научная статья по теме МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ГИДРОКСИСТИЛЬБЕНОВ В ЦЕНТРИФУЖНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Химия

Текст научной статьи на тему «МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ГИДРОКСИСТИЛЬБЕНОВ В ЦЕНТРИФУЖНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ»

ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2014, том 50, № 1, с. 31-37

ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ^^^^^^^^^^ НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ

УДК 541.183

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ГИДРОКСИСТИЛЬБЕНОВ В ЦЕНТРИФУЖНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ © 2014 г. Д. В. Дзарданов, К. Е. Полунин, И. А. Полунина

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии

и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН Российская Федерация, 119071, Москва, Ленинский пр., 31. e-mail: polunina@phyche.ac.ru Поступила в редакцию 25.05.2013 г.

Методом центрифужной (радиальной) хроматографии изучена динамика процесса разделения смесей гидроксипроизводных транс-стильбена: 4-гидроксистильбена, 4,4'-дигидроксистильбена, а,а'-диэтил-4,4'-дигидроксистильбена (диэтилстильбэстрола) и 3,5,4'-тригидроксистильбена (рез-вератрола). Предложен алгоритм численного моделирования движения концентрационных фронтов гидроксистильбенов в условиях препаративной тонкослойной хроматографии на хроматотроне. Показано соответствие теоретических и экспериментальных результатов.

Б01: 10.7868/80044185614010021

ВВЕДЕНИЕ

Проблеме выделения биологически активных соединений из растительных экстрактов или продуктов органического синтеза, а также очистке и идентификации целевых соединений уделяется большое внимание в производстве фармацевтических и косметических препаратов, медицинской химии и химии природных соединений. Стильбе-ноиды, широко распространенные в растительном мире [1, 2], демонстрируют широкий спектр биологической и фармакологической активности — они оказывают противовоспалительное, кардио- и гепатопротекторное действие, проявляют антиок-сидантные и антивирусные свойства, могут подавлять рост и развитие раковых клеток, ингибируют агрегацию и коагуляцию составных частей крови, действуют на метаболизм липопротеинов [1—3].

Протокол получения гидроксистильбенов из растительных экстрактов и синтезированных смесей стильбеноидов обязательно включает стадию их препаративного выделения и очистки адсорбционными методами, в том числе, методами тонкослойной хроматографии (ТСХ) или высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) [4—6]. Интенсификация процесса разделения гидроксистильбенов в препаративных масштабах возможна с использованием производительных методов радиальной хроматографии, например, метода центрифужной ПТСХ с применением хроматотро-на, который получил широкое распространение в лабораторной практике благодаря быстроте и эффективности разделения смесей с минимальными затратами растворителя и сорбента [6—8].

Процессы движения веществ в хроматографи-ческих системах описывает теория неравновесной динамики адсорбции, или адсорбционной хроматографии, на основе решения уравнения материального баланса для соответствующих изотерм адсорбции. В [9—10] в асимптотическом приближении были получены математические выражения для выходных проявительных кривых в радиальной и осевой хроматографии, которые показывают тождественность их поведения. Однако эти уравнения могут быть использованы только в высокоэффективных процессах, когда относительная длина слоя адсорбента велика. На практике для хроматографического разделения смесей природных и синтетических органических соединений часто используют приборы с относительно тонкими слоями адсорбентов и колонки с относительно малыми длинами слоев. Модель слоя равновесной адсорбции, предложенная в [11—12], позволяет получать математические выражения для выходных проявительных кривых в различных вариантах хроматографии в широком интервале изменения концентрации и длины слоя адсорбента, включая относительно малые длины слоев адсорбента. В частности, в [13] была изучена проявительная динамика адсорбции по-лиэтоксилатов изо-нонилфенола на силикагеле в потоке декана и обнаружено соответствие теории и эксперимента. В последнее время, в рамках указанной дискретной модели получены непрерывные аналитические решения для линейной прояви-тельной хроматографии [14—17]. Практически важным представляется развитие основных положений этой теории применительно к радиальной

Значения удельных удерживаемых объемов (V™) транс-гидроксистильбенов при разном содержании этилацета-та (Хт — мольная доля) в подвижной фазе

Вещество Структурная формула Vm m Xm = 0.35 кл/мг Xm = 0.5

4'-гидроксистильбен 1.6 0.8

4,4'-дигидроксистильбен но—f J—J 3.2 1.6

а,а'-диэтил-4,4'-дигидроксистильбен (диэтилстильбэстрол) jr\2)~GroH HO \ /-\ ^^ 4.0 1.9

3,5,4'-тригидроксистильбен (резвера-трол) HO /==\ h/i>OH HO 14.4 4.6

хроматографии, когда в препаративных масштабах проводится разделение смесей веществ.

Адсорбционное взаимодействие гидрокси-стильбенов с поверхностью твердой фазы в настоящее время интенсивно изучается. В частности, в [18—21] были измерены константы адсорбции различных фенольных соединений, в том числе гид-роксистильбенов, на оксидах кремния, алюминия и титана, изучено влияние полярности органической среды и концентрации модификаторов в элюенте на процессы адсорбции и разделения.

Целью данной работы являлось создание рационального алгоритма численного моделирования динамического процесса разделения смесей в центрифужной хроматографии, а также моделирование этого процесса в случае препаративного разделения смесей гидроксистильбенов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объектами исследования служили химически чистые гидроксипроизводные транс-стильбена (табл. 1): 4-гидроксистильбен, 4,4'-дигидрокси-стильбен, а,а'-диэтил-4,4'-дигидроксистильбен (ди-этилстильбэстрол) и 3,5,4'-тригидроксистильбен (резвератрол) производства Acrus (Россия) и Sigma (США). В качестве компонентов подвижной фазы использовали н-гексан и этилацетат с маркировкой "for HPLC" фирмы Merck (Германия).

Адсорбционные свойства гидроксистильбенов определяли методом ВЭЖХ с нормальными фазами с помощью хроматографа Милихром-1А (Россия) с колонкой Силасорб-600 (80 х 2 мм), содержащей силикагель с размером частиц 5 мкм. Скорость подвижной фазы фазы (н-гексан с заданным содержанием этилацетата) составляла 50 мкл/мин. Детекция проводилась с помощью спектрофотометрического детектора, настроенного на характерную длину волны поглощения стильбеноидов (X = 274 нм). Исследования проводили при 21 ± 1°C.

Моделирование процесса препаративного разделения смесей синтетических стильбеноидов методом центрифужной ПТСХ проводили для хрома-тотрона Harrison Research 8924 со слоем адсорбента Silica gel 60 PF254 (размер частиц 200-400 мкм, Merck), нанесенного на стеклянную пластинку, закрепленную на центрифуге. Толщина слоя силика-геля на ТСХ пластинке — 0.1 см, скорость вращения пластинки — 700 об/мин, скорость подачи растворителя — 8 см3/мин. Подача растворителя происходит непрерывно и может регулироваться как автоматически, так и вручную. Разделение смеси стильбеноидов на хроматотроне происходит за счет разной скорости их движения, в результате чего на ТСХ пластинке образуются концентрические кольца разделяемых компонентов. Фракции

стильбеноидов, отобранные на выходе из хромато-трона, анализировались на чистоту и количество основного компонента методом ВЭЖХ с обращенными фазами на хроматографе Hewlett Packard 1050, оснащенном многоканальным диодно-матричным спекрофотометрическим детектором и колонкой Hypersil ODS С18 размером 125 х 4 мм. В качестве элюента использовалась смесь ацетонитрила с водным раствором 0.02 М КН2РО4 (рН = 2.5).

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Динамика процесса разделения смесей исследовалась путем выявления закономерностей движения концентрационных и адсорбционных фронтов веществ, адсорбирующихся из потока подвижной фазы, которая протекает через неподвижный слой адсорбирующего материала. Основными факторами, влияющими на разделение веществ в препаративной жидкостной хроматографии, являются химический состав и структура адсорбента, размер его частиц, геометрия колонки или пластинки с адсорбентом, а также состав, температура и скорость подачи растворителя (элюента), характер его взаимодействия с компонентами разделяемой смеси (элюатами), количество этой смеси и способ ее ввода. Эти параметры определяют селективность, разрешающую способность и скорость разделения в хроматографи-ческих системах.

Теория движения элюатов в колонках относительно малой длины и с постоянным ее сечением в настоящее время разработана достаточно надежно [11—12, 14—17]. Однако в условиях радиальной хроматографии развитие профиля проявительных кривых более сложное, т.к. оно сопровождается расширением сечения слоя адсорбента и, одновременно, изменением скорости движения подвижной фазы [9-10].

На рис. 1 приведена условная схема движения в хроматотроне хроматографической полосы пробы -элюента, содержащего смесь соединений, которую необходимо разделить. В конструкции хроматотро-на реализуется вариант проточной ТСХ. Под действием центробежной силы на ТСХ пластинке хроматотрона наблюдается разделение полосы пробы на несколько концентрических колец компонентов смеси, которые движутся с разной скоростью, зависящей от энергии их взаимодействия с элюентом и адсорбентом. Таким образом, движение элюента (пробы) осуществляется в колонке, имеющей форму кольца, в направлении от места ввода (круговая колонка с радиусом r) к периферии пластинки (круговая колонка с радиусом R).

Исходя из равенства анализируемых объемов элюента на входе и выходе из кольцевой колонки, ширину его хроматографических полос можно определить из следующих соотношений:

Рис. 1. Условная схема движения полосы пробы вещества, введенного в хроматотрон. Обозначения: г и Я — малый и большой радиусы слоя адсорбента (круговые колонки), ёц и йр — ширина хроматографиче-ских полос пробы на входе и выходе из хроматотрона.

Vq = nh[(R + d) - R2]

(2)

где к — высота (толщина) слоя адсорбента; Уд — объем вводимой пробы, содержащей смесь веществ; — ширина полосы вводимой пробы; йр— ширина полосы пробы, содержащей продукты разделения, на выходе из хроматотрона.

Решением этих квадратных уравнений будут их положительные корни:

dq = -Г +

df = -R +

г +

V,

п h'

R2 + V

п h

(3)

(4)

Vq = Пh [(Г + dq)2 - Г2] ,

(1)

Решения (3) и (4) представляют собой точные реше

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком