Научная статья на тему 'МОДИФИЦИРОВАНИЕ СИЛИКАГЕЛЯ КОМПЛЕКСАМИ НИКЕЛЯ(II) С АЗОТ- И КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГАНДАМИ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ'

МОДИФИЦИРОВАНИЕ СИЛИКАГЕЛЯ КОМПЛЕКСАМИ НИКЕЛЯ(II) С АЗОТ- И КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГАНДАМИ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
91
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ / ХЕЛАТСОДЕРЖАЩИЕ СОРБЕНТЫ / КОМПЛЕКСЫ НИКЕЛЯ(II) / 8-ОКСИХИНОЛИН / 1-ФЕНИЛАЗО-2-НАФТОЛ / 2-НИРОЗО-1-НАФТОЛ / ХРОМАТОГРАФИЧЕСКАЯ ПОЛЯРНОСТЬ / GAS CHROMATOGRAPHY / CHELATE-CONTAINING SORBENTS / NICKEL(II) COMPLEXES / 8-HYDROXYQUINOLINE / 1-PHENYLAZO-2-NAPHTHOL / 2-NITROSO-1-NAPHTHOL / CHROMATOGRAPHIC POLARITY

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Бугаева Александра Игоревна, Слижов Юрий Геннадьевич

Получены газохроматографические сорбенты на основе Силохрома С-80, адсорбционно модифицированные 8-оксихинолинатом, 1-фенилазо-2-нафтолатом, 2-нитрозо-1-наф-толатом никеля(II). Установлено, что термическая устойчивость хелатсодержащих сорбентов (до 170-350 °С) достаточна для осуществления газохроматографических разделений. ИК- и КР-спектры полученных материалов подтвердили успешность процессов комплексообразования при синтезе комплексных соединений никеля(II) и сохранение координационных связей после нанесения хелатов на силикагель. Исследованы характеристики поверхности и пористой структуры приготовленных сорбентов. В результате адсорбционного модифицирования Силохрома С-80 хелатами никеля(II) величина его площади удельной поверхности (84 м2/г) уменьшается на 12-32 м2/г наряду со снижением средних размеров пор, что указывает на закрепление модификаторов на краях крупных пор. Показано, что модифицирование Силохрома С-80 8-оксихинолинатом, 1-фенилазо-2-нафтолатом, 2-нитрозо-1-нафтолатом никеля(II) оказывает существенное влияние на хроматографическую полярность и селективность сорбентов. Присутствие в составе 2-нитрозо-1-нафтолата никеля(II) полярной нитрозо-группы делает более доступным металлический центр для донорно-акцепторных взаимодействий с сорбатами (пиридином, карбонильными соединениями). Также нитрозо-группа проявляет активность при образовании водородных связей со спиртами, что затрудняет их элюирование при температурах колонки ниже 170 °С. Наибольшее сродство к представителям гомологического ряда аренов проявляет силохром, модифицированный комплексом никеля(II) c наименее объемными 8-оксихинолинатными лигандами, что приводит к увеличению времен удерживания ароматических и полиароматических соединений наряду с возрастанием селективности сорбента. Показана возможность практического применения хроматографической колонки, заполненной Силохромом С-80 с нанесенным 8-оксихинолинатом никеля(II) для газохроматографического (ДИП) разделения смесей полиароматических соединений в режиме программирования температуры.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Бугаева Александра Игоревна, Слижов Юрий Геннадьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SILICA GEL MODIFICATION BY NICKEL(II) COMPLEXES WITH NITROGEN- AND OXYGEN-CONTAINING ORGANIC LIGANDS FOR GAS CHROMATOGRAPHY

Gas chromatographic sorbents based on Siloсhrome S-80 adsorptively modified with 8-hydroxyquinolinate, 1-phenylazo-2-naphtholate and 2-nitroso-1-naphtholate of nickel(II) have been obtained. It has been established that the thermal stability (up to 170-350 °C) of chelate-containing sorbents is sufficient for carrying out gas chromatographic separations. The IR and Raman spectra of the obtained materials confirmed the success of the complexation processes in the synthesis of complex nickel(II) compounds and the retention of coordination bonds after the deposition of chelates on silica gel. The characteristics of the surface and the porous structure of the prepared sorbents are investigated. As a result of adsorptive modification of Silochrome S-80 with nickel(II) chelates, it's specific surface area (84 m2/g) decreases by 12-32 m2/g along with a decrease in the average pore size, which indicates the fixation of modifiers at the edges of large pores. It was shown that modification of Silochrome S-80 with 8-hydroxyquinolinate, 1-phenylazo-2-naphtholate, 2-nitroso-1-naphtholate of nickel(II) has a significant effect on the chromatographic polarity and selectivity of sorbents. The presence of a polar nitroso-groups in the composition of nickel(II) 2-nitroso-1-naphtholate makes the metal center more accessible for donor-acceptor interactions with sorbates (pyridine, carbonyl compounds). Also, the nitroso-group is active in the formation of hydrogen bonds with alcohols, which complicates their elution at column temperatures below 170 °C. The greatest affinity to the homologous of arenes is shown by silochrome modified by a nickel(II) complex with the least bulky 8-hydroxyquinolinate ligands, which leads to an increase in the retention times of aromatic and polyaromatic compounds along with an increase of the sorbent selectivity. The possibility of practical application of a chromatographic column filled with Silochrome S-80 with deposited nickel(II) 8-hydroxyquinolinate for gas chromatographic (FID) separation of mixtures of polyaromatic compounds in the temperature programming mode is shown.

