eng
Выпуск #6/2023
Т. А. Марютина, Е. Ю. Савонина
Применение жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой в аналитической лаборатории
Применение жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой в аналитической лаборатории
Просмотры: 558
doi.org/10.22184/2227-572X.2023.13.6.444.455
Обзор посвящен особенностям метода жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой (ЖХСНФ) и его возможностям в области выделения, концентрирования и разделения веществ (органических и неорганических) для решения аналитических задач. Показано, что метод ЖХСНФ может быть использован при анализе разнообразных объектов (сверхчистые вещества, геологические образцы, нефти, растительное сырье, фармпрепараты, почвы и др.). Отмечена уникальная особенность метода – возможность создания градиента концентрации реагента в неподвижной фазе в ходе хроматографического процесса.
Обзор посвящен особенностям метода жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой (ЖХСНФ) и его возможностям в области выделения, концентрирования и разделения веществ (органических и неорганических) для решения аналитических задач. Показано, что метод ЖХСНФ может быть использован при анализе разнообразных объектов (сверхчистые вещества, геологические образцы, нефти, растительное сырье, фармпрепараты, почвы и др.). Отмечена уникальная особенность метода – возможность создания градиента концентрации реагента в неподвижной фазе в ходе хроматографического процесса.
Теги: analysis concentration liquid chromatography with free stationary phase multistage extraction rotating coiled columns sample preparation separation анализ вращающиеся спиральные колонки жидкостная хроматография со свободной неподвижной фазой концентрирование многоступенчатая экстракция пробоподготовка разделение
Применение жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой в аналитической лаборатории
Т. А. Марютина, д. х. н.1, 2, Е. Ю. Савонина, к. х. н.1
Обзор посвящен особенностям метода жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой (ЖХСНФ) и его возможностям в области выделения, концентрирования и разделения веществ (органических и неорганических) для решения аналитических задач. Показано, что метод ЖХСНФ может быть использован при анализе разнообразных объектов (сверхчистые вещества, геологические образцы, нефти, растительное сырье, фармпрепараты, почвы и др.). Отмечена уникальная особенность метода – возможность создания градиента концентрации реагента в неподвижной фазе в ходе хроматографического процесса.
Ключевые слова: концентрирование, разделение, многоступенчатая экстракция, жидкостная хроматография со свободной неподвижной фазой, вращающиеся спиральные колонки, пробоподготовка, анализ
Метод жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой (ЖХСНФ), известный в англоязычной литературе как противоточная хроматография (countercurrent chromatography, CCC), – эффективный способ выделения, разделения и концентрирования веществ, успешно сочетающий в себе принципы жидкость-жидкостной экстракции и хроматографии. Метод был предложен в конце 1960‑х и за свою более чем 60‑летнюю историю непрерывно развивается и совершенствуется как в части разработки новых устройств для его реализации, так и в области исследования новых двухфазных систем и объектов анализа .
Основа метода – распределение разделяемых веществ между двумя несмешивающимися жидкими фазами в колонке – одна из которых удерживается в колонке, а другая прокачивается через нее. Поведение анализируемых веществ в колонке определяется значениями их коэффициентов распределения в используемой двухфазной системе. Наиболее удачный вариант реализации метода – планетарная центрифуга, так называемого J-типа [1], в которой разделительная колонка – трубка из политетрафторэтилена, намотанная на катушку, – вращается вокруг своей оси и оси центрифуги. За счет наличия двух осей вращения метод относится к гидродинамическим [2]. При планетарном вращении разделительной колонки (или вращающейся спиральной колонки – ВСК) под действием возникающего поля сил одна из фаз двухфазной жидкостной системы удерживается внутри ВСК (неподвижная фаза) без какого-либо твердого носителя (в отличие от классических вариантов хроматографии) при непрерывном прокачивании через колонку второй (подвижной) фазы.
Возникающее при вращении ВСК поле ассиметрично, за счет чего происходит многократное смешение и разделение фаз двухфазной системы, что аналогично многоступенчатой экстракции и приводит к эффективному извлечению аналита. Отсутствие твердого носителя для неподвижной фазы снимает ограничение на возможность необратимой адсорбции компонентов анализируемого объекта.
