ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 70, № 3, с. 256-266
= ОБЗОРЫ
УДК 543.054:543.544.054.9
МОЛЕКУЛЯРНО-ИМПРИНТИРОВАННЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ НОСИТЕЛИ В ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ И ТВЕРДОФАЗНОЙ ЭКСТРАКЦИИ © 2015 г. Д. А. Полянина, М. К. Беклемишев1
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет
119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 3 1Е-таИ: mkb@analyt.chem.msu.ru Поступила в редакцию 12.05.2014 г., после доработки 09.09.2014 г.
Селективное концентрирование аналитов или групп родственных аналитов часто бывает полезным при анализе биообъектов, объектов окружающей среды и других объектов сложного состава. Задача селективного распознавания аналитов может быть решена с использованием метода молекулярного импринтинга, который завоевывает позиции как альтернатива использованию биологических распознающих агентов, например антител, помогая избежать присущих им недостатков. Использование молекулярно-импринтированных материалов в качестве сорбентов для твердофазной экстракции и высокоэффективной жидкостной хроматографии позволяет повысить селективность определения аналитов в сложных матрицах. Данный обзор посвящен рассмотрению способов получения молекулярных отпечатков на поверхности неорганических матриц, в том числе наноструктуриро-ванных, и применению этих материалов в анализе.
Ключевые слова: молекулярный импринтинг, неорганические сорбенты, молекулярное распознавание, твердофазная экстракция, высокоэффективная жидкостная хроматография.
Б01: 10.7868/80044450215030160
Для анализа лекарственных препаратов, биологических образцов и объектов окружающей среды существует потребность в разработке новых, высоко селективных и чувствительных аналитических методик. Для обеспечения селективности используют подходы, основанные на специфичном распознавании и аффинности, свойственной биомолекулам, например, антителам. При этом перспективной и выгодной альтернативой природным рецепторным системам являются молекулярно-импринтированные сорбенты. Интерес к методу молекулярного импринтинга не падает; опубликованы тысячи работ, созданы сотни селективных импринтированных материалов для многих областей химии (катализ, хроматография, иммунный анализ, хемосенсоры и т.д.) и самых разных целевых молекул [1—7]. Опубликована монография Пилетского [1] и сводка обзоров работ в данной области [3]. По сравнению с биомолекулами носители с молекулярными отпечатками более устойчивы и подходят для разработки аналитических методик, в которых используют жесткие условия [7-9].
Еще несколько десятилетий назад было показано, что молекулярно-импринтированные сорбенты можно использовать в качестве неподвижной
фазы для ВЭЖХ. В 1970-х гг. такая возможность была продемонстрирована при разделении смеси энантиомеров сахаров [10]. В настоящее время большой интерес уделяют применению таких материалов в ВЭЖХ и твердофазной экстракции (ТФЭ), как сорбентов, селективных к целевому аналиту или целой группе структурных аналогов [5, 6, 8].
Классический метод получения импринтиро-ванных сорбентов - полимеризация в массе, т.е. сшивание комплекса темплат-мономер в сетчатую структуру за счет полимеризации или поликонденсации, после чего полученный твердый полимер механически измельчают и удаляют тем-плат. Однако в результате такого подхода частицы получаются неоднородными по размеру и распределению сайтов связывания, располагающихся глубоко в матрице полимера и труднодоступных для аналита [9, 11, 12]. Дальнейшие исследования были направлены на получение поверхностно-импринтированных материалов [12-14].
Матрицы молекулярно-импринтированных сорбентов могут быть как органическими (получаемыми, например, методами эмульсионной или преципитационной полимеризации), так и неорганическими. В данном обзоре рассмотрены способы получения импринтированных сор-
бентов формированием селективного слоя на поверхности частиц неорганических носителей на примере кремнезема, оксида титана(ГУ) и магнетита, которые далее используют в качестве неподвижной фазы в колоночной ВЭЖХ или в ТФЭ при пробоподготовке перед хроматографи-рованием.
МОЛЕКУЛЯРНО-ИМПРИНТИРОВАННЫЕ
ЧАСТИЦЫ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗЕМА
Первые работы по изучению адсорбционных свойств материалов с молекулярной памятью были проведены, по-видимому, в 1930-х гг. группой Полякова именно с кремнеземом, частицы которого получали полимеризацией силиката натрия [15]. Применение сорбентов на основе кремнезема также началось на ранней стадии изучения молекулярного импринтинга. В начале 1950-х гг. Керти и коллеги [14, 16, 17] показали стереоселектив-ность импринтированного кремнезема по отношению к энантиомерам миндальной и сульфокам-форной кислот при использовании его в качестве неподвижной фазы в колоночной хроматографии. В 1960-х гг. такие работы проводились и в Советском Союзе [18].
В конце 1970-х Сагив [19, 20] предложил новый способ получения импринтированного кремнезема путем адсорбции темплата на его поверхности в присутствии октадецилтриметоксисилана, химически взаимодействующего с поверхностью SiO2. При этом образовывались частицы недериватизи-рованного кремнезема с участками поверхности, комплементарными темплату.
Развитие методов контроля морфологии поверхности частиц при импринтинге привело к разработке самых разных подходов в этой области. Мосбах [21] модифицировал поверхность частиц кремнезема метакриловыми группами, к которым привит комплекс темплат—мономер. Темплатом служил белок — рибонуклеаза А, за счет металл-координационных связей образующая комплекс с металл-хелатным мономером — ^(4-винил)бен-зилиминодиуксусной кислотой и ионами меди(П). Применение таких однородных по размеру частиц в качестве неподвижной фазы для ВЭЖХ позволяло достичь приемлемого потока через хроматогра-фическую колонку по сравнению с осколочными частицами нерегулярного размера, получаемыми после измельчения монолитного импринтирован-ного материала.
Благодаря своей стабильности, подходящим физическим свойствам и простоте дериватизации кремнезем стал наиболее часто используемым материалом при получении частиц ядро-оболочка (core-shell). Использование таких частиц в качестве неподвижной фазы для ВЭЖХ показало, что они быстро связывают аналит благодаря эф-
фективной диффузии. К тому же сферические частицы регулярного размера лучше подходят для набивания колонок, чем осколочные.
Существует несколько вариантов прививки им-принтированного слоя на поверхность частиц кремнезема. В ранних работах кремнезем модифицировали винильными группами, а дальнейшее добавление к нему полимеризационной смеси (мономер, темплат, сшиватель и инициатор) приводило к формированию слоя импринтированного полимера вокруг частиц [14, 22—25]. Однако наряду с образованием полимерной оболочки возможен побочный процесс полимеризации в массе; сложность также состоит в контроле толщины образующегося на кремнеземе импринтированного слоя. Избежать этих недостатков удалось в работах Селлергена [26] путем ковалентной модификации поверхности кремнезема азоинициатором. Ограничив присутствие инициирующих радикалов только твердым носителем при отсутствии свободных переносчиков цепи в растворе, удалось добиться удлинения цепи полимера преимущественно на частицах кремнезема с минимальной долей полимеризации в растворе. Удалось получить очень тонкий слой импринтированного полимера толщиной около 0.8 нм.
Описано применение частиц, полученных данным способом, в качестве неподвижной фазы для ВЭЖХ при определении гербицидов. При этом показана не только селективность сорбента по отношению к темплату — пропазину (импринтинг-фактор, ИФ, равен 6), но и к родственным соединениям (импринтинг-факторы от 0.4 до 4.2), при этом времена удерживания значительно различаются, что позволяет выполнить хроматографиче-ское разделение их смеси [27].
Улучшение формы хроматографических пиков при использовании в качестве сорбента частиц кремнезема, импринтированных путем полимеризации с привитым инициатором, показано на примере ВЭЖХ-анализа смеси девяти бета-бло-каторов [28]. Характеристики методики сравнимы с характеристиками для молекулярно-им-принтировнных полимеров (МИП), полученных путем полимеризации в суспензии в виде сферических частиц. Отмечено, что на поверхности частиц полимер присутствует лишь в малой степени; значительная его часть находится в порах.
Разработан особый вид инициаторов — ини-фертеры (iniferter: INItiator — transFER agent — TERminator), которые в ходе реакции образуют два типа радикалов: одни инициируют полимеризацию, другие переносят радикальный центр и обрывают цепь путем рекомбинации [29—32]. Модифицирование поверхности частиц инифер-терами позволяет осуществлять полимеризацию только в месте их иммобилизации на поверхности частиц, при этом полностью исключается поли-
меризация в растворе. Пример использования такого метода рассмотрен в работе [31] при получении отпечатков сульфаметазина. При анализе смеси родственных соединений селективность полученного таким способом импринтированного сорбента по отношению к аналиту выше, чем для неимприн-тированного (фактор разделения сульфаметазина и родственных соединений составил 1.7, ИФ = 1.56). Импринтированный сорбент позволяет хромато-графически разделить эти соединения. Предел обнаружения составил 25 нг/мл, что позволило определять 8 нг/мл сульфаметазина в молоке после концентрирования.
Описана [32] возможность применения частиц, синтезированных при использовании иммобилизованного инифертера, в качестве сорбента для ВЭЖХ. Полученные колонки обладают большим числом теоретических тарелок по сравнению с колонками на основе частиц ядро—оболочка, однако при определении тиабендазола — противогрибкового средства, используемого при хранении фруктов и овощей, — воспроизводимость времен удерживания и площадей пиков ниже. Предел обнаружения тиабендазола составляет 0.03 мг/мл, что позволяет проводить анализ реальных объектов.
Иммобилизован может быть и сам темплат, при этом образование слоя импринтированного полимера внутри пористой структуры кремнезема и последующее растворение SiO2 приводит к образо
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.