ИМИДАЗОЛИЕВЫЕ ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ В КАЧЕСТВЕ ЭКСТРАГЕНТОВ, МОДИФИКАТОРОВ КВАРЦЕВОГО КАПИЛЛЯРА И ХИРАЛЬНЫХ СЕЛЕКТОРОВ В КАПИЛЛЯРНОМ ЭЛЕКТРОФОРЕЗЕ

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 6
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ............................................................... 12
I.1. Имидазолиевые ионные жидкости: свойства ............................................ 12
I.2. Применение имидазолиевых ионных жидкостей ..................................... 18
I.2.1. Применение ионных жидкостей в жидкостной хроматографии .... 18
I.2.1.1. Ионные жидкости в составе подвижной фазы ................................. 18
I.2.1.2. Ионные жидкости как компоненты стационарных фаз .................. 24
I.2.2. Применение ионных жидкостей в капиллярном электрофорезе ... 33
I.2.2.1. Ионные жидкости в качестве динамических модификаторов стенок
кварцевого капилляра ............................................................................................. 33
I.2.2.2. Ковалентная модификация стенок кварцевого капилляра на основе
ионных жидкостей ................................................................................................ 36
I.2.2.3. Применение ионных жидкостей в качестве псевдостационарных фаз
................................................................................................................................. 37
I.2.2.4. Ионные жидкости в процессах on-line концентрирования ............... 40
I.2.3. Применение ионных жидкостей в ВЭЖХ и КЭ для разделения
энантиомеров ........................................................................................................ 41
I.3. Ионные жидкости в качестве экстрагентов .............................................. 43
I.3.1. Применение ионных жидкостей в жидкостно-жидкостной
экстракции ............................................................................................................ 43
I.3.2. Твердофазная экстракция с участием ионных жидкостей ............. 46
I.3.3. Процессы микроэкстракции с участием ионных жидкостей ......... 49
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ............................................... 52
II.1. Оборудование и реактивы .......................................................................... 52
II.2. Синтез хиральных аминокислотных ионных жидкостей ...................... 56
II.2.1. Синтез аминокислотных ионных жидкостей([C2MIm][L-Pro],
[C4MIm][L-Pro], [C8MIm][L-Pro], [C12MIm][L-Pro]) ........................................ 56
II.2.2. Синтез аминокислотной ионной жидкости [C4MIm][L-Glu] ......... 56
II.3. Синтез ковалентных покрытий на основе ионных жидкостей ............. 57
II.3.1. Травление кварцевого капилляра .................................................... 57
II.3.2. Силанизация кварцевого капилляра ............................................... 57
II.3.3. Функционализация силанизированного капилляра ...................... 57
II.3.4. Оценка стабильности ковалентных покрытий............................... 58
II.2. Методы исследования .................................................................................. 60
II.2.1. Высокоэффективная хроматография стероидных гормонов и
аминокислот.......................................................................................................... 60
II.2.1.1. Условия хроматографического разделения аминокислот ................ 60
II.2.1.2. Условия разделения стероидных гормонов методом ВЭЖХ............ 61
II.2.2. Электрофоретические эксперименты ............................................... 63
II.2.2.1. Подготовка капилляра к работе ........................................................ 63
II.2.2.2. Приготовление буферных растворов ................................................ 63
II.2.2.3. Условия электрофоретического разделения ..................................... 64
II.3. Жидкостная экстракция ............................................................................. 66
II.3.1. Экстракция аминокислот в ионные жидкости ............................... 66
II.3.1.1. Жидкостно-жидкостная экстракция аминокислот в ионные
жидкости С6MImNTf2, С6MImBF4, С8MImBF4 ...................................................... 66
II.3.1.2. Жидкостно-жидкостная экстракция аминокислот в ионную
жидкость С6MImNTf2 с добавкой 18-краун-6 ...................................................... 67
II.3.1.3. Жидкостно-жидкостная экстракция аминокислот в ионную
жидкость С6MImNTf2 при различном значениии рН водной фазы ..................... 68
II.3.2. Экстракция кортикостероидов в ионные жидкости ...................... 68
II.3.2.1. Жидкостно-жидкостная экстракция кортикостероидов в ионные
жидкости С6MImNTf2, С6MImBF4, С8MImBF4. ...................................................... 68
II.3.2.2. Жидкостно-жидкостная экстракция кортикостероидов в ионную