В основном метод используется в препаративных и полупрепаративных целях, в первую очередь для выделения и очистки биологически активных компонентов растительного сырья и фармпрепаратов, анализе пищевых продуктов [3–8]. Для этих целей применяют также гидростатический вариант ЖХСНФ (с одной осью вращения), называемый в англоязычной литературе центрифужная распределительная хроматография (centrifugal partition chromatography, CPC) [2]. В данном случае спиралевидная колонка фиксирована в гравитационном поле, а подвижная фаза с плотностью, отличающейся от плотности неподвижной фазы, прокачивается через нее. При этом за счет разности плотностей в каждом витке спирали происходит противоточное движение подвижной и неподвижной фазы. Если скорость этого движения соответствует скорости прокачивания, то неподвижная фаза удерживается в колонке, и из нее выходит только подвижная фаза [9].
Метод ЖХСНФ может успешно использоваться в неорганическом анализе сложных объектов (от нефтей до объектов окружающей среды) [3, 10]. Применение метода ЖХСНФ для разделения неорганических веществ впервые было предложено в лаборатории концентрирования ГЕОХИ РАН под общим руководством Ю. А. Золотова и Б. Я. Спивакова. Основной этап развития метода выпал на непростые для страны 1990–2000‑е годы и поэтому, по мнению авторов, многие возможности его применения остались до сих пор нереализованными. Широкое распространение в России метод так и не получил, несмотря на возможность приобретения отечественного аналитического оборудования для реализации ЖХСНФ – разработанные в Институте аналитического приборостроения (ИАП РАН, Санкт-Петербург) планетарные центрифуги, а также созданный полноценный хроматографический комплекс на базе ВСК.
По сути, в методе ЖХСНФ в лабораторных условиях реализуется многоступенчатый экстракционный процесс, который имеет более высокую эффективность выделения аналитов по сравнению с одноступенчатой экстракцией. В аналитической химии метод может заменить каскад экстракционных устройств (экстракторов), позволяя выбрать оптимальные параметры экстракционного выделения или концентрирования веществ. При этом, использование каскада центробежных экстракторов или смесителей-отстойников в промышленных масштабах оправдано и является, практически, единственным вариантом реализации многостадийного процесса экстракции.
Цель настоящего обзора – показать многогранность возможностей метода ЖХСНФ в анализе сложных объектов и привлечь к нему внимание российских аналитиков.
Особенности ЖХСНФ
Как уже упоминалось, для реализации метода может быть использована практически любая экстракционная система, а его отличительной особенностью является отсутствие сорбента или твердого носителя для удерживания неподвижной фазы в колонке. Эта особенность обуславливает ряд преимуществ, таких как:
нет потери аналита или его загрязнения при взаимодействии с материалом сорбента;
возможность динамического перемешивания фаз внутри колонки, что приводит к многоступенчатому процессу экстракции;
нет проблем заполнения и регенерации колонок;
легкость перехода от одной экстракционной (хроматографической) системы к другой (в т. ч. возможность менять подвижную и неподвижную фазу местами).
Большая часть двухфазных систем позволяет каждую из фаз использовать как подвижную, так и неподвижную. По аналогии с другими хроматографическими методами в зависимости от того, полярная или неполярная фаза является неподвижной, ЖХСНФ называют нормально-фазной или обращенно-фазной соответственно.
Эффективность разделения и выделения целевых компонентов из сложных матриц можно предсказать, основываясь на зависимостях протекания процесса от следующих факторов:
материал и геометрические параметры разделительной колонки;
используемая экстракционная жидкостная система (в т. ч. свойства компонентов системы – полярность, разница плотностей, вязкости, межфазное натяжение и коэффициенты распределения целевых компонентов в выбранной системе);
режим элюирования (ступенчатое / градиентное или изократическое);
конструкционные и рабочие параметры используемого оборудования (планетарной центрифуги).
Селективность хроматографического разделения во многом зависит от коэффициента распределения (KD) аналитов. При высоких значениях KD происходит концентрирование компонентов в неподвижную фазу, при низких (KD < 0,1) – возможно извлечение элементов в малый объем подвижной фазы.
Изменение состава подвижной фазы и режима элюирования позволяет выделять узкие фракции разделяемых компонентов за короткий период времени с минимально возможным расходом реагентов. Так, при близких значениях KD для разделения компонентов используют градиентное элюирование. Например, для разделения РЗЭ (редкоземельные элементы) используют градиентное элюирование, изменяя концентрацию соляной кислоты в диапазоне 0,05–0,3 М, являющуюся подвижной фазой [11]. Аналогично, изменение концентрации азотной кислоты в диапазоне 0,4–2 М в подвижной фазе позволяет разделить изотопы Am, Pu и U [12].
