потенціал міцелярній поверхні значно більше, ніж незв'язані М2+ при тій же концентрації. Про це свідчить суттєве зниження (ГМЧ) при додаванні вищезгаданих лігандів (табл. 1). Ефект, що спостерігається, залежить від гідрофобності ліганда, а не від природи комплексоутворювача.

Для адекватного опису обміну різнозарядних протиіонів на поверхні міцел додецилсульфату в роботі випробувано декілька моделей. Обмін різнозарядних протиіонів у шарі Штерна міцел М(DS)2 можна розглядати за схемою:

, (2)

де  - ступінь зв'язування протиіону, а m відноситься до міцелярної псевдофази. Константа, що характеризує процес (2), має зміст параметра селективності, /, і оцінювали як на підставі потенціометричних даних логарифмічних залежностей cmc від , так і за даними міцелярно зв'язаного індикатора відповідно до моделі Габоріо [Gaboriaud R. - 1984].

Для опису експериментальних даних застосовували наступні модифікації рівняння Габоріо (3) і (5) та аналог рівняння Нікольського (4) і (6): при виборі двозарядного М2+ як первинного протиіона рівняння мають вигляд

 = - , (3)

 = - ; (4)

якщо первинним є іон Na+, тоді

 =  - , (5)

 =  - . (6)

Значення constNa і constМ відповідають значенням вільних членів залежностей, що описують сольові ефекти у міцелярному середовищі додецилсульфатів з одним сортом протиіонів Na+ чи М2+. Значення параметрів селективності з рівнянь (3) - (6) знаходили методом регресії. Виявилось, що адекватний опис експериментальних даних забезпечують тільки моделі, де первинним іоном є однозарядний (рівняння (5) і (6)). Дещо кращий опис даних забезпечує рівняння (6), що є аналогом рівняння Нікольського.

Додавання в міцелярне середовище NaDS краун-ефірів - 18-краун-6 (18С6), діциклогексил-18-краун-6 (ДЦГ18С6), дібензо-18-краун-6 (ДБ18С6) суттєво зменшує електростатичний потенціал міцелярної поверхні. Показано, чим більша гідрофобність ліганду, тим менша його кількість потрібна для досягнення однакової модифікуючої дії.

В змішаних міцелах NaDS+Твін 80 зі зростанням частки неіонної компоненти електростатичний потенціал міцелярної поверхні знижується, що встановлено як з катіонною (МЖ), так і з аніонною (ДЕ) рKа-пробами, але з катіонним індикатором спостерігається більш різкий характер залежності.

Найбільш докладно в роботі вивчено властивості «гібридних» міцелярних середовищ NaDS зі спиртами-модифікаторами (1-бутанол, 1-пентанол), оскільки саме такі середовища набули широкого застосування як елюенти в міцелярній рідинній хроматографії. Методами потенціометрії, спектрофотометрії та кондуктометрії визначено значення критичної концентрації міцелоутворення, ступеня зв'язування протиіонів (табл. 2), електростатичного потенціалу міцелярній поверхні, чисел агрегації.

Міцелярні характеристики NaDS в присутності спиртів-модифікаторів описано рівняннями регресії:

в присутності ізопентанолу в діапазоні ц від 0.5 до 2.0%

в = (2.9 ± 0.3) + (0.88 ± 0.10) lg cmc (r = 0.993); (7)

в присутності 1-пентанолу в діапазоні ц від 0.5 до 1.5%

в = (2.56 ± 0.12) + (0.74 ± 0.04) lg cmc (r = 0.998). (8)

Таблиця 2. Основні кількісні характеристики міцелоутворення NaDS в присутності 1-пентанолу або ізопентанолу.

Об'ємна частка модифікатора, ц%

ізопентанол

1-пентанол

cmc, ммоль/л

в

cmc, ммоль/л

в

0.0

6.68 ± 0.06

0.74 ± 0.03

6.68 ± 0.06

0.74 ± 0.03

0.5

3.02

0.68 ± 0.04

2.21

0.60 ± 0.05

1.0

2.07

0.56 ± 0.06

0.92

0.33 ± 0.02

1.5

1.94

0.51*

0.83

0.28*

2.0

1.54

0.42 ± 0.05

0.82

0.27 ± 0.01

2.5

1.46

0.40*

0.80

0.27*

3.0

1.42

0.39*

-

-

* - знайдено за рівняннями (7) і (8)

