Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
ℹ️Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12
1.1. Имидазолиевые ионные жидкости: свойства 12
1.2. Применение имидазолиевых ионных жидкостей 18
1.2.1. Применение ионных жидкостей в жидкостной хроматографии .... 18
1.2.1.1. Ионные жидкости в составе подвижной фазы 18
1.2.1.2. Ионные жидкости как компоненты стационарных фаз 24
1.2.2. Применение ионных жидкостей в капиллярном электрофорезе ... 33
1.2.2.1. Ионные жидкости в качестве динамических модификаторов стенок
кварцевого капилляра 33
1.2.2.2. Ковалентная модификация стенок кварцевого капилляра на основе
ионных жидкостей 36
1.2.2.3. Применение ионных жидкостей в качестве псевдостационарных фаз 37
1.2.2.4. Ионные жидкости в процессах on-line концентрирования 40
I.2.3. Применение ионных жидкостей в ВЭЖХ и КЭ для разделения энантиомеров 41
1.3. Ионные жидкости в качестве экстрагентов 43
1.3.1. Применение ионных жидкостей в жидкостно-жидкостной
экстракции 43
1.3.2. Твердофазная экстракция с участием ионных жидкостей 46
1.3.3. Процессы микроэкстракции с участием ионных жидкостей 49
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 52
11.1. Оборудование и реактивы 52
11.2. Синтез хиральных аминокислотных ионных жидкостей 56
11.2.1. Синтез аминокислотных ионных жидкостей ([C2MIm][L-Pro],
[C4MIm][L-Pro], [C8MIm][L-Pro], [C12MIm][L-Pro]) 56
11.2.2. Синтез аминокислотной ионной жидкости [C4MIm][L-Glu] 56
II.3. Синтез ковалентных покрытий на основе ионных жидкостей 57
11.3.1. Травление кварцевого капилляра 57
11.3.2. Силанизация кварцевого капилляра 57
11.3.3. Функционализация силанизированного капилляра 57
11.3.4. Оценка стабильности ковалентных покрытий 58
11.2. Методы исследования 60
11.2.1. Высокоэффективная хроматография стероидных гормонов и
аминокислот 60
11.2.1.1. Условия хроматографического разделения аминокислот 60
11.2.1.2. Условия разделения стероидных гормонов методом ВЭЖХ 61
11.2.2. Электрофоретические эксперименты 63
11.2.2.1. Подготовка капилляра к работе 63
11.2.2.2. Приготовление буферных растворов 63
11.2.2.3. Условия электрофоретического разделения 64
11.3. Жидкостная экстракция 66
11.3.1. Экстракция аминокислот в ионные жидкости 66
11.3.1.1. Жидкостно-жидкостная экстракция аминокислот в ионные
жидкости C6MImNTf2, CMImBFy GsMImBF) 66
11.3.1.2. Жидкостно-жидкостная экстракция аминокислот в ионную жидкость C6MImNTf2 с добавкой 18-краун-6 67
11.3.1.3. Жидкостно-жидкостная экстракция аминокислот в ионную жидкость C6MImNTf2 при различном значениии рН водной фазы 68
II.3.2. Экстракция кортикостероидов в ионные жидкости 68
11.3.2.1. Жидкостно-жидкостная экстракция кортикостероидов в ионные
жидкости С6MImNTf2, C6MImBF4t (/MImBFi. 68
11.3.2.2. Жидкостно-жидкостная экстракция кортикостероидов в ионную
жидкость C8MImBF4 с добавкой циклодекстринов в водную фазу 69
11.3.2.3. Обратная экстракция кортикостероидов из ионной жидкости C8MImBF4 в водную фазу с добавкой циклодекстринов 70
11.3.3. Дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция стероидных гормонов с участием ионной жидкости CsMImBF4 71
II.4. Пробоподготовка образцов мочи 73
11.4.1. Пробоподготовка образцов мочи для электрофоретического
определения аминокислот 73
11.4.2. Пробоподготовка образцов мочи для электрофоретического
определения катехоламинов 73
11.4.3. 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 Р-адреноблокаторов при совместном введении в фоновый электролит хиральной ионной жидкости [C4MIm][L-Pro] и (2-гидроксипропил- Р-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
ПРИЛОЖЕНИЯ 154
📖 Введение
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 фонового 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 методами on-line концентрирования могут обеспечить снижение пределов обнаружения аминокислот и катехоламинов до значений, достаточных для определения их в биологических жидкостях.