Текст научной работы на тему «МОДИФИЦИРОВАНИЕ СИЛИКАГЕЛЯ КОМПЛЕКСАМИ НИКЕЛЯ(II) С АЗОТ- И КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГАНДАМИ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ»

ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. Т 64 (1)_Серия «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»_2021

V 64 (1) ChemChemTech 2021

IZVESTIYA VYSSHIKH UCHEBNYKH ZAVEDENII KHIMIYA KHIMICHESKAYA TEKHNOLOGIYA

DOI: 10.6060/ivkkt.20216401.6299 УДК: 543.544.45

МОДИФИЦИРОВАНИЕ СИЛИКАГЕЛЯ КОМПЛЕКСАМИ НИКЕЛЯ(Н) С АЗОТ- И КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГАНДАМИ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

А.И. Бугаева, Ю.Г. Слижов

Александра Игоревна Бугаева*, Юрий Геннадьевич Слижов

Химический факультет, Томский государственный университет, пл. Ленина, 36, Российская Федерация,

634050

E-mail: sandra_tsu@mail.ru*, decan@xf.tsu.ru

Получены газохроматографические сорбенты на основе Силохрома С-80, адсорбци-онно модифицированные 8-оксихинолинатом, 1-фенилазо-2-нафтолатом, 2-нитрозо-1-наф-толатом никеля(П). Установлено, что термическая устойчивость хелатсодержащих сорбентов (до 170-350 °С) достаточна для осуществления газохроматографическихразделений. ИК- и КР-спектры полученных материалов подтвердили успешность процессов комплексо-образования при синтезе комплексных соединений никеля(П) и сохранение координационных связей после нанесения хелатов на силикагель. Исследованы характеристики поверхности и пористой структуры приготовленных сорбентов. В результате адсорбционного модифицирования Силохрома С-80 хелатами никеля(П) величина его площади удельной поверхности (84 м2/г) уменьшается на 12-32 м2/г наряду со снижением средних размеров пор, что указывает на закрепление модификаторов на краях крупных пор. Показано, что модифицирование Силохрома С-80 8-оксихинолинатом, 1-фенилазо-2-нафтолатом, 2-нитрозо-1-нафтолатом никеля(П) оказывает существенное влияние на хроматографическую полярность и селективность сорбентов. Присутствие в составе 2-нитрозо-1-нафтолата никеля(П) полярной нитрозо-группы делает более доступным металлический центр для донорно-акцепторных взаимодействий с сорбатами (пиридином, карбонильными соединениями). Также нитрозо-группа проявляет активность при образовании водородных связей со спиртами, что затрудняет их элюирование при температурах колонки ниже 170 °С. Наибольшее сродство к представителям гомологического ряда аренов проявляет силохром, модифицированный комплексом никеля(П) c наименее объемными 8-оксихинолинатными лигандами, что приводит к увеличению времен удерживания ароматических и полиароматических соединений наряду с возрастанием селективности сорбента. Показана возможность практического применения хроматографической колонки, заполненной Силохромом С-80 с нанесенным 8-оксихинолина-том никеля(П) для газохроматографического (ДИП) разделения смесей полиароматических соединений в режиме программирования температуры.

Ключевые слова: газовая хроматография, хелатсодержащие сорбенты, комплексы никеля(П),

8-оксихинолин, 1-фенилазо-2-нафтол, 2-нирозо-1-нафтол, хроматографическая полярность

SILICA GEL MODIFICATION BY NICKEL(II) COMPLEXES WITH NITROGEN- AND OXYGEN-CONTAINING ORGANIC LIGANDS FOR GAS CHROMATOGRAPHY

A.I. Bugaeva, Yu.G. Slizhov

Aleksandra I. Bugaeva*, Yuriy G. Slizhov

Department of Chemistry, Tomsk State University, Lenin sqr., 36, Tomsk, 634050, Russia E-mail: sandra_tsu@mail.ru*, decan@xf.tsu.ru