Вперше показано, що в присутності 1-пентанолу змінюється характер концентраційної залежності електростатичного потенціалу міцелярної поверхні порівняно з немодифікованими розчинами NaDS (рис. 2). На залежності електростатичного потенціалу від концентрації 1-пентанолу виявлено мінімум при співвідношенні концентрацій NaDS-пентанол 1:5 (рис. 3). Відзначимо, що таке співвідношення відповідає оптимальному складу елюенту, емпірично знайденому при хроматографуванні барбітуратів [Рухадзе М.Д. - 1998], вітамінів групи В [Monferrer-Pons L. - 2003], антигістамінних препаратів [Gil-Agustн M. - 2000, 2001].

Характеристики міцелоутворення як параметри моделі утримання в міцелярній рідинній хроматографії

Модифіковані міцелярні розчини додецилсульфату натрію використано при розробці методики розділення п'яти цитостатичних антибіотиків ряду рубоміцина методом міцелярної рідинної хроматографії. Рухомі фази створювали на основі NaDS з концентраціями, що перевищували cmc, а в ролі модифікатора досліджено різні спирти (метанол, етанол, пропанол, ізопропанол, 1-бутанол, 2-бутанол, трет-бутанол, 1-пентанол, ізопентанол і 1-гексанол). Розділення антибіотиків спостерігалося в присутності пропанолів, бутанолів і пентанолів (рис. 4). Однак приблизно однакових результатів досягаємо при різній кількості модифікаторів - тим більшій, чим менше вуглецевих атомів містить молекула спирту. Оптимальним визнано наступні склади рухомої фази: 0.05 М NaDS, модифікатор - 1-пентанол з об'ємною часткою 1%, чи модифікатор - 1-бутанол з об'ємною часткою 6%.

Визначення похідних рубоміцину за методикою МРХ відрізняється від методики, що запропонована Європейською фармакопеєю, меншою токсичністю та меншими витратами реагентів й меншою їх займистістю (1% 1-пентанолу замість 50% метанолу чи ацетонітрилу).

З використанням рівнянь класичної елюаційної моделі (рівняння 9, 10) визначена чутливість сили елюенту до зміни концентрації ПАР або модифікатора на ділянках, де залежність lg k від концентрації близька до лінійної (k - коефіцієнт ємності). При постійній концентрації NaDS (0.05 моль/л) приблизно однаковий вплив на силу елюенту мають 1-PtOH у діапазоні об'ємних часток 1-2% та isoPtOH у діапазоні об'ємних часток 1.5-3%. Трохи менший рівень впливу модифікатора спостерігається в діапазоні об'ємних часток 1-PtOH 2-2.5% або 1-BuOH 2-8% або isoBuOH 2-10%.

Задача оптимізації складу міцелярного елюенту в МРХ ускладнюється тим, що, потрібна одночасна оптимізацію сили розчинника і селективності розділення на основі як вибору ПАР і модифікатора, так і змінювання їх концентрацій. Для оптимізації використовують такі моделі хроматографічного утримування:

класична елюаційна модель:

lg k = k0 - S ц (при [M] = const); (9)

lg k = k /0 - S/ [M] (при ц = const); (10)

де  - об'ємна частка модифікатора, [M] - рівноважна концентрація міцел, S і S/ - коефіцієнти, що характеризують чутливість елююючої сили до змінювання концентрації модифікатора або ПАР відповідно;

рівняння Strasters J.K., Khaledi M.G. (1990):

(11)

рівняння J.R. Torres-Lapassiу (1993, 1995):

1/k = с0 + с1 [M] + с2 ц + с3 [Mц (12)

1/k = c0/ + c1/ [M] (при ц = const) (13)

1/k = c0/ + c2/ ц (при [M] = const) (14)

рівняння M.C. Garcia-Alvarez-Coque та співавторів (2000):

, (15)

де ; ; .

Константи KAS і K характеризують процес асоціації аналіту зі стаціонарною фазою і міцелами відповідно; коефіцієнти пропорційності KAD, KMD і KSD є формальними і характеризують відносне змінювання концентрації аналіта в водній фазі, міцелярній псевдофазі і на стаціонарній фазі відповідно.