Уникальность метода – в возможности создания градиента концентраций экстрагента в неподвижной фазе. Изменение концентрации экстрагента в неподвижной фазе в ходе лабораторного исследования достигается за счет ввода в ВСК на этапе ее заполнения нескольких порций неподвижной фазы, которые содержат различную концентрацию экстрагента в одном или нескольких растворителях, разделенных между собой порцией подвижной фазы. В ходе процесса начинается плавное перемешивание порций растворителя, что приводит к изменению концентрации экстрагента в неподвижной фазе. Предлагаемый подход позволяет создать экстракционный реактор, позволяющий в динамическом режиме эффективно выделять или концентрировать анализируемые компоненты из сложного многокомпонентного раствора за счет варьирования их коэффициентов распределения при изменении концентрации экстрагента в системе.
Селективность двухфазной системы можно повысить, добавляя модификатор для регулирования значения рН, комплексообразователь или поверхностно-активное вещество. Кроме того, системы в ЖХСНФ не всегда ограничиваются двумя фазами. Известны примеры использования трехфазных систем, при этом в разделительной колонке все три фазы либо находятся одновременно (две из них неподвижные), либо две фазы подвижные и заменяют друг друга в ходе эксперимента [2]. С точки зрения актуальных сегодня принципов «зеленой химии» ионные жидкости и глубокие эвтектические растворители также могут быть интересными компонентами систем для ЖХСНФ [2, 13, 14].
Немаловажное значение для эффективности хроматографического процесса в ЖХСНФ имеет объем неподвижной фазы, удерживаемый в разделительной колонке. Регулируя удерживаемый объем реагента, можно решать различные аналитические задачи. Так, для концентрирования элементов из потока подвижной фазы, необходимо удержать максимально возможный объем неподвижной фазы в колонке, для разделения компонентов объем неподвижной фазы должен быть небольшим. Для характеристики удерживания в ЖХСНФ введено понятие фактора удерживания Sf, который, в отличие от классического хроматографического процесса, определяется как соотношение объема неподвижной фазы, удерживаемого в колонке, к ее общему объему.
На удерживание неподвижной фазы в ВСК влияют в первую очередь экспериментальные условия (скорость потока подвижной фазы, скорость вращения ВСК, температура, физико-химические параметры фаз экстракционной системы). Чем больше разница между плотностью и вязкостью компонентов фаз, тем выше значение Sf, увеличение скорости вращения колонки также приводит к увеличению значения Sf [2, 9].
Теория метода ЖХСНФ достаточно подробно описана в [1–3, 9].
Аппаратурное оформление
метода ЖХСНФ
За годы развития метода ЖХСНФ было предложено множество вариантов аппаратурного оформления для его реализации [3, 8, 15–18]. Как уже упоминалось ранее, наибольшее распространение получили планетарные центрифуги J-типа, которые, в зависимости от решаемых задач, подразделяются, в свою очередь, на препаративные, полупрепаративные и аналитические.
Оборудование для препаративного и полупрепаративного использования достигло заметного прогресса в трех аспектах:
геометрическая архитектура хроматографической колонки;
тандемный и множественный дизайн хроматографических колонок;
комбинирование ЖХСНФ с высокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЭЖХ).
Для повышения эффективности разделения и сокращения времени работы были разработаны и внедрены различные функциональные приборы [7]. Большинство работ сосредоточено на оптимизации конструкции колонки для повышения удерживаемого объема неподвижной фазы, что является критическим параметром при разделении.
Разработан аппарат для реализации многомерного варианта, сочетающий в себе преимущества ЖХСНФ и ВЭЖХ [7].
В любом случае «сердцем» современной системы для реализации ЖХСНФ в гидродинамическом режиме является планетарная центрифуга, которая может быть дооснащена как минимум насосом для подачи фаз, системой отбора проб (коллектор фракций), проточным детектором с блоком регистрации данных [2].
Аппаратурное оформление метода непрерывно совершенствуется в зависимости от сложности поставленных перед исследователями задач.
На сегодняшний день оборудование для гидродинамического варианта ЖХСНФ производится во многих странах мира. В частности в Европе одним из крупных производителей планетарных центрифуг для ЖХСНФ является Dynamic Extractions Ltd (Великобритания), в Китае – JiangYin Countercurrent Technology Ltd, в России единственный производитель – ООО «АМЗТЕХ» (на базе ИАП РАН, Санкт-Петербург). В табл. 1 приведена краткая информация о характеристиках производимого компаниями оборудования.
Также в Европе широко распространено производство оборудования для центрифужной распределительной хроматографии (гидростатический вариант ЖХСНФ).