жидкость С8MImBF4 с добавкой циклодекстринов в водную фазу .................... 69
II.3.2.3. Обратная экстракция кортикостероидов из ионной жидкости
С8MImBF4 в водную фазу с добавкой циклодекстринов ...................................... 70
II.3.3. Дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция
стероидных гормонов с участием ионной жидкости С8MImBF4 ................... 71
II.4. Пробоподготовка образцов мочи ............................................................... 73
II.4.1. Пробоподготовка образцов мочи для электрофоретического
определения аминокислот .................................................................................. 73
II.4.2. Пробоподготовка образцов мочи для электрофоретического
определения катехоламинов ............................................................................... 73
II.4.3. Пробоподготовка образцов мочи для электрофоретического
определения стероидных гормонов ................................................................... 74
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ...................................................................... 75
ГЛАВА III. ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ В КАЧЕСТВЕ ДИНАМИЧЕСКИХ
МОДИФИКАТОРОВ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ................... 76
Глава IV. КОВАЛЕНТНЫЕ ПОКРЫТИЯ СТЕНОК КВАРЦЕВОГО
КАПИЛЛЯРА НА ОСНОВЕ ИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ ............................... 85
ГЛАВА V. ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ – ХИРАЛЬНЫЕ СЕЛЕКТОРЫ .......... 92
V.1. Разделение энантиомеров аминокислот в условиях лигандообменного
капиллярного электрофореза с хиральной ионной жидкостью[C4MIm][L-
Pro] в фоновом электролите ............................................................................... 94
V.2. Электрофоретическое разделение энантиомеров β-адреноблокаторов
при совместном введении в фоновый электролит хиральной ионной
жидкости [C4MIm][L-Pro] и (2-гидроксипропил- β-циклодекстрина) ....... 104
ГЛАВА VI. ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ В КАЧЕСТВЕ ЭКСТРАГЕНТОВ ... 108
VI. 1. Извлечение аминокислот из водной фазы в ионные жидкости
C6MImNTf2, C6MImBF4, C8MImBF4 ................................................................. 109
VI. 2. Извлечение стероидных гормонов из водной фазы в ионные
жидкости C6MImNTf2, C6MImBF4, C8MImBF4 ............................................... 112
VI.2.1. Жидкостно-жидкостная экстракция стероидных гормонов ...... 112
VI.2.1. Дисперсионная микроэкстракция стероидных гормонов .......... 115
ГЛАВА VII. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ......................................... 117
VII.1. Определение аминокислот в образцах мочи .................................. 118
VII.2. Определение катехоламинов в образцах мочи .............................. 119
VII.3. Определение стероидных гормонов в образцах мочи .................. 120
VII.4. Сопоставление аналитических характеристик изученных ионных
жидкостей при экстракции и электрофоретическом определении аналитов
различной полярности ...................................................................................... 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. 126
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ........................................... 128
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .................................................. 131
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ЯМР-спектры [C2MIm][L-Pro] на ядрах 1Н и 13С. .............. 154
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ЯМР-спектры [C4MIm][L-Pro] на ядрах 1Н и 13С. .............. 156
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ЯМР-спектры [C8MIm][L-Pro] на ядрах 1Н и 13С. .............. 158
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ЯМР-спектры [C12MIm][L-Pro] на ядрах 1Н и 13C ............. 160
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ЯМР-спектры [C4MIm][L-Glu] на ядрах 1Н и 13С. ............. 162
Купить

Капиллярный электрофорез (КЭ) – активно востребуемый метод
разделения заряженных и незаряженных аналитов, достоинствами которого
являются высокая эффективность, экспрессность, малый расход реагентов. С
другой стороны, имеется ряд ограничений: сорбция на стенках отрицательно
заряженного кварцевого капилляра основных аналитов(белков, пептидов,
катехоламинов, и т.д.), приводящая к снижению эффективности и низкая УФ
концентрационная чувствительность.
Для того, чтобы предотвратить адсорбцию аналитов на поверхности
кварцевого капилляра и влиять на скорость электроосмотического потока
(ЭОП), применяют различные способы модифицирования стенок капилляра.
Наиболее простым - является введение в фоновый электролит добавок,
способных блокировать силанольные группы поверхности капилляра. В
последние годы для этой цели стали применять и ионные жидкости.