Досвід, накопичений в МРХ, свідчить про те, що лінійні залежності (9) і (10) спостерігаються лише в вузьких діапазонах концентрацій, особливо це стосується залежності (10). Рівняння (11) - (14) є суто емпіричними, де коефіціентам не надається певного фізичного змісту. Застосування моделі (15) та аналогічних їй потребує великого обсягу експерименту для обчислення 4-8 констант та коефіцієнтів пропорційності.

В жодній з моделей не враховуються міцелярні характеристики самого елюенту та їх змінювання при зміні складу елюенту.

Оскільки саме з міцелами пов'язана специфіка МРХ, становлять інтерес такі фізико-хімічні моделі утримування, параметрами яких безпосередньо є характеристики міцелоутворення. Нами створено таку модель на основі одержаної в роботі кількісної характеристики модифікованих міцелярних розчинів NaDS, що застосовуються як елюенти. Модель базується на уявленні про зміну мікрооточення аналіту при переході з міцелярної рухомої на модифіковану стаціонарну фазу. Відомо, що поверхня октадецилсилікагельної стаціонарної фази контактує з міцелярним елюентом і являє собою шар адсорбованих ПАР і спирту-мофікатора. Локалізуючись в міцелах рухомої фази чи на поверхні стаціонарної фази, аналіт потрапляє в оточення агрегованих мономерів ПАР і спирту.

Схематично процес розподілу аналіту між рухомою й стаціонарною фазою можна представити рівнянням:

{A Rl Sn }m - {A Rp Sq }s + x R + y S, (16)

де А - аналіт, R - молекула спирту, S - мономер ПАР; індекси m і s відносяться до рухомої і стаціонарної фаз відповідно, різниці x = l - p, і y = n - q є підгінними параметрами моделі. Згідно розподілу аналіту за схемою (16) одержана загальна залежність коефіцієнта утримання від вмісту ПАР і спирту:

lg k = const - x lg CR + y в lg Cs  + x lg  + y в lg (1 - в), (17)

де cmc - критична концентрація міцелоутворення, в - ступінь зв'язування протиіонів, Рm/w - константа зв'язування спирту міцелами; Сs, хs - загальна концентрація та мольний об'єм NaDS відповідно, CR - загальна концентрація спирту. Окремі випадки залежності відповідають фіксованій концентрації одного з компонентів (при фіксованій концентрації спирту - рівняння (18), при фіксованій концентрації ПАР - рівняння (19)):

lg k = const + y в lg Cs + x lg , (18)

lg k = const - x lg CR + y в lg {Cs (1 - в)}. (19)

Отже, вплив концентрації кожного з компонентів елюенту на характеристики утримування не можна розглядати ізольовано. Має місце взаємовплив цих чинників: змінювання концентрації модифікатора супроводжується змінюванням ступеня зв'язування протиіонів міцелами ПАР, а змінювання концентрації ПАР супроводжується зсувом рівноваги розподілу модифікатора між водною фазою і міцелярною псевдофазою. Запропоновану модель використано для опису експериментальних даних із розділення 5 антибіотиків ряду рубоміцина та 4 ефірів п-гідроксибензойної кислоти із міцелярними рухомими фазами на основі додецилсульфату натрію, модифікатори - 1-пентанол та ізопентанол.

Аналіз відхилень розрахункових та експериментальних характеристик утримування (рис. 5-6) показав, що при наявності всього двох підгінних параметрів (замість 4-8 в інших моделях) запропонована нами модель забезпечує значно кращий опис експериментальних даних, ніж відомі напівемпіричні моделі. Із застосуванням розробленої моделі встановлено, що на міцелоподібній поверхні стаціонарної фази співвідношення спирт: ПАР менше, ніж в міцелах рухомої фази.

Нова модель придатна для прогнозування можливого впливу на характеристики хроматографічного розділення супутніх компонентів проби: її параметрами є такі характеристики міцелоутворення, як критична концентрація міцелоутворення та ступень зв'язування протиіонів, а в першій частині роботи виявлено характер змінювання цих характеристик в присутності різних речовин-модифікаторів.

Висновки

На основі кількісного опису міцелоутворення додецилсульфату натрію в умовах хімічної модифікації створено нову модель хроматографічного утримування в міцелярній рідинній хроматографії, яка враховує міцелярні властивості елюенту і взаємовплив його компонентів (поверхнево-активної речовини та модифікатора) на коефіцієнти ємності.