Направления применения ЖХСНФ
Метод ЖХСНФ успешно применяется как в органическом, так и неорганическом анализе (рис. 1). Однако, если в области выделения и разделения органических веществ метод нашел широкое применение и постоянно совершенствуется (в основном за рубежом), то в области неорганического анализа он не столь распространен, несмотря на примеры его успешного применения и разнообразие объектов исследований.
Ниже приведены некоторые примеры применения метода ЖХСНФ.
Применение метода ЖХСНФ для выделения и разделения органических компонентов
Благодаря высокой чистоте конечного продукта и высокой скорости извлечения, метод ЖХСНФ нашел широкое применение при разделении компонентов традиционной китайской медицины, биохимии, химии натуральных продуктов, органического синтеза, в анализе пищевых продуктов.
В области фармацевтических исследований метод применяют для разделения и синтеза лекарственных средств, а также для разделения и очистки многокомпонентных антибиотиков, в биохимических исследованиях – для разделения ароматических кислот, пептидов, белков, ДНК и т. д. Его применение в медицине в значительной степени связано с разделением, очисткой, идентификацией и количественным определением эритроцитов, бактерий и метаболитов лекарственных средств. Кроме того, метод ЖХСНФ широко используется для разделения таких компонентов, как алкалоиды, липиды, флавоноиды, полифенолы, растительные гормоны, сапонины, хиноны, пигменты и полисахариды, присутствующие в натуральных продуктах. [3, 8, 19].
Отличительная особенность метода состоит в том, что биологическая активность соединений практически не изменяется после процесса разделения. Это обуславливает его популярность в области выделения компонентов натурального (растительного) происхождения в фармакологических и медицинских исследованиях.
Для концентрирования, выделения и разделения соединений из растений и различных натуральных продуктов используют как гидродинамический, так и гидростатический варианты ЖХСНФ.
Ниже приведены некоторые примеры применения метода ЖХСНФ в исследованиях органических соединений.
Исследования лекарственных препаратов
Предложен расчетный подход оптимизации системы растворителей для очистки реагентов, используемых в производстве антибиотиков [4]. Так, мильбемектин (смесь мильбемецина А3 и мильбемицина А4) был успешно очищен от примесей с помощью системы н-гексан : этилацетат : метанол : вода (9 : 1 : 7 : 3, об.).
Авторы [6] использовали комбинацию изократического и линейно-градиентного элюирования методом ЖХСНФ как простой и эффективный способ детального исследования платикозидов, выделенных из корня платикодона (Platicodi radix). Изократическое элюирование в системе этилацетат : н-бутанол : вода (1 : 1 : 2, об.) было использовано для отделения платикозидов из экстракта корня платикодона. Таким образом удалось выделить семь фракций «чистых» платикозидов и две фракции смесей соединений. Градиентное элюирование за счет постоянного изменения пропорций этилацетата и н-бутанола в указанной системе позволило выделить индивидуальные платикозиды из смеси. Актуальность исследования связана с тем, что с платикозидами (или сапонины, производные гликозидов) связаны противовоспалительное и иммуномодулирующее действия растительных лекарственных препаратов на их основе, популярных в китайской или тибетской медицине.
Сочетание двух режимов ЖХСНФ (классический и рециркуляции) предложено в [20] для выделения восьми компонентов (в том числе изомеров) из экстракта лекарственных трав (Scindapsus officinalis) в системах этилацетат : н-бутиловый спирт : вода (2 : 1 : 3, об.) и хлороформ : метанол : вода (4 : 3 : 2, об.). Режим рециркуляции был применен для повышения разрешения пиков изомеров производных пиранозила. Показано, что применение ЖХСНФ в режиме рециркуляции является мощным методом получения соединений с аналогичными структурами и значениями коэффициента разделения.
Биохимические исследования
Двухфазная система растворителей в сочетании с ионными жидкостями н-гексан : дихлорметан : ацетонитрил : [C4mim][PF6] (10 : 1 : 10 : 0.15, об.) успешно применена для очистки соединений γ-оризанола (смесь липидов) из масла рисовых отрубей за один хроматографический цикл [5].
Исследования компонентов
натуральных продуктов
Двухфазная система н-гексан : этанол : метанол : вода (34 : 11 : 12 : 2, об.) использована для концентрирования и выделения стиролов из растительных масел [21]. Авторы предложили вариант реализации ЖХСНФ, при котором обе жидкие фазы хроматографической системы прокачиваются через две вращающиеся колонки с разной низкой скоростью в одном и том же направлении. Такой подход позволил сократить время выделения стиролов по сравнению с традиционным вариантом реализации метода ЖХСНФ.