Под термином «ионные жидкости» (ИЖ) подразумевают широкий
класс органических соединений, представляющих собой соли с температурой
плавления ниже 100 0С. Возможность варьировать природу составляющих
ионов позволяет регулировать гидрофобность, растворимость и другие
свойства ИЖ, что открывает перспективы к их использованию в качестве
добавок в составе элюента в жидкостной хроматографии и фоно
электролита в капиллярном электрофорезе.
Несмотря на активное применение имидазолиевых ионных жидкостей в
методах разделения и концентрирования, их роль при определении
биологически активных соединений методом КЭ изучена мало.
Перспективным направлением является применение ИЖ в составе
электрофоретических систем при определении диагностических маркеров
заболеваний нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем: биогенных
аминов, аминокислот и стероидных гомонов. Так, введение ИЖ в фоновый
электролит может способствовать увеличению эффективности при определении
основных аналитов в условиях капиллярного зонного электрофореза(КЗЭ), а
при концентрациях выше критической концентрации мицеллообразования
(ККМ), формировать псевдостационарную фазу, обеспечивая разделение
стероидных гормонов в режиме МЭКХ.
Ковалентные покрытия на основе ИЖ в сочетании с методамиon-line
концентрирования могут обеспечить снижение пределов обнаружен
аминокислот и катехоламинов до значений, достаточных для определения их в
биологических жидкостях.
Использование ИЖ в процессах экстракции позволит упрости
процедуру пробоподготовки и сократить время анализа при определении
соединений различной полярности.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ No14-03-00735-а и No.
16-03-00791-а.
Цель работы
Выявить возможности влияния ахиральных и хиральных имидазолиевых
ионных жидкостей в составе фонового электролита на процессы разделения,
концентрирования и экстракции аминокислот, катехоламинов, стероидных гормонов.
В связи с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
1. Изучение влияния имидазолиевых ионных жидкостей С12MImCl и
С16MImCl в качестве динамических модификаторов электрофоретических
систем на миграционные характеристики основных(аминокислот и
катехоламинов) и нейтральных (стероидных гормонов) аналитов в условиях
капиллярного зонного электрофореза(КЗЭ) и мицеллярной
электрокинетической хроматографии (МЭКХ).
2. Разработка способа ковалентной модификации стенок кварцевог
капилляра на основе ионных жидкостей и поиск вариантовon-line
концентрирования на модифицированных капиллярах для снижения пределов
обнаружения аминокислот и катехоламинов; получение сравнительных
оценочных характеристик по пределам обнаружения, эффективности,
селективности разделения.
3. Выявление возможностей аминокислотных ионных жидкостей ряда
[CnMIm][L-Pro] (n = 2, 4, 8, 12) с хиральным анионом разделять энантиомеры
аминокислот и β-блокаторов.
4. Изучение экстракционных процессов аналитов различной природы из
водной фазы в гидрофобные имидазолиевые ионные жидкости.
5. Разработка общей схемы электрофоретического анализа образцов мочи с
применением ионных жидкостей в процессах разделения и экстракци
аминокислот, катехоламинов, стероидных гормонов.
Научная новизна
Установлено, что введение в фоновый электролит имидазолиевых
ионных жидкостей (С12MImCl, C16MImCl) способствует динамической
модификации стенок кварцевого капилляра, созданию анодного
электроосмотического потока (ЭОП), росту эффективности (в КЗЭ) и
селективности разделения (в МЭКХ) аминокислот и катехоламинов в 2-3 раза.
Показано, что применение аминокислотной ионной жидкост
[С4MIm][L-Pro] с хиральным анионом в качестве лиганда с солями меди(II) в
составе фонового электролита (рН 12.2) обеспечивает разделение энантиомеров
триптофана и тирозина с высокими значениями факторов разрешения (до 5.2).
Установлено, что совместное введение в фоновый электролит двух
хиральных селекторов – хиральной ионной жидкости[С4MIm][L-Pro] и
(2-гидроксипропил)-β-циклодекстрина - приводит к увеличению факторов
разрешения энантиомеров карведилола и пропранолола в 1.5 раза по сравнению
с результатами, полученными в отсутствии ИЖ.
Предложен способ ковалентной модификации кварцевого капилляра с
образованием покрытия на основе N-бутилзамещенной имидазолиевой ионной
жидкости, обеспечившей увеличение эффективности и селективности
разделения аминокислот и катехоламинов.
Предложен вариант дисперсионной жидкостно-жидко
микроэкстракции для извлечения стероидных гормонов из водной фазы в
ионную жидкость C8MImBF4, позволяющий сконцентрировать аналиты в 23-30
раз в процессе пробоподготовки.
