Пористый графитированный углерод впервые был применён в качестве неподвижной фазы для ВЭЖХ в конце прошлого века. Адсорбент представляет собой пористые сферические частицы, состоящие из плоских слоёв гексагонально-выстроенных атомов углерода, электроны которых имеют sp2- гибридизацию. В отличие от графита, ПГУ не имеет упорядоченности по перпендикулярной этим слоям оси, потому что синтезируется из силикогеля.
«Эксперименты показали, что ПГУ можно использовать для разделения разных классов соединений, отличающихся по строению и полярности: кислородсодержащих соединений, углеводов, нуклеотидов и др. Также была задокументирована высокая стабильность ПГУ при разных давлениях, температурах и pH, в том числе в сильнощелочных средах. Удерживание неполярных молекул на ПГУ определяется дисперсионными взаимодействиями и стерическим эффектом, за счет которого неразветвленные заместители и плоские части молекул эффективнее приближаются к поверхности углеродных слоев, а разветвленные и неплоские молекулы элюируются. Для ПГУ характерно проявление полярного эффекта – усиленное удерживание молекул с ненулевым дипольным моментом за счет взаимодействия дипольных зарядов анализируемых молекул с поляризуемой электронной пи-системой графита. Полярные и неполярные соединения на ПГУ могут разделяться одновременно из-за того, что они взаимодействуют с разными частями поверхности сорбента. Таким образом, пористый графитированный углерод обещал стать идеальным сорбентом, на котором можно разделять практически любые смеси, варьируя состав подвижной фазы, – сказала Оксана Гриневич. – По крайней мере, так это выглядело в теории».
Особенно популярным пористый графитированный углерод стал после появления на рынке «гиперкарба» – коммерческого адсорбента, производимого компанией ThermoScientific. Однако же, в последние годы количество исследований с применением ПГУ сильно снизилось. Среди возможных причин можно назвать высокую, по сравнению с другими адсорбентами, стоимость гиперкарба и развитие других методик, например, гидрофильной хроматографии. Кроме того, в последнее время специалисты предпочитают добиваться разделения, влияя на подвижную фазу, а не обращаясь к другому типу адсорбента.
«Изучив литературу, мы обнаружили, что свойства поверхности гиперкарба могут меняться в ходе его использования, – отметила Оксана Гриневич. – Если проводится длительный рутинный анализ и неожиданно выясняется, что разделение стало хуже, это может повлиять на желание специалистов работать с данным адсорбентом. Изучение литературных данных показало, что не для всех типов соединений удерживание на ПГУ было хорошо изучено. Особенно это касается азотсодержащих гетероциклических соединений, для которых на ПГУ наблюдалось повышение селективности разделения и изменение порядка удерживания».
Азотсодержащие гетероциклические соединения (пуриновые основания, входящие в состав нуклеотидов, пестициды и др.) очень важны для хозяйственной деятельности, потому что большинство из них является биологически активными веществами.
«Согласно теории, для гиперкарба стерические эффекты должны иметь определяющее значение, и размер и природа алкильных заместителей должны определять удерживание. В нашей работе методом ВЭЖХ с ультрафиолетовым детектированием мы исследовали пять известных гербицидов, и эффективность разделения на ПГУ оказалась выше, чем на другом известном адсорбенте – октодецилсиликогеле, – рассказала Оксана Гриневич. – Однако мы получили неожиданные результаты: удерживание увеличивалось при уменьшении размера молекулы. Если бы удерживание определялось только размером и природой заместителей, порядок был бы другой. Таким образом, мы опровергли утверждение, что стерический эффект автоматически является превалирующим. Возможное объяснение обнаруженного эффекта состоит в том, что, если объёмный алкильный заместитель загораживает аминогруппу от поверхности графита, атом азота с его неподеленной электронной парой слабо взаимодействует с этой поверхностью, несмотря на возникающий дипольный момент. Поэтому такая молекула элюируется с поверхности быстрее».
В докладе также было показано, что эффект снижения эффективности разделения на гиперкарбе не критический и обратимый, если подобрать особую систему элюентов для поддержания рабочего состояния хроматографической колонки.
«Углеродные материалы – прекрасный материал для изучения фундаментальных взаимодействий на границе сорбат-сорбент, особенно для азотсодержащих гетероциклических соединений, которых в наше время синтезируется огромное количество, – подвела итог Оксана Гриневич. – В данной работе мы хотели по-новому взглянуть на свойства пористого графитированного углерода и возможности его применения в настоящее время. Это эффективный адсорбент для биомедицинского анализа. Разработанные для него методики отлично совместимы с масс-спектрометрическим детектированием, поэтому можно проводить исследования при низких концентрациях целевых веществ».
Материал подготовлен: Ольга Макарова / Пресс-служба ИФХЭ РАН
Редакторская правка: Кулькова Татьяна / Администратор сайта ИФХЭ РАН