Кількісно охарактеризовано міцелярні розчини додецилсульфату натрію, що модифіковані неорганічними (нітрат натрію, хлориди й сульфати натрію, магнію, кобальту, нікелю та міді) й органічними (18-краун-6, ДЦГ-18-краун-6, ДБ-18-краун-6, 1-пентанол, ізопентанол, Твін 80) додатками. Визначено критичні концентрації міцелоутворення, ступінь зв'язування протиіонів, електростатичний потенціал міцелярної поверхні, числа агрегації, відношення довжини півосей, коефіцієнти обміну різнозарядних протиіонів на міцелярній поверхні додецилсульфату. Застосування аніонної рKа-проби (децилеозин) дозволило уникнути похибок в оцінках електростатичного потенціалу міцелярної поверхні та ступеня зв'язування протиіонів, зумовлених асоціацією індикатора з мономерами ПАР.

Вплив модифікуючих додатків на властивості мікрогетерогенних середовищ на основі додецилсульфату натрію характеризується наступними особливостями:

· заміна протиіонів натрію на двозарядні протиіони викликає перебудову сферичних міцел NaDS в циліндричні M(DS)2, істотне зниження електростатичного потенціалу і появу специфічної ділянки «насичення» на залежності потенціалу від концентрації солі двозарядного катіону;

· обмін різнозарядних протиіонів на поверхні міцел додецилсульфату відповідає модифікованим рівнянням Габоріо й Нікольського, якщо за первинний протиіон обрано однозарядний.

· комплексоутворення двозарядних протиіонів з нейтральними лігандами (о-фенантролін, 2,2 - дипіридил) знижує cmc M(DS)2 і посилює сольовий ефект, бо комплексні протиіони знижують потенціал шару Штерна ефективніше, ніж незв'язані M2+ при тій же концентрації;

· модифікуюча дія о-фенантроліну чи 2,2-дипіридилу стосується саме двозарядних протиіонів, оскільки доданки цих же лігандів у розчини NaDS практично не впливають на cmc;

· в присутності 1-пентанолу змінюється характер концентраційної залежності потенціалу шару Штерна міцел NaDS: замість монотонного зниження електростатичного потенціалу спостерігається залежність з максимумом.

Мінімальним значенням електростатичного потенціалу поверхні модифікованих 1-пентанолом міцел NaDS відповідає співвідношення концентрацій пентанол: NaDS 5:1. Вперше встановлено, що близькі значення співвідношення відповідають оптимальному складові елюенту, емпірично знайденому при хроматографуванні барбітуратів, вітамінів групи В та антигістамінних препаратів.

Розроблено нову методику розділення п'яти цитостатичних антибіотиків ряду рубоміцина методом МРХ із застосуванням міцелярного елюенту на основі додецилсульфату натрію і спиртів-модифікаторів; оптимальний склад рухомої фази: 0.05 моль/л NaDS і 1-пентанол з об'ємною часткою 1% (або 1-бутанол з об'ємною часткою 6%). Запропонована методика вигідно відрізняється від методики, рекомендованої Європейською фармакопеєю, меншою токсичністю та меншою займистістю елюенту і скороченням витрати реагентів (1% 1-пентанолу замість 50% метанолу або ацетонітрилу).

Створено нову змістовну модель утримання в МРХ, що базується на розгляді зміни мікрооточення аналіту в процесі його переходу з міцелярної рухомої фази на модифіковану стаціонарну фазу.

Встановлено нові закономірності та механізм впливу концентрації ПАР і концентрації модифікатора на коефіцієнти ємності аналітів в МРХ. Взаємовплив ПАР і модифікатора, який необхідно враховувати при оптимізації складу міцелярного елюенту, полягає в тому, що збільшення концентрації модифікатора супроводжується зменшенням ступеня зв'язування протиіонів міцелами ПАР, а змінювання концентрації ПАР викликає зсув рівноваги розподілу модифікатора між водним розчином та міцелярною псевдофазою.

Апробація розробленої моделі на прикладах хроматографічного розділення двох класів сполук (антибіотики ряду рубоміцина; ефіри гідроксибензойної кислоти) показала, що нова модель більш адекватно відтворює експериментальні дані, ніж відомі в МРХ моделі. Із застосуванням нової моделі встановлено, що на міцелоподібній поверхні стаціонарної фази співвідношення спирт: ПАР менше, ніж в міцелах рухомої фази.