Gas chromatographic sorbents based on Silochrome S-80 adsorptively modified with 8-hy-droxyquinolinate, 1-phenylazo-2-naphtholate and 2-nitroso-1-naphtholate of nickel(II) have been obtained. It has been established that the thermal stability (up to 170-350 °C) of chelate-containing sorbents is sufficient for carrying out gas chromatographic separations. The IR and Raman spectra of the obtained materials confirmed the success of the complexation processes in the synthesis of complex nickel(II) compounds and the retention of coordination bonds after the deposition of che-lates on silica gel. The characteristics of the surface and the porous structure of the prepared sorbents are investigated. As a result of adsorptive modification of Silochrome S-80 with nickel(II) chelates, it's specific surface area (84 m2/g) decreases by 12-32 m2/g along with a decrease in the average pore size, which indicates the fixation of modifiers at the edges of large pores. It was shown that modification of Silochrome S-80 with 8-hydroxyquinolinate, 1-phenylazo-2-naphtholate, 2-nitroso-1-naphtholate of nickel(II) has a significant effect on the chromatographic polarity and selectivity of sorbents. The presence of a polar nitroso-groups in the composition of nickel(II) 2-nitroso-1-naphtholate makes the metal center more accessible for donor-acceptor interactions with sorbates (pyridine, carbonyl compounds). Also, the nitroso-group is active in the formation of hydrogen bonds with alcohols, which complicates their elution at column temperatures below 170 °C. The greatest affinity to the homologous of arenes is shown by silochrome modified by a nickel(II) complex with the least bulky 8-hydroxyquinolinate ligands, which leads to an increase in the retention times of aromatic and polyaromatic compounds along with an increase of the sorbent selectivity. The possibility of practical application of a chromatographic column filled with Silochrome S-80 with deposited nickel(II) 8-hydroxyquinolinate for gas chromatographic (FID) separation of mixtures of polyaromatic compounds in the temperature programming mode is shown.

Key words: gas chromatography, chelate-containing sorbents, nickel(II) complexes, 8-hydroxyquinoline, 1-phenylazo-2-naphthol, 2-nitroso-1-naphthol, chromatographic polarity

Для цитирования:

Бугаева А.И., Слижов Ю.Г. Модифицирование силикагеля комплексами никеля(П) с азот- и кислородсодержащими органическими лигандами для газовой хроматографии. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2021. Т. 64. Вып. 1. С. 59-66 For citation:

Bugaeva A.I., Slizhov Yu.G. Silica gel modification by nickel(II) complexes with nitrogen- and oxygen-containing organic ligands for gas chromatography. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2021. V. 64. N 1. P. 59-66

ВВЕДЕНИЕ

Развитие теоретического подхода к выбору модификаторов для получения хроматографиче-ских сорбентов с прогнозируемыми значениями полярности и селективности является одной из актуальных задач современной хроматографии [1-4]. Насадочные колонки по-прежнему активно используются для газохроматографического контроля сырья и продукции химической, нефтехимической промышленности и других отраслей [5-6],

что требует широкого набора сорбционных материалов, аналитические характеристики которых позволяют осуществлять надежный и экспрессный газохроматографический анализ. Модифицирование силикагеля термостабильными хелатами переходных металлов и комплексное экспериментальное исследование их физико-химических свойств является перспективным направлением [7-10], так как внутрикомплексные модификаторы за счет способности к специфическим межмолекулярным взаимодействиям с адсорбатами позволяют целе-

направленно регулировать полярность и селективность хроматографических материалов.

Применение в качестве модификаторов для хроматографических сорбентов плоских или окта-эдрических комплексов переходных металлов и азот-, кислородсодержащих органических лиган-дов с ароматическими фрагментами в структуре, выгодно ввиду наличия в их молекулах сразу нескольких активных центров. Комплексы никеля(П) с доступными аналитическими реагентами, такими как 8-оксихинолин, 1-фенилазо-2-нфтол и 2-нит-розо-1-нафтол характеризуются плоской квадратной координацией [11-13], что обеспечивает доступность электронодонорных атомов азота, кислорода, а также п-систем и комплексообразующих ионов металлов для межмолекулярных взаимодействий с сорбатами непосредственно в ходе газохро-матографического разделения.

Работа посвящена изучению влияния состава и размеров лигандов в комплексных соединениях никеля(П) на хроматографические и сорбци-онные свойства модифицированного ими силикагеля.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

В качестве основы для приготовления хе-латсодержащих хроматографических материалов применяли силикагель марки Силохром С-80 (фракция 0,200-0,355 мм, ХромЛаб). С использованием солей никеля(П) и соответствующих лиган-дов синтезированы модификаторы по известным методикам: 8-оксихинолинат (Ni(Oxh)2) [14], 1-фе-нилазо-2-нафтолат (Ni(SudanI)2) [12] и 2-нирозо-1-нафтолат (Ni(2-nqo)2) [13] никеля(П). Комплексные соединения наносили на поверхность Силохрома С-80 (4% от массы твердого носителя) из раствора (в хлороформе для Ni(SudanI)2, диметилформамиде для Ni(Oxh)2 и Ni(2-nqo)2) методом постепенного испарения растворителя.

Синтезированные комплексные соединения и модифицированные ими сорбенты (С-80 + Ni(Oxh)2, С-80 + Ni(SudanI)2, С-80 + Ni(2-nqo)2) были изучены методами ИК- и КР-спектроскопии с использованием спектрометров «Cary 600» (Agilent Technologies) и «Senterra» (Bruker) соответственно. Термическая устойчивость полученных материалов установлена методом термогравиметрического анализа («STA 449C» (Netzsch-Gerätebau GmbH)) в интервале температур 25-600 °C со скоростью нагрева 10 ^/мин в воздушной и в инертной атмосферах. Поверхность исходного и хелатсодержа-щих силохромов исследована методами растровой электронной микроскопии («Hitaci TM 3000») с

приставкой для энергодисперсионного микроанализа («QUANTAX 70»). Методом низкотемпературной адсорбции азота («TriStar 3020» (Micrometrics)) определены площади удельной поверхности ^уд) сорбентов (многоточечным методом БЭТ) и параметры пористой структуры (программным методом BJH).

