CC BY
1
УДК 543.544.5.068.7
Зуева Е.С.
магистрант 2 курса ТГУ, г. Тольятти, РФ
ЧИСТАЯ ВОДА КАК ПОДВИЖНАЯ ФАЗА В ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
Аннотация
Жидкостная хроматография представляет собой метод, который вызывает все больший интерес и все большее применение, например, в фармацевтической промышленности . Одновременно с увеличением количества проводимых анализов растет количество органических отходов, образующихся при работе с аппаратом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Поэтому ведутся поиски новых методов и материалов для достижения так называемой «зеленой» хроматографии. В следующем обзоре описан один из них, а именно замена вредных органических растворителей, таких как ацетонитрил , метанол или изопропанол, чистой водой, используемой в качестве единственного компонента подвижной фазы.
Ключевые слова
Чистая вода, жидкостная хроматография, полярная неподвижная фаза.
Zueva E. S.
2 st-year master's student of TSU, Togliatti, Russia
PURE WATER AS A MOBILE PHASE IN LIQUID CHROMATOGRAPHY TECHNOQUES
Annotation
Liquid chromatography is a technique that is gaining increasing interest and application, for example in the pharmaceutical industry. At the same time as the increase in the number of analyses performed, the amount of organic waste produced while working with high-performance liquid chromatography (HPLC) apparatus is growing. Therefore, new methods and materials are being searched for to achieve the so-called "green" chromatography. In the following review we describe one of them, specifically the replacement of harmful organic solvents such as acetonitrile, methanol or isopropanol, with pure water used as the sole component of the mobile phase.
Keywords
Pure water, liquid chromatography, polar-embedded stationary phase.
В настоящее время ведется поиск быстрых, простых и безопасных для окружающей среды методов ВЭЖХ-разделения. Колонки со стационарной фазой, используемые для разделения, обычно имеют внутренний диаметр (внутренний диаметр) 4,6 мм, длину 25 см и работают с расходом подвижной фазы от 1 до 1,5 мл/мин [1] . Эти условия приводят к тому, что каждый прибор для ВЭЖХ ежедневно производит более 1 литра сточных вод, которые приходится утилизировать как химические отходы. Хотя это количество отходов растворителя кажется небольшим по сравнению с промышленным производством, однако повсеместное распространение аппаратов для ВЭЖХ делает их значительными. Нередко одна фармацевтическая компания может работать с более чем 1000 аппаратов для ВЭЖХ. На предприятии ООО «Озон Фарм» 7 хроматографов для ВЭЖХ. Если добавить тот факт, что хроматографы для ВЭЖХ обеспечивают круглосуточную работу, то проблема с утилизацией отходов
должна решаться [2] .
Растворители, которые обычно используются для жидкостной хроматографии с обращенной фазой, такие как ацетонитрил, метанол, изопропанол, тетрагидрофуран и добавки (т.е. трифторуксусная кислота, которая очень экотоксична и медленно разлагается), являются основным продуктом вредных отходов. Поэтому важно найти методики ВЭЖХ, в которых указанные выше растворители заменены менее токсичными, такими как этанол [3] (этанол отнесен к «зеленым» растворителям из-за его низкой токсичности и возможности синтеза из возобновляемых источников), но главным образом потому, что его жизненный цикл оказывает незначительное воздействие на окружающую среду), вода [4], [5] , перегретая вода [6] , [7] или жидкая двуокись углерода [8].
Среди упомянутых выше разделение, проводимое с использованием чистой воды в качестве единственного элюента в ВЭЖХ, является основной темой данной статьи. Для проведения таких анализов необходимо применять соответствующие условия разделения и специальные колонки, позволяющие проводить селективное разделение вещества с таким высокополярным растворителем [9] .
Субкритическая вода как подвижная фаза. Термин «высокотемпературный» не имеет точного определения. Обычно это объясняется как «выше комнатной температуры» или «выше температуры кипения растворителя подвижной фазы», но также могут использоваться такие определения, как «выше 100°С» или «в диапазоне от 40°С до 200°С», которые можно найти в литературе [10], [11]. Интерес, связанный с температурой как ключевым параметром в жидкостной хроматографии, пока незначителен и не проявляется в рутинной лабораторной работе. Отсутствие коммерчески доступного оборудования, такого как колоночная печь, которая может достигать и поддерживать высокую температуру (до 200°С), а также дефицит термически стабильных стационарных фаз могут быть ограничениями этого метода. Большой спектр физико-химических параметров, на которые влияет температура, может отпугнуть аналитиков.