Основний зміст дисертації викладено у публікаціях

Определение додецилсульфата методами потенциометрического титрования / Логинова Л.П., Чернышова О.С., Решетняк Е.А., Евсюкова Л.В. // Вестник ХГУ. - №395, Хим. науки, №1. - 1997. - С. 77-85.

Потенциометрическое и спектрофотометрическое исследование связывания противоионов мицеллами додецилсульфата натрия и меди / Логинова Л.П., Маслий О.Г., Решетняк Е.А., Евсюкова Л.В., Коцюр И.Н., Дементьева Т.А., Шумахер А.С., Мчедлов-Петросян Н.О. // Вестник ХГУ. Химия, №2. - 1998. - С. 223-229.

Логинова Л.П., Самохина Л.В., Глазкова Е.Н. Определение размера мицелл додецилсульфата магния вискозиметрическим методом // Вестник Харьков. нац. ун-та. - 2000. - №477. Химия. Вып. 5 (28). - С. 117-120.

Modification of the properties of NaDS micellar solutions by adding electrolytes and non-electrolytes: investigations with decyl eosin as a -probe / Loginova L.P., Samokhina L.V., Mchedlov-Petrossyan N.O., Alekseeva V.I., Savvina L.P. // Colloids and Surfaces A. - 2001. - Vol.193. - P.207-219.

Логинова Л.П., Самохина Л.В., Мчедлов-Петросян Н.О. Модификация мицелл додецилсульфата натрия добавками 1-пентанола // Сб. научных трудов Тверского гос. ун-та «Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства, применение». - 2001. - С. 79-85.

Логинова Л.П., Самохина Л.В., Куликов А.Ю. Характеристики мицеллообразования как параметры модели удерживания в мицеллярной жидкостной хроматографии // Вестник Харьков. нац. ун-та. - 2002. - №573. Химия. Вып. 9 (32). - С. 107-114.

Kulikov A.U, Loginova L.P., Samokhina L.V. Influence of Various Factors on the Chromatographic Behaviour of Cytostatic Antibiotics of Rubomicin Derivatives in Micellar Liquid Chromatography // Chromatographia. - 2003. - Vol.57, №7/8. - Р.463-469.

Евсюкова Л.В., Кошевая А.Ю. Кислотно-основные свойства некоторых индикаторов в среде мицелл додецилсульфата меди // Тези доп. Регіональної конф. молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ. - 1999. - С. 63.

Логинова Л.П., Евсюкова Л.В. Влияние двухзарядных противоионов на характеристики мицеллообразования додецилсульфата // Тезисы докл. VII Всероссийск. конф. «Органические реагенты в аналитической химии» - Саратов. - 1999. - С. 59.

Евсюкова Л.В., Кошевая А.Ю., Осецкая Н.В. Особенности ионного обмена разнозарядных противоионов в слое Штерна мицелл АПАВ // Тези доп. Першої Всеукр. конф. студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії», присвяч. 140-річчю С.М. Реформатського. - Київ. - 2000. - С. 130.

Логинова Л.П., Евсюкова Л.В. Децилэозин как анионная рКа-проба в среде мицелл додецилсульфата // Тезисы докл. Всеукр. конф. по аналит. химии, посв. 100-летию Н.П. Комаря KUAC 2000. - Харьков. - 2000. - С. 40.

Самохина Л.В., Кошевая А.Ю. Модификация мицелл додецилсульфата натрия добавками 1-пентанола // Тези доп. Другої Всеукр. конф. студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». - Київ. - 2001. - С. 99.

Логинова Л.П., Самохина Л.В., Чернышева О.С. Модификация мицеллярных свойств растворов додецилсульфата натрия // Тези доп. Сесії Наук. Ради з проблеми «Аналітична хімія». - Харків. - 2002. - С. 20-21.

Логинова Л.П., Самохина Л.В., Чернышева О.С. Модификация организованных растворов додецилсульфата натрия органическими и неорганическими добавками // Тези доп. Міжнарод. конф. «Функціоналізовані матеріали: синтез, властивості та застосування». - Київ. - 2002. - С. 41.

Самохіна Л.В. Модифікація та застосування організованих реакційних середовищ на основі додецилсульфату натрію // Тези доп. Сесії Наук. Ради з проблеми «Аналітична хімія». - Ужгород. - 2003. - С. 55.