Модифицированными сорбентами заполняли металлические насадочные колонки 1000^3 мм (Agilent). Исследование хроматографических свойств хелатсодержащих силохромов проводили на газовом хроматографе «МАЭСТРО 7820» (Agilent Technologies) с пламенно-ионизационным детектором, газ-носитель - гелий (объемная скорость 30 мл/мин), объем проб адсорбатов не превышал 0,05 мкл. Обработка хроматографических данных проведена согласно [15], расчет термодинамических характеристик адсорбции тестовых соединений осуществляли из температурных зависимостей констант Генри [16-17].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В ИК спектрах комплексных соединений и модифицированных ими сорбентов (рис. 1) присутствуют полосы поглощения, отвечающие колебаниям связей соответствующих лигандов (для Ni(SudanI)2 результаты обсуждались в работе [18]). Спектр 8-оксихинолината Ni(II) содержит полосы поглощения, относящиеся к валентным колебаниям v(C-H) связей, в области 3070-3020 см-1, колебаниям C=C и C=N связей хинолиновых колец с максимумами в области 1650-1420 см-1, v(C-O) в области 1230-1100 см-1. В ИК спектре комплекса никеля(П) c 2-нитрозо-1-нафтолом по сравнению со спектром несвязанного лиганда (2-nqoH) наблюдается сдвиг валентных колебаний связей C=O и C=N в область меньших волновых чисел (1604 см-1 и 1595 см-1 для Ni(2-nqo)2, 1664 и 1628 см-1 для 2-nqoH). Полосы поглощения, отвечающие валентным и деформационным колебаниям связей O-H (3195 см-1 и 1064 см-1 соответственно), присутствуют только в ИК спектре исходного 2-нит-розо-1-нафтола.

В КР спектрах 8-оксихинолината, 1-фе-нилазо-2-нафтолата и 2-нитрозо-1-нафтолата ни-келя(И) наблюдаются полосы поглощения, относящиеся к валентным и деформационным колебаниям связей M-O, M^N (500-200 см-1), которые отсутствуют в спектрах несвязанных лигандов и сохраняются после нанесения хелата на поверхность Силохрома С-80 (рис. 2).

2 - Ni(Oxh)2, 3 - Ni(2-nqo)2, 4 - 2-nqoH Fig. 1. IR spectra of the studied samples; 1 - С-80 + Ni(Oxh)2, 2 - Ni(Oxh)2, 3 - Ni(2-nqo)2, 4 - 2-nqoH

Рис. 2. КР спектры модифицированного Силохрома С-80;

1 - С-80 + Ni(Oxh)2, 2 - С-80 + HOxh, 3 - С-80 + Ni(Su-

danI)2, 4 - С-80 + Ni(2-nqo)2 Fig. 2. Raman spectra of modified Silokhrom C-80; 1 - С-80 + Ni(Oxh)2, 2 - С-80 + HOxh, 3 - С-80 + Ni(SudanI)2, 4 - С-80 + Ni(2-nqo)2

Микрофотографии хелатсодержащего Силохрома С-80 показывают, что модификаторы распределены равномерно на его поверхности в виде частиц различной формы. Так, Ni(Oxh)2 осаждается в виде вытянутых прямоугольных призм и чешуек, а Ni(SudanI)2 и Ni(2-nqo)2 - в виде игольчатых кристаллов.

Согласно результатам термогравиметрического анализа, наиболее высокой термостабильностью (до 350 °С) характеризуется сорбент С-80 + Ni(Oxh)2, что позволяет использовать его для разделения, в том числе высококипящих органических соединений. Верхние границы диапазона рабочих температур для С-80 + Ni(SudanI)2 и С-80 + Ni(2-nqo)2 составляют 240 °С и 170 °С, соответственно.

Исследования пористой структуры хелат-содержащих материалов показали, что адсорбци-

онное модифицирование Силохрома С-80 комплексными соединениями никеля(П) приводит к уменьшению его Sуд, а также средних диаметров (d) и суммарных объемов пор, что, вероятно, связано с закреплением комплексов на краях крупных пор. Так, для Силохрома С-80 Sуд составляет 84 м2/г, d^ - 42,2 нм, а после модифицирования значения Sуд и d^ находятся в диапазоне 72-52 м2/г и 36,435,5 нм, соответственно.

Константы Генри адсорбции спиртов (табл. 1) на материалах С-80 + Ni(Oxh)2 и С-80 + Ni(SudanI)2, несмотря на частичное экранирование силаноль-ных и силоксановых групп поверхности силика-геля, незначительно ниже, чем соответствующие константы на немодифицированном Силохроме С-80. Атом кислорода в составе плоских 8-оксихиноли-натов и 1 -фенилазо-2-нафтолатов никеля (II) доступен для процессов образования водородных связей с молекулами гидроксильных соединений. Кислород, входящий в состав 2-нитрозо-1-нафто-латных лигандов, значительно отличается по свойствам и характеризуется большей доступностью неподеленных электронных пар, что способствует сильному удерживанию полярных молекул спиртов, элюирование которых затруднено при температурах колонки ниже 170 °С. Наибольшее сродство к ароматическим соединениям в ряду полученных сорбентов проявляет Силохром С-80, модифицированный 8-оксихинолинатом никеля(П). Небольшие 8-оксихинолинатные лиганды в составе плоского комплекса сохраняют доступность льюисовских кислотных центров (Ni2+) для межмолекулярных взаимодействий с аренами.