Использование ИЖ в процессах экстракции позволит упростить процедуру пробоподготовки и сократить время анализа при определении соединений различной полярности.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 14-03-00735-а и №. 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 С12М1тС1 и С16М1тС1 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 кварцевого капилляра на основе ионных жидкостей и поиск вариантов on-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 ^-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 экстракции аминокислот, катехоламинов, стероидных гормонов.
Научная новизна
Установлено, что введение в фоновый электролит имидазолиевых ионных жидкостей (C12MImCl, 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 жидкости [C4MIm][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 [С4М1ш] [L-Pro] и (2-гидроксипропил)-Р-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-жидкостной микроэкстракции для извлечения стероидных гормонов из водной фазы в ионную жидкость CgMImBF4, позволяющий сконцентрировать аналиты в 23-30 раз в процессе пробоподготовки.
Практическая значимость работы
Предложен способ синтеза стабильного при рН 2.0 ковалентного покрытия стенок кварцевого капилляра на основе N-бутилимидазолиевой ионной жидкости, обеспечивший высокую воспроизводимость параметров миграции аналитов, и в сочетании с on-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 для электрофоретического определения аминокислот с участием ионных жидкостей в качестве экстрагента (C6MImNTf2) и динамического модификатора (С16М1шС1) стенок кварцевого капилляра. Степени извлечения составили 92¬100%, пределы обнаружения - 30-55 нг/мл.
Предложенный вариант дисперсионной микроэкстракции стероидных гормонов в ионную жидкость C8MImBF4 в сочетании с их электрофоретическим разделением методом МЭКХ обеспечил определение этих аналитов в образцах мочи с пределами обнаружения 8-12 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 С12М1тС1 и С16М1тС1, обеспечивших модификацию стенок кварцевого капилляра и рост эффективности.
2. Применение ионной жидкости С16М1тС1 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 циклодекстринами для электрофоретического разделения энантиомеров аминокислот и ^-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 работы Материалы 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 13 th 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 оборудования Ресурсного образовательного центра, Научный парк, СПбГУ.
✅ Заключение
1. Установлено, что введение в фоновый электролит имидазолиевых ионных жидкостей (C12MImCl, C16MImCl) способствует динамической модификации стенок кварцевого капилляра, созданию анодного электроосмотического потока и приводит к росту эффективности (в КЗЭ) и селективности разделения (в МЭКХ) в 2-3 раза аминокислот и катехоламинов.
2. Выявлена возможность ионной жидкости С16М1тС1 в составе фонового электролита в концентрации, превышающей критическую концентрацию мицеллообразования, выступать в качестве псевдостационарной фазы и обеспечивать разделение нейтральных стероидных гормонов.
3. Предложен способ синтеза стабильного ковалентного покрытия стенок кварцевого капилляра на основе N-бутилимидазолиевой ионной жидкости, обеспечивший высокую воспроизводимость параметров миграции аналитов , и в сочетании с on-line концентрированием (свипинг с большим объемом вводимой пробы, свипинг с электростэкингом) позволивший снизить пределы обнаружения катехоламинов и аминокислот в 100-1500 раз по сравнению с немодифицированным капилляром.
4. Показано, что применение аминокислотной ионной жидкости [C4MIm][L- Pro] с хиральным анионом в качестве лиганда с солями меди (II) в составе фонового электролита (рН 12.2) позволяет разделять энантиомеры триптофана и тирозина с высокими значениями факторов разрешения (2.2-5.2).
5. Обнаружен синергетический эффект совместного введения в фоновый электролит системы хиральных селекторов ионной жидкости [C4MIm][L-Pro] и (2-гидроксипропил)-в-циклодекстрина, проявившийся в увеличении факторов разрешения энантиомеров ^-блокаторов (пропранолола и карведилола) в 1.5 раза.
6. Предложена схема пробоподготовки образцов мочи для электрофоретического определения аминокислот с извлечением в ионную жидкость G6MImNTf2 в качестве экстрагента со степенями извлечения 92 - 100 %. Пределы обнаружения 30-55 нг/мл.
7. Предложена схема пробоподготовки образцов мочи для электрофоретического определения стероидных гормонов, включающая дисперсионную микроэкстракцию в ионную жидкость C8MImBF4. Степени извлечения - 69-93% , пределы обнаружения - 8-12 нг/мл.