Бондарь Н.И., Самохина Л.В., Ефимов П.В. Кондуктометрическое определение характеристик мицеллообразования додецилсульфата натрия в присутствии спиртов // Тези доп. Четвертої Всеукр. конф. студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». - Київ. - 2003. - С. 140-141.

Самохина Л.В., Степанко Д.В. Модифицированные мицеллярные растворы додецилсульфата натрия в хроматографическом анализе лекарственных средств // Тези доп. Міжнарод. конф. студентів та аспірантів «Хімія та сучасні технології» - Дніпропетровськ. - 2003. - С. 298-299.

Логинова Л.П., Самохина Л.В., Куликов А.Ю. Характеристики мицеллообразования как параметры модели удерживания в МЖХ // Тезисы докл. IV Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» - Саратов. - 2003. - С. 175.

Самохина Л.В., Куликов А.Ю. Влияние состава мицеллярной подвижной фазы на характеристики удерживания производных рубомицина // Тезисы докл. IV Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» - Саратов. - 2003. - С. 189.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Основи електролізу водних розчинів хлориду натрію діафрагмовим методом. Фізико-хімічні основи технологічного процесу виробництва каустичної соди. Електроліз водних розчинів хлориду натрію мембранним методом з твердим катодом. Проблемні стадії виробництва.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 17.02.2015

  • Хроматографія на гелі сефадекса й розподіл по молекулярних масах. Застосування органічних реагентів у рідинній хроматографії для поділу простих ефірів, вуглеводнів, перекисів. Автоматичні методи детектування. Метод, що використовує хлорид цетилпіридинію.

    реферат [3,7 M], добавлен 18.10.2014

  • Дослідження корозійної поведінки сталі в водних розчинах на основі триполіфосфату натрію з подальшим нанесенням конверсійних антикорозійних покриттів потенціодинамічним та потенціостатичним методами. Електрохімічне моделювання атмосферної корозії.

    дипломная работа [4,5 M], добавлен 24.03.2013

  • Методи роботи в лабораторії. Функції і призначення хімічного посуду. Визначення концентрації розчинів різними способами. Приготування титрованих розчинів. Ваги у хімічній лабораторії. Виконання модельних експериментів. Основні прийоми роботи в Mathcad.

    отчет по практике [109,4 K], добавлен 06.12.2010

  • Основні поняття про розчин. Розчинність рідин. Класифікація, концентрація розчинів та техніка їх приготування. Розрахунки при приготуванні водних розчинів. Фіксанали. Титрування. Неводні розчини. Фільтрування та фільтрувальні матеріали. Дистиляція.

    реферат [19,0 K], добавлен 20.09.2008

  • Характерні властивості розчинів високополімерів, висока в'язкість як їх головна особливість, визначення її розмірності, залежності від концентрації. Внутрішнє тертя в текучій рідині. Схема утворення гелів і студнів, зменшення в'язкості високополімерів.

    контрольная работа [288,3 K], добавлен 14.09.2010

  • Основи теорії атмосферної корозії. Гальванічний спосіб нанесення цинкового покриття. Лакофарбові покриття. Методи фосфатування поверхні перед фарбуванням. Методика визначення питомої маси, товщини, адгезійної міцності та пористості. Розрахунок витрат.

    дипломная работа [3,4 M], добавлен 24.03.2013

  • Основні чинники, які впливають на швидкість хіміко-технологічного процесу. Рівняння швидкості масопередачі гетерогенних процесів. Способи визначення приватного порядку. Метод підбора кінетичного рівняння. Графічний метод визначення порядку реакції.

    реферат [56,1 K], добавлен 23.02.2011

  • Вивчення Планарної хроматографії яка базується на вибірковому розподіленні компонентів суміші між двома фазами, що не змішуються. Аналіз ролі аналітичних органічних реагентів у процесі обробки хроматограф, методів паперової і тонкошарової хроматографії.

    реферат [707,3 K], добавлен 11.10.2011

  • Історія відкриття тіосульфату натрію. Органолептичні та санітарно-гігієнічні показники. Методи одержання тіосульфату натрію. Хімічні властивості тіосульфату натрію. Методи відділення S2O32- іонів від других іонів. Фотометричне визначення тіосульфату.

    курсовая работа [141,9 K], добавлен 16.02.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.