Таблица1

Константы Генри (K1,c) адсорбционного равновесия

тестовых соединений на хелатсодержащих сорбентах, 150 °С

Table 1. Henry constants (Ki,c) of adsorption equilibrium of test compounds on chelate-containing sorbents,

150 °C

Тестовое соединение K1,C, см3/м2

С-80 С-80 + Ni(Oxh)2 С-80 + Ni(Su-danI)2 С-80 + Ni(2-nqo)2

Этанол 0,17 0,16 0,16 *

Бензол 0,04 0,08 0,05 0,05

Бутанон-2 0,53 0,22 0,69 0,34

1-Нитропропан 0,32 0,45 0,34 0,28

Примечание: * - элюирование затруднено при 150 °С

Note: * - elution difficult at 150 °C

Значения термодинамических характеристик адсорбции тестовых соединений на хелатсо-держащих силохромах (табл. 2) указывают на повышение адсорбционного потенциала С-80 + М(ОхИ)2, отражающееся в возрастании теплот адсорбции предельных, ароматических углеводородов и спиртов (на 3-23 кДж/моль). Небольшой объем 8-оксихинолинатных лигандов в составе

плоского комплекса обеспечивает доступность N-, O-содержащих центров и ароматических хиноли-новых колец. Силохром, модифицированный 1-фе-нилазо-2-нафтолатом никеля(П), характеризуется незначительными изменениями термодинамических характеристик адсорбции аренов по сравнению с исходным силикагелем ввиду экранирующего эффекта фенильного заместителя.

Таблица 2

_ —о

Дифференциальные молярные теплоты адсорбции изменения энтропии адсорбции AS1C тестовых

соединений на Силохроме С-80 и силохромах, модифицированных хелатами никеля(П)

_ —о

Table 2. Differential molar heats of adsorption qdif -changes in the entropy of adsorption ASlcof test compounds

Адсорбат qdif,1, кДж/моль —0 -ASi.c Дж/(моль К)

С-80 С-80 + С 80 + С 80 + С-80 С-80 + С 80 + С 80 +

Ni(Oxh)2 Ni(SudanI)2 Ni(2-nqo)2 Ni(Oxh)2 Ni(SudanI)2 Ni(2-nqo)2

н-Гексан 33 49 43 42 118 149 133 132

н-Гептан 37 55 44 45 121 156 135 134

н-Октан 40 57 47 45 124 162 137 139

н-Нонан 42 65 49 47 127 170 143 142

1-Нитропропан 54 71 51 56 146 183 138 152

Гептен-1 41 56 40 40 129 158 126 125

Бензол 40 45 48 39 128 136 144 127

Толуол 43 53 46 44 131 148 133 132

о-Ксилол 47 64 48 41 135 167 134 118

и-Ксилол 49 61 48 38 138 163 134 112

Мезитилен 53 68 52 49 145 172 138 133

Псевдокумол 52 72 53 47 141 181 140 127

Пиридин 73 79 59 88 173 186 142 207

Ацетон 61 68 55 91 161 183 147 238

Бутанон-2 62 61 64 75 159 164 162 193

Метанол 46 58 70 - 139 166 194 -

Этанол 53 59 56 - 149 162 156 -

Пропанол-1 56 61 60 - 150 163 160 -

Бутанол-1 62 65 67 - 158 186 166 -

Изменения абсолютных величин энтропии адсорбции тестовых соединений максимальны на силохроме, модифицированном 8-оксихинолина-том никеля(11), что указывает на снижение подвижности молекул адсорбатов на модифицированной поверхности и локализации адсорбции на активных центрах С-80 + №(ОхЬ)2. Для силохрома с нанесенным 2-нитрозо-1-нафтолатным комплексом №(2-пдо)2 наблюдается снижение абсолютных величин энтропии адсорбции аренов по сравнению с Силохромом С-80 в связи с меньшей активностью адсорбента в процессах п-комплексообразования.

Однако отмечено значительное возрастание значе--0

—Д^ г пиридина на С-80 + №(пдо)2, что ука-

ний

Чс

зывает на доступность металлического центра для донорно-акцепторных взаимодействий с электро-нодонорными адсорбатами. Вероятно, это связано

с ослаблением координационного взаимодействия комплексообразователя с азотом ввиду перераспределения электронной плотности с азота на кислород в нитрозосоединениях. Также в согласовании с этим адсорбция кетонов заметно более лока-

-0

лизована на С-80 + №(2-пдо)2 (Д51/С ацетона возрастает на 77 Дж/(моль-К) по сравнению с Силохромом С-80).