Показана перспективность применения водных двухфазных жидкостных систем на основе полиэтиленгликолей, пирофосфата калия и сульфата аммония для разделения полисахаридов методом ЖХСНФ [8]. Применение водных двухфазных жидкостных систем обеспечивает мягкие рабочие условия, не наносящие вреда образцу, и приводит к стабилизации нестабильных или летучих биомолекул.
Методом ЖХСНФ в сочетании с масс-спектрометрией с ионизацией электрораспылением и с помощью ядерно-магнитного резонанса исследованы соединения, содержащиеся в листьях Syzygium malaccense [22]. Анализ фракций, выделенных ступенчатым градиентным элюированием с использованием трехфазной системы н-гексан : этилацетат : ацетонитрил : вода (2 : 1 : 1 : 1, об.) позволил обнаружить 90 соединений, входящих в состав экстракта листьев Syzygium malaccense, часть из которых были идентифицированы впервые.
Применение метода ЖХСНФ
в неорганическом анализе
Метод ЖХСНФ отлично зарекомендовал себя для аналитического и радиоаналитического разделения и предварительного концентрирования неорганических ионов, а также для очистки неорганических аналитических реагентов [23–25]. Метод обладает потенциалом для предварительного концентрирования металлов, содержащихся в анализируемых объектах в нано- и пикоконцентрациях перед инструментальным многоэлементным определением с помощью спектрометрических методов. В ходе разделения и концентрирования в ВСК анализируемые образцы и экстракционные системы контактируют только с инертным материалом колонки и подводящих путей (тефлон), что сводит к минимуму риск загрязнения образца. Кроме того, используемые растворители и реагенты могут быть очищены перед разделением и предварительным концентрированием в той же колонке [3, 9].
Возможность смены элюента (состава подвижной фазы) при использовании одной колонки также является преимуществом в случае извлечения анализируемых веществ из растворов очень сложных образцов, например, геологических материалов, когда для извлечения целевых элементов традиционно необходимы две или более экстракционные системы. Следует отметить, что, как и при органическом или биоорганическом разделении, ЖХСНФ позволяет работать с неочищенными образцами, содержащими коллоидные или твердые частицы. Поскольку планетарная центрифуга представляет собой замкнутую систему, она удобна для работы с радиоактивными жидкостями, что важно для безопасных радиохимических исследований.
В большинстве случаев в методе ЖХСНФ анализируемый образец вводится в разделительную колонку в потоке подвижной фазы, однако образец сам может выступать в качестве как подвижной фазы (например, для концентрирования элементов из раствора), так и неподвижной (для выделения и разделения компонентов). В качестве примера можно привести возможности метода для анализа нефтепродуктов:
для концентрирования микроэлементов из нефтяных образцов небольшой объем (10 мл) водного раствора неорганической кислоты удерживается в ВСК при непрерывном прокачивании значительных объемов (>100 мл) подвижной фазы (она же анализируемый нефтяной образец);
для выделения неорганических примесей образец нефтепродукта удерживается в качестве неподвижной фазы при непрерывном прокачивании подвижной фазы (водных растворов).
Более подробно некоторые примеры применения ЖХСНФ в неорганическом анализе приведены ниже.
Выделение и разделение РЗЭ
из различных объектов
Геологические образцы
Метод ЖХСНФ успешно применяется для предварительного концентрирования и разделения следовых количеств РЗЭ из основных компонентов различных геологических образцов после их разложения для последующего определения с помощью спектральных методов. Показано, что три экстракционные системы на основе ди-(2‑этилгексил)фосфорной кислоты (Д2ЭГФК), триоктилфосфиноксида (TOФO) и дифенил(дибутилкарбамоилметил)фосфин оксида (КМФО) позволяют за одну стадию в ВСК выделить группу РЗЭ из образцов горных пород, руд и минералов (базальтов, гранитов, доломитов и т. д.) после их кислотного разложения [25, 26]. Систему 1,0 моль / л Д2ЭГФК в декане – HCl и режим градиентного элюирования использовали для выделения и разделения изотопов Nd и Sm от большинства основных компонентов геологических материалов [23]. При элюировании раствором 0,5 М HCl ниодим вымывается из колонки практически сразу, в то время как самарий концентрируется в неподвижной фазе, повышение концентрации кислоты до 3 М позволяет выделить Sm в небольшую порцию элюата.