Практическая значимость работы
Предложен способ синтеза стабильного при рН2.0 ковалентного
покрытия стенок кварцевого капилляра на основеN-бутилимидазолиевой
ионной жидкости, обеспечивший высокую воспроизводимость параметров
миграции аналитов, и в сочетании сon-line концентрированием (свипинг с
большим объемом вводимой пробы, свипинг с электростэкингом) позволивший
снизить пределы обнаружения катехоламинов до 1-2 нг/мл и аминокислот до 5-40 нг/мл.
Разработана схема пробоподготовки образцов мочи
электрофоретического определения аминокислот с участием ионных жидкостей
в качестве экстрагента(С6MImNTf2) и динамического модификатора
(C16MImCl) стенок кварцевого капилляра. Степени извлечения составили 92-
100%, пределы обнаружения – 30-55 нг/мл.
Предложенный вариант дисперсионной микроэкстракции стероидных
гормонов в ионную жидкостьC8MImBF4 в сочетании с их
электрофоретическим разделением методом МЭКХ обеспечил определение
этих аналитов в образцах мочи с пределами обнаружения8-12 нг/мл и
степенями извлечения 69-93%.
Степень достоверности и апробация результатов настоящей работы
подтверждается хорошей воспроизводимостью аналитических результатов.
Положения, выносимые на защиту
1. Электрофоретическое определение аминокислот и катехоламинов с
введением в фоновый электролит имидазолиевых ионных жидкостей С12MImCl
и С16MImCl, обеспечивших модификацию стенок кварцевого капилляра и рост эффективности.
2. Применение ионной жидкости С16MImCl в качестве псевдостационарной
фазы с реализацией режима мицеллярной электрокинетической хроматографии
для селективного разделения стероидных гормонов.
3. Создание ковалентного покрытия стенок кварцевого капилляра на основе
N-бутилзамещенной имидазолиевой ионной жидкости, обеспечивающего в
сочетании с внутрикапиллярным концентрированием снижение пределов
обнаружения для аминокислот 5-40 нг/мл и катехоламинов - 1-2 нг/мл.
4. Применение аминокислотных ионных жидкостей с хиральным анионом в
качестве индивидуальных и смешанных селекторов с циклодекстринамидля
электрофоретического разделения энантиомеров аминокислот и β-блокаторов
методом лигандообменного капиллярного электрофореза.
5. Разработанные схемы пробоподготовки образцов мочи с извлечением в
ионную жидкость аминокислот(жидкостно-жидкостная экстракция) и
стероидных гормонов (дисперсионная микроэкстракция).
Публикации и апробация работыМатериалы диссертации
опубликованы в 4 статьях и 13 тезисах докладов. Результаты исследований
докладывались на Втором съезде аналитиков России(2013 г, Москва, Россия),
VI-ой Международной конференции молодых ученых«Органическая химия
сегодня» Inter CYS-2014 (2014 г, Санкт-Петербург, Россия), на IV
Всероссийском симпозиуме с международным участием«Разделение и
концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (2014 г, Краснодар,
Россия), на XIV конференции «Физико-химические основы ионообменных и
хроматографических процессов (ИОНИТЫ–2014)» (2014 г, Воронеж, Россия),
Europen Meeting on Environmental Chemistry (2014 г, Брно, Чехия), IX
International conference of young scientist on chemistry “Mendeleev – 2015”, (2015
г, Санкт-Петербург, Россия), на Всероссийской конференции «Теория и
практика хроматографии» с международным участием, посвященная памяти
М.С.Вигдергауза, (2015 г, Самара, Россия), I Всероссийской конференции с
международным участием «Химический анализ и медицина» (2015 г, Москва,
Россия), на VI международном молодежном конгрессе «Санкт-Петербургские
научные чтения – 2015» (2015 г, Санкт-Петербург, Россия), 40th International
symposim on Capillary Chromatography and 13th GCˣGC Symposium (2016 г, Riva
del Garda, Italy), на ХХ Менделеевском съезде по общей и прикладной химии
(2016 г, Екатеринбург, Россия), Пятом Всероссийском симпозиуме с
международным участием «Кинетика и динамика обменных процессов» (2016
г, Сочи, Россия).
Работа выполнена с использованием оборудованияРесурсного
образовательного центра, Научный парк, СПбГУ.
Купить