Хелатсодержащие хроматографические материалы апробированы для разделения смесей органических соединений различного состава. Си-лохром С80, модифицированный комплексом №(8Ыап1)2, характеризуется пониженной полярностью по отношению к альдегидам и кетонам, что позволяет добиться экспрессного и селективного разделения смесей карбонильных соединений по сравнению с немодифицированным Силохромом

С-80. Увеличение времен удерживания и селективности Силохрома С-80 в результате модифицирования 8-оксихинолинатом никеля(11) по отношению к ароматическим углеводородам, а также высокая термическая устойчивость С-80 + №(ОхИ)2 позволяют в режиме программирования температуры значительно улучшить качество разделения смесей высококипящих и полициклических ароматических углеводородов (рис. 3), являющихся приоритетными загрязнителями в списке ЕС, ЕРА и в России [19-20]. Полученный хроматографический сорбент обладает повышенной по сравнению с исходным Силохромом С-80 разделительной способностью по отношению к нафталину и дифенилу, фенантрену и антрацену, флуорантену.

ВЫВОДЫ

Таким образом, сравнительная оценка полярности хроматографических сорбентов на основе Силохрома С-80, модифицированного комплексами никеля(11) с азот- и кислородсодержащими органическими лигандами, показала, что на свойства полученных материалов оказывают взаимосвязанное влияние состав и размер хелатно го модификатора. Так, плоскоквадратные комплексы с 8-охксихинолинатными лигандами приводят к закреплению на поверхности силохрома доступных для п-комплексообразования металлических кислотных центров Льюиса, что более благоприятно сказывается на характеристиках разделения смесей аренов, чем в случае Силохрома С-80, модифицированного комплексом никеля(11) с объемными 1-фенилазо-2-нафтолатными лигандами. Для сорбента, модифицированного 2-нитрозо-1-нафтола-том никеля(11), в связи с присутствием в составе лиганда высокополярных нитрозо-групп, ослабляющих координационную связь №-К, наблюдается локализация адсорбции соединений, склонных к донорно-акцепторным взаимодействиям и образованию водородных связей, что приводит к размыванию их хроматографических полос и сложности элюирования при температурах колонки ниже 170 °С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2, 3

И-1——

8 10 t, мин

0 5

9 11

13 б

15 17 19 t, мин

Рис. 3. Хроматограммы смеси ароматических углеводородов на С-80 (а), на С-80 + Ni(Oxh)2 (б); режим программирования температуры 130 - 250 °С, скорость нагрева 10 °С/мин; 1 - бензол, 2 - нафталин, 3 - дифенил, 4 - аценафтен, 5 - флуорен, 6 - фе-

нантрен, 7 - антрацен, 8 - стильбен, 9 - флуорантен Fig. 3. Chromatograms of a mixture of aromatic hydrocarbons on

C-80 (a), on C-80 + Ni (Oxh)2 (b); temperature programming mode 130 - 250 °С, heating rate is 10 X/min; 1 - benzene, 2 - naphthalene, 3 - diphenyl, 4 - acenaphthene, 5 - fluorene, 6 - phenan-threne, 7 - anthracene, 8 - stilbene, 9 - fluoranthene

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации, проект № 0721-2020-0037.

This work was carried out within the framework of the state assignment of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation, project No. 0721-2020-0037.

4

6

9

5

0

2

4

6

а

2

4

8

5

3

7

ЛИТЕРАТУРА

1. Milyushkin A.L., Matyushin D.D., Buryak A.K A peculiar chromatographic selectivity of porous graphitic carbon during the separation of dileucine isomers. J. Chromatogr. A. 2020. V. 1613. P. 460724. DOI: 10.1016/j.chroma.2019.460724.

2. Гайнуллина Ю.Ю., Гуськов В.Ю., Тимофеева Д.В. Полярность модифицированных тимином и 6-метилура-цилом пористых полимеров по данным обращенной газовой хроматографии. Журн. физ. химии. 2019. Т. 93. № 12. С. 1846-1850. DOI: 10.1134/S0044453719120082.

3. Rykowska I., Wasiak W. Stationary Phases for Complexa-tion Gas Chromatography and Microextraction Methods. Isr. J. Chem. 2016. V. 56. N 11-12. P. 968-976. DOI: 10.1002/ijch.201600064.

REFERENCES

1. Milyushkin A.L., Matyushin D.D., Buryak A.K. A peculiar chromatographic selectivity of porous graphitic carbon during the separation of dileucine isomers. J. Chromatogr. A. 2020. V. 1613. P. 460724. DOI: 10.1016/j.chroma.2019.460724.

2. Gainullina Y.Y., Gus'kov V.Yu., Timofeeva D.V. Polarity of Thymine and 6-Methyluracil-Modified Porous Polymers, According to Data from Inverse Gas Chromatography. Russ. J. Phys. Chem. A. 2019. V. 93. N 12. P. 2477-2481. DOI: 10.1134/S0036024419120082.

3. Rykowska I., Wasiak W. Stationary Phases for Complexa-tion Gas Chromatography and Microextraction Methods. Isr. J. Chem. 2016. V. 56. N 11-12. P. 968-976. DOI: 10.1002/ij ch.201600064.

4. Wawrzyniak R., Adamska K. Characterization of surface of trifluorophenylketoiminepropyl stationary phase coated porous layer open tubular columns. J. Chromatogr. A. 2012. V. 1249. P. 215-225. DOI: 10.1016/j.chroma.2012.06.025.