Нефть
В лаборатории концентрирования ГЕОХИ РАН под руководством Т.А Марютиной впервые в мировой практике был предложен способ концентрирования и последующего масс-спектрометрического определения группы РЗЭ в сырых нефтях. Авторы [27] предполагают, что в водный раствор 0,5 М HNO3 переходят элементы, находящихся в нефти в виде кислоторастворимых солей. При удерживании 10 мл раствора азотной кислоты в качестве неподвижной фазы и прокачивании различных объемов (от 100 мл до 1 л и более) анализируемой нефти в качестве подвижной фазы удается сконцентрировать сумму РЗЭ, присутствующих в нефти в содержаниях на уровне нг / кг и ниже.
Учитывая, что элементы в нефти могут присутствовать в разнообразных формах – от довольно подвижных и легкорастворимых (водорастворимые соли) до сложных комплексных трудноразрушаемых соединений (порфиринаты), был предложен и апробирован комбинированный способ пробоподготовки сырой нефти, в том числе тяжелой, для определения содержания металлов [27, 28]. Способ заключается в сочетании двух вариантов пробоподготовки:
автоклавное разложение образца нефти для последующего определения содержания элементов, содержащихся в нефтях в значительных количествах (до 10–3 %) и связанных с порфиринами, – V, Ni, Fe, Ca, Al и др.;
концентрирование микроэлементов (в т. ч. РЗЭ) методом ЖХСНФ с последующим определением методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (МС-ИСП).
Выделение и разделение радионуклидов
Также как и в случае РЗЭ, одна из проблем разделения радионуклидов связана с близостью их свойств. Впервые метод ЖХСНФ был использован в лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН под руководством Б. Ф. Мясоедова для решения радиохимических задач на примере разделения радионуклидов цезия и стронция в 1989 году [30].
На период 2002–2009 годов приходится пик исследований с использованием метода ЖХСНФ по разделению америция и кюрия [30], урана и плутония [12, 31]. Также решена задача отделения Am от трехвалентных РЗЭ [32].
Развитие ядерной энергетики и возникающие случаи несанкционированного использования радиоактивных материалов привели к созданию такого направления, как ядерная криминалистика. Она занимается изучением ядерных и других радиоактивных материалов с помощью аналитических методов с целью определения происхождения и истории этих материалов в контексте расследований, проводимых правоохранительными органами, или оценки слабых мест ядерной безопасности. Dembrowski M. с соавт. [11] показали потенциал применения ЖХСНФ в ядерной криминалистике в качестве альтернативного метода очистки радиоизотопов РЗЭ, с акцентом на разделение, на примере модельных образцов радиоактивных растворов в системе 0,02М Д2ЭГФК в н-гептане – HCl.
Выделение и разделение
металлов платиновой группы
Разделение и определение металлов платиновой группы является довольно сложной задачей в связи с близкими коэффициентами распределения металлов. Как уже упоминалось, для улучшения эффективности разделения соединений с близкими значениями KD, как правило, используют градиентное элюирование.
Экспериментальные исследования позволили предложить два принципиально разных способа экстракционного разделения платиновых металлов из солевых растворов:
за счет изменения состава подвижной фазы (элюента) – градиентное или ступенчатое элюирование;
за счет создания градиента концентрации экстрагента в неподвижной фазе.
Создание градиента концентрации реагента (хлорида метилтриалкиламмония (МТАА)) в неподвижной фазе впервые был предложен для разделения Rh(III) и Pd(II) из модельного раствора [33]. Известно, что коэффициенты распределения Rh(III) и Pd(II) определяются как концентрацией соляной кислоты, так и концентрацией МТАА в толуоле.
На рис. 2 приведены сравнительные результаты по разделению Rh(III) и Pd(II) в системе раствор МТАА в толуоле – раствор НСl в ВСК (при создании градиента концентрации экстрагента и в его отсутствие). Использование изократического разделения Rh(III) и Pd(II) в системе 0,07 М МТАА в толуоле – 6 М HCl не позволяет добиться полного разделения пиков (рис. 2. а). Создание градиента концентрации реагента в неподвижной фазе (0,07 М МТАА в толуоле – чистый толуол) позволило добиться полного разделения пиков Rh(III) и Pd(II). Градиент концентрации экстрагента в толуоле (неподвижной фазе) создавался за счет определенного способа заполнения ВСК: в неподвижную колонку вводили определенный объем подвижной фазы (раствор HCl), затем чистый растворитель (толуол), снова подвижную фазу, раствор реагента в растворителе, опять подвижную фазу. При вращении ВСК фрагменты неподвижной фазы начинали перемешиваться, создавая градиент концентрации реагента.