Перводная жидкостная хроматография. Устранение органических модификаторов из подвижной фазы в ЖК делает только воду и СО2 в до- или сверхкритическом состоянии единственными двумя флюидными средами, которые можно использовать в качестве полностью «зеленого» растворителя. Принимая во внимание воду, которая является предметом этой обзорной работы, регулирование температуры позволяет изменять элюотропную силу воды [12] . Однако все еще есть сомнения в стабильности как колонок, так и растворенных веществ при высокой температуре.
Вода как подвижная фаза при температуре окружающей среды. Использование полностью водной подвижной фазы при комнатной температуре является наиболее предпочтительной формой при рассмотрении вопроса об экологически чистой жидкостной хроматографии. Приблизительно под условиями окружающей среды понимаются анализы, выполненные при температуре ниже 60°С. Перводная жидкостная хроматография также рассматривается как разновидность этих методик. Было предложено новое название подкатегории для таких анализов - жидкостная хроматография с обращенной фазой только на воде [13] . Исследования в таких условиях проводились более трех десятков лет назад [14].
Аналитические методы, представленные в данном обзоре, доказывают, что разделение с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием чистой воды в качестве подвижной фазы вполне достижимо. Существуют разные подходы, но все они основаны на выборе условий анализа, стационарной фазы или возможных добавок к подвижной фазе. Изменение условий основано на повышении температуры, благодаря чему вода имеет различные физические и химические свойства. Изменяются его полярность, диэлектрическая проницаемость, вязкость, поверхностное натяжение и многие другие свойства. Растворимость аналитов, которые при комнатной температуре могут быть нерастворимы в таком сильно полярном растворителе, тоже меняется. Неподвижная фаза должна обладать соответствующими свойствами, в частности водоустойчивостью, термической
стабильностью и селективностью по отношению к смесям соединений разной полярности. Таким образом, получают ряд неподвижных фаз на основе кремнезема, углерода, полимеров или оксидов металлов. Добавки к подвижной фазе в виде кислот или соединений, регулирующих рН (буферы), обеспечивают более селективное разделение и часто способствуют сокращению времени анализа. Список использованной литературы:
1. R.E. Majors, Current trends in HPLC column usage, LC GC N Am. 30 (2012), 20, 22, 24, 26, 28, 30-32, 34.
2. C.J. Welch, N. Wu, M. Biba, R. Hartman, T. Brkovic, X. Gong, R. Helmy, W. Schafer, J. Cuff, Z. Pirzada, L. Zhou, Greening analytical chromatography, TrAC e Trends Anal. Chem. 29 (2010) 667-680.
3. K. Chen, F. Lynen, M. De Beer, L. Hitzel, P. Ferguson, M. Hanna-Brown, P. Sandra, Selectivity optimization in green chromatography by gradient stationary phase optimized selectivity liquid chromatography, J. Chromatogr. A. 1217 (2010) 7222-7230.
4. M. Furusawa, K. Kishida, Determining sulfamethazine in pork using HPLC with a 100% water mobile phase, LC GC N Am. 22 (2004) 1092-1096.
5. N. Furusawa, E. Tsumatani, Green HPLC with 100% water eluent for analysing melamine in milk, LC GC Eur. 25 (2012) 292-298.
6. Y. Yang, Subcritical water chromatography: a green approach to hightemperature liquid chromatography, J. Sep. Sci. (2007).
7. R.M. Smith, Superheated water chromatography e a green technology for the future, J. Chromatogr. A. 1184 (2008) 441-455.
8. A.S. Pereira, A.J. Giron, E. Admasu, P. Sandra, Green hydrophilic interaction chromatography using ethanol-water-carbon dioxide mixtures, J. Sep. Sci. 33 (2010) 834-837.
9. D. Satinsky, I. Brabcov a, A. Marouskova, P. Chocholou s, P. Solich, Green chromatography separation of analytes of greatly differing properties using a polyethylene glycol stationary phase and a low-toxic water-based mobile phase, Anal. Bioanal. Chem. 405 (2013) 6105-6115.
10.T. Greibrokk, T. Andersen, High-temperature liquid chromatography, J. Chromatogr. A. 1000 (2003) 743-755. 11.S. Heinisch, J.L. Rocca, Sense and nonsense of high-temperature liquid chromatography, J. Chromatogr. A. 1216 (2009) 642-658.
12.R.M. Smith, Superheated water: the ultimate green solvent for separation science, Anal. Bioanal. Chem. 385 (2006) 419-421.
13.M.D. Foster, R.E. Synovec, Reversed phase liquid chromatography of organic hydrocarbons with water as the mobile phase, Anal. Chem. 68 (1996) 2838-2844.
14.L.F. Colwell, R.A. Hartwick, Synthesis of non-porous silica supports for HPLC from porous silica gels, J. High Resolut. Chromatogr. 9 (1986) 304-305.
© Зуева Е.С., 2023