5. Гуськов В.Ю., Гайнуллина Ю.Ю., Кудашева Ф.Х Разделение энантиомеров ментола, камфена и камфоры на 5-гидрокси-6-метилурациле в условиях газовой хроматографии. Аналитика и контроль. 2014. Т. 2. № 18. С. 178-181. DOI: 10.15 826/analitika.2014.18.2.006.

6. Журба О.М., Дорогова В.Б. Газохроматографическое определение трифторметансульфофторида в воздухе рабочей зоны. Бюлл. ВСЦН СО РАМН. 2010. № 4. С. 21-23.

7. Bielecki P., Wasiak W. Cyclam complexes of Cu(II) and Co(II) as stationary phases for gas chromatography. J. Chromatogr. A. 2010. V. 1217. P. 4648-4654. DOI: 10.1016/j.chroma.2010.04.067.

8. Rykowska I., Wasiak W. Gas chromatography silica packings with chemically bonded complexes of Cu(II) and Cr(III). Anal. Chim. Acta. 2002. V. 451. P. 271-278. DOI: 10.1016/S0003 -2670(01)01404-0.

9. Laghari A.J., Khuhawar M.Y., Ali Z.M., Zardari L.A. Bis(isovalerylacetone)ethylenediimine nickel (II) as mixed stationary phase for gas chromatography. J. Chromatogr. Sci. 2010. V. 48. N 4. P. 303-309. DOI: 10.1093/chrom-sci/48.4.303.

10. Wang N., Guo Y., Wang L., Liang X., Liu S., Jiang S.

Preparation of an aminopropyl imidazole-modified silica gel as a sorbent for solid-phase extraction of carboxylic acid compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons. Analyst. 2014. V. 139. N 10. P. 2531-2537. DOI: 10.1039/C4AN00039K.

11. Williams R.J.P. The Absorption Spectra of Some Complex Ions of Analytical Importance. J. Chem. Soc. 1955. P. 137-145. DOI: 10.1039/JR9550000137.

12. Ferreira G.R., Marcial B.L., Garcia H.C., Faulstich, F.R.L., Dos Santos H.F., De Oliveira L.F.C. Supramo-lecular compounds of azo dyes derived from 1-phe-nylazo-2-naphthol and their nickel and copper complexes. Supramol. Chem. 2015. V. 27. P. 13-20. DOI: 10.1080/10610278.2014.899598.

13. Charalambous J. Maple P., Nassef N.A., Taylor F.B. Complexes of Nikel(II) with 2-Nitroso-1-naphthol and 1-Nitroso-2-naphthol. (Monooximes of 1,2-Naphthoqui-none). Inorg. Chem. Acta. 1978. V. 26. P. 107-111. DOI: 10.1016/S0020-1693(00)87196-0.

14. Makarycheva A.I., Slizhov Yu.G. Synthesis of silica gel with surface layer of transition metals 8-oxyquinolinates for gas chromatography. Adv. Mater. Res. 2014. V. 1040. P. 405-409. DOI: 10.4028/www. scientific.net/AMR. 1040.405.

15. Makarycheva A.1, Faerman V.A. Automation of data processing and calculation of retention parameters and thermodynamic data for gas chromatography. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017. V. 177. Article Number 012029. P. 1-6. DOI: 10.1088/1757-899X/177/1/012029.

16. Кудряшов С.Ю., Павлов М.Ю., Копытин К.А., Ону-чак Л.А. Адсорбция органических соединений на графи-тированных сажах, модифицированных монослоями полярных анизометричных молекул. Жидк. крист. и их практич. использ. 2010. Т. 31. № 1. С. 68-78.

4. Wawrzyniak R., Adamska K. Characterization of surface of trifluorophenylketoiminepropyl stationary phase coated porous layer open tubular columns. J. Chromatogr. A. 2012. V. 1249. P. 215-225. DOI: 10.1016/j.chroma.2012.06.025.

5. Gus'kov V.Yu., Gainullina Yu.Yu., Kudasheva F.Kh. Separation of menthol, camphene and camphor enantiomers on 5-hydroxy-6-methyluracile by gas chromatography. Analitika Kontrol. 2014. V. 2. N 18. P. 178-181 (in Russian). DOI: 10.15826/analitika.2014.18.2.006.

6. Zhurba O.M., Dorogova V.B. Gas-chromatographic determining the air trifluorometanesulfofluoride ooncentrations in working zone. Byull. VSCNSO RAMN. 2010. N 4. P. 21-23 (in Russian).

7. Bielecki P., Wasiak W. Cyclam complexes of Cu(II) and Co(II) as stationary phases for gas chromatography. J. Chromatogr. A. 2010. V. 1217. P. 4648-4654. DOI: 10.1016/j.chroma.2010.04.067.

8. Rykowska I., Wasiak W. Gas chromatography silica packings with chemically bonded complexes of Cu(II) and Cr(III). Anal. Chim. Acta. 2002. V. 451. P. 271-278. DOI: 10.1016/S0003-2670(01)01404-0.

9. Laghari A.J., Khuhawar M.Y., Ali Z.M., Zardari L.A. Bis(isovalerylacetone)ethylenediimine nickel (II) as mixed stationary phase for gas chromatography. J. Chromatogr. Sci. 2010. V. 48. N 4. P. 303-309. DOI: 10.1093/chromsci/48.4.303.

10. Wang N., Guo Y., Wang L., Liang X., Liu S., Jiang S. Preparation of an aminopropyl imidazole-modified silica gel as a sorbent for solid-phase extraction of carboxylic acid compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons. Analyst. 2014. V. 139. N 10. P. 2531-2537. DOI: 10.1039/ C4AN00039K.

11. Williams R.J.P. The Absorption Spectra of Some Complex Ions of Analytical Importance. J. Chem. Soc. 1955. P. 137-145. DOI: 10.1039/JR9550000137.

12. Ferreira G.R., Marcial B.L., Garcia H.C., Faulstich, F.R.L., Dos Santos H.F., De Oliveira L.F.C. Supramo-lecular compounds of azo dyes derived from 1-phe-nylazo-2-naphthol and their nickel and copper complexes. Supramol. Chem. 2015. V. 27. P. 13-20. DOI: 10.1080/10610278.2014.899598.

13. Charalambous J. Maple P., Nassef N.A., Taylor F.B. Complexes of Nikel(II) with 2-Nitroso-1-naphthol and 1-Ni-troso-2-naphthol. (Monooximes of 1,2-Naphthoquinone). Inorg. Chem. Acta. 1978. V. 26. P. 107-111. DOI: 10.1016/ S0020-1693(00)87196-0.

14. Makarycheva A.I., Slizhov Yu.G. Synthesis of silica gel with surface layer of transition metals 8-oxyquinolinates for gas chromatography. Adv. Mater. Res. 2014. V. 1040. P. 405-409. DOI: 10.4028/www. scientific.net/AMR. 1040.405.

15. Makarycheva A.I., Faerman V.A. Automation of data processing and calculation of retention parameters and thermo-dynamic data for gas chromatography. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017. V. 177. Article Number 012029. P. 1-6. DOI: 10.1088/1757-899X/177/1/012029.

16. Kudryashov S.Yu., Pavlov M.Yu., Kopytin K.A., Onuchak L.A. Adsorption of organic compounds on graphitized soots modified with monolayers of polar anisometric molecules. Zhidk. Krist. Prakt. Prim. 2010. V. 31. N 1. P. 68-78 (in Russian).

17. Яшкин С.Н., Базилин А.В., Яшкина Е.А. Термодинамические характеристики сорбции производных адаман-тана в глицерине с добавками Р-циклодекстрина в условиях равновесной газожидкостной хроматографии. Физи-кохимия поверхности и защита материалов. 2016. Т. 52. № 6. С. 593-603. DOI: 10.7868/S0044185616020327.

18. Макарычева А. И., Паукштис Е.А., Цапина А.М., Ка-ичев В.В., Слижов Ю.Г. Свойства поверхности газохро-матографических сорбентов на основе силохрома С-80, модифицированного 8-оксихинолинатами переходных металлов. Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 4. С. 610-616. DOI: 10.31857/S0044453720040123.

19. Другов Ю.С., Зенкевич И.Г., Родин А.А. Газохромато-графическая идентификация загрязнений воздуха, воды, почвы и биосред. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2012. 752 с.

20. Abbas I., Badran G., Verdin A., Ledoux F., Roumie M., Courcot D., Garcon G. Polycyclic aromatic hydrocarbon derivatives in airborne particulate matter: sources, analysis and toxicity. Environ Chem Lett. 2018. V. 16. N 2. P. 439-475. DOI: 10.1007/s10311-017-0697-0.

17. Yashkin S.N., Bazilin A.V., Yashkina E.A Thermodynamic characteristics of the sorption of adamantane derivatives in glycerol containing the additions of P-cyclodextrin under the conditions of equilibrium gas-liquid chromatography. Prot. Met. Phys. Chem. Surf 2016. V. 52. N 6. P. 986-995. DOI: 10.1134/ S2070205116020325.

18. Makarycheva A.I., Paukshtis E.A., Tsapina A.M., Kaichev V.V., Slizhov Y.G. Surface Properties of Gas Chromatographic Adsorbents Based on Silochrome S-80 Modified by Transition Metal 8-Oxyquinolinates. Russ. J. Phys. Chem. A. 2020. V. 94. N 4. 846-851. DOI: 10.1134/ S0036024420040123.

19. Drugov Yu.S., Zenkevich I.G., Rodin A.A. Gas Chromatographic Identification of Air, Water, Soil and Biological Media. M.: BINOM. Laboratorija znanij. 2012. 752 p.

20. Abbas I., Badran G., Verdin A., Ledoux F., Roumie M., Courcot D., Garcon G. Polycyclic aromatic hydrocarbon derivatives in airborne particulate matter: sources, analysis and tox-icity. Environ Chem Lett. 2018. V. 16. N 2. P. 439-475. DOI: 10.1007/s10311-017-0697-0.

Поступила в редакцию 01.08.2020 Принята к опубликованию 16.11.2020

Received 01.08.2020 Accepted 16.11.2020

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.