Оба способа градиентного элюирования (с созданием градиента в подвижной фазе и в неподвижной) использованы для экстракционного концентрирования и разделения Pt(IV) и Pd(II) из модельных хлоридных растворов в системе МТАА в толуоле – HCl (рис. 3) [34]. В случае классического градиентного элюирования (рис 3а) неподвижной фазой служил 0,05 М раствор МТАА в толуоле, выделение платиновых металлов из неподвижной фазы проводили растворами тиомочевины (NH2CSNH2) разной концентрации.
Создание градиента концентрации реагента (0,05 М МТАА в толуоле – 1 М HCl – толуол – 1 М НСl) позволило извлечь фракцию Pd(II) без примеси Pt(IV). Чистота извлеченной фракции Pt(IV) составила 99,8%. Для реэкстракции Pd(II) использован раствор 1 М HCl, для Pt(IV) – 1 М раствор тиомочевины в 0,5 М HCl [34].
Ранее упоминалось, что одним из преимуществ ЖХСНФ является возможность использования жидкостных систем любой природы. С учетом реализации принципов «зеленой химии» для разделения и извлечения платины и палладия из технологических хлоридных растворов методом ЖХСНФ в [35] на примере модельного раствора впервые было предложено применение водно-полимерных систем на основе ПЭГ‑1500 и (NH4)2SO4 (рис. 4). Параллельно были отделены сопутствующие элементы, обычно содержащиеся в технологических растворах – Ni и Cu. Степень извлечения для Pd(II) составила 100%, для Pt(IV) – 97,2%. Чистота полученных фракций целевых металлов составила ≥99,9%.
Подобные водные двухфазные системы вполне отвечают современным требованиям программы устойчивого развития и охраны окружающей среды, поскольку компоненты систем являются водорастворимыми, биосовместимыми, нетоксичными, негорючими и практически не имеют запаха.
Анализ сверхчистых веществ
Специфика анализа высокочистых веществ связана с необходимостью концентрирования и отделения микропримесей от матрицы, исключая возможность загрязнения анализируемого образца. Одна из первых работ по анализу сверхчистых веществ методом ЖХСНФ была выполнена в 1996 году и связана с получением высокочистых аналитических реагентов – неорганических солей (NH4HSO4, (NH4)2SO4, NH4F, NH4Cl) за счет очистки их растворов от микропримесей металлов (Fe, Al, Zn, Cu, Co, Cd, Ni, Cr, Ca, Mg, K) в системах на основе гексаметилендитиокарбамината гексаметиленаммония, 8‑оксихинолина и краун-эфиров в хлороформе [36].
По заказу фирмы Merck была разработана методика по определению микропримесей РЗЭ в высокочистом хлориде кальция методом ЖХСНФ [37]. Методика включала в себя концентрирование и выделение РЗЭ методом ЖХСНФ в системе 0,5 М КМФО в хлороформе – смесь 3 М HNO3 и HClO4 и последующее их определение методом МС-ИСП.
Предложен комбинированный метод анализа образцов античного свинца, включающий в себя концентрирование и выделение урана и тория, содержащихся в исследуемом объекте на уровне 10–10 мас. %, методом ЖХСНФ и последующее их определение методом МС-ИСП [38]. В работе использована система раствор тетраметилендифосфиноксида (ДФО) в хлороформе – 1 М HNO3.
Нетрадиционные области применения ЖХСНФ
В начале двухтысячных годов Б. Я. Спиваковым было предложено, а П. С. Федотовым развито новое нетрадиционное направление применения метода ЖХСНФ, а точнее ВСК, для работы с двухфазными системами: суспензия твердых частиц – водные растворы. Это направление активно используется для определения в динамическом режиме различных форм нахождения элементов, содержащихся в твердых объектах окружающей среды (почвы, пепел и др.) [39–42]. Последовательное экстрагирование в ВСК различных форм элементов (в т. ч. токсичных), связанных с определенными компонентами матрицы почвы, донного отложения, пепла, позволяет оценить экологическую опасность загрязнения, понять геохимические процессы, происходящие в почвах и решать другие задачи геохимии, экологии, почвоведения. Помимо выделения неорганических компонентов предложен подход к прямому извлечению полициклических ароматических углеводородов из почв [43]. Кроме того, применение ВСК позволяет проводить разделение частиц по размерам и плотностям [44–47].
Заключение
Возможности применения метода ЖХСНФ практически безграничны. Метод позволяет использовать неограниченный набор жидкостных систем (при варьировании полярности, числа фаз, модификатора) и решать самые разнообразные задачи: от аналитических до препаративных, анализ как жидкостей так и твердых веществ.
Любая экстракционная система, используемая при анализе какого либо объекта, может быть перенесена в условия ЖХСНФ, обеспечив многостадийность процесса разделения и существенно повысив его эффективность.
Метод ЖХСНФ можно применять для анализа практически любого объекта (от природных (включая нефти и руды) до многокомпонентных растворов (включая технологические растворы, в том числе радиоактивные, и продукты питания). Следует отметить, что анализируемые образцы практически не требуют предварительной очистки перед анализом. Использование закрытых систем в ЖХСНФ позволяет избежать образования эмульсий при проведении экстракционного разделения, а также работать с опасными веществами (токсичными растворителями, радиоактивными веществами).
За счет непрерывности динамического процесса разделения в методе ЖХСНФ достигается количественный выход аналита и высокая эффективность разделения.
Возможна полная автоматизация процесса разделения.
Все вышеизложенное подтверждает перспективы использования ЖХСНФ для анализа различных образцов с целью решения широкого круга задач.
Работа выполнена в рамках госзадания ГЕОХИ РАН.
Литература
Ito Y. Golden rules and pitfalls in selecting optimum conditions for high-speed counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2005. 1065:145–168. doi:10.1016/j.chroma.2004.12.044
Vetter W., Muller M., Englert M., Hammann S. Countercurrent chromatography – when liquid-liquid extraction meets chromatography / Liquid-Phase Extraction. Edited by C. F. Poole Elsevier Inc. 2020. P. 290–325. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816911-7.00010-4
Berthod A., Maryutina T., Spivakov B., Shpigun O., Sutherland I. Countercurrent chromatography in analytical chemistry (IUPAC technical report). Pure Appl. Chem. 2009. 81 (2): 355–387. doi:10.1351/PAC‑REP‑08‑06‑05
Terajima Y., Nagatomo R., Nunome M., Harada S., Inoue K. Sustainable chromatographic purification of milbemectin: Application of high-speed countercurrent chromatography coupled with off-line atmospheric pressure solid analysis probe-high resolution mass spectrometry. J. Chrom. A. 2023. 1694. 463901. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2023.463901.
Liu C., Xi X., Liu Y., Lu Y., Che F., Gu Y., Yu Y., Li H., Liu J., Wei Y. Isolation of four major compounds of γ-Oryzanol from rice bran oil by ionic liquids modified high-speed countercurrent chromatography and antimicrobial activity and neuroprotective effect of cycloartenyl ferulate in vitro. Chromatographia. 2021. 84: 635–644. https://doi.org/10.1007/s10337-021-04044-9
Yu J., Chang X., Peng H., Wang X., Wang J., Peng D., Gui Sh. A strategy based on isocratic and linear-gradient high-speed counter-current chromatography for the comprehensive separation of platycosides from Platycodi radix. Anal. Methods. 2021. 13: 477–483. doi: 10.1039/d0ay02029j
Wu D-T., Pan Y.-J. Recent development in counter-current chromatography. Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2016. 44 (2): 319–326. doi: 10.1016/S1872‑2040(16)60908‑8
Yang Y., Khan B. M., Zhang X., Zhao Y., Cheong K.-L., Liu Y. Advances in separation and purification of bioactive polysaccharides through high-speed counter-current chromatography. JCS. 2020. 58 (10): 992–1000. doi: 10.1093/chromsci/bmaa063
Марютина Т. А., Спиваков Б. Я. Жидкостная хроматография со свободной неподвижной фазой. Основы метода и области применения в неорганическом анализе / 100 лет хроматографии Под ред. Б. А. Руденко. М.: Наука, 2003. C. 507–528.
Марютина Т. А., Федотов П. С. Жидкостная хроматография со свободной неподвижной фазой в элементном анализе: от нефти до особо чистых веществ. Журн. аналит. химии. 2019. 74 (3): 201–210. doi: 10.1134/S0044450219030095
Dembovski M., Rasmussen H. E., Rowley J. E., Droessler J. E. Separation of rare earth element radioisotopes by reverse-phase high-speed counter-current chromatography. SSRN. 2023.
http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4542970
Литвина М. Н., Маликов Д. А., Марютина Т. А., Куляко Ю. М., Мясоедов Б. Ф. Разделение U и Pu методом жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой в системе ТБФ-уайт-спирит – азотная кислота. Радиохимия. 2006. 48 (3): 256–259.
Roehrer S., Bezold F., Garcia E. M., Minceva M. Deep eutectic solvents in countercurrent and centrifugal partition chromatography. J. Chrom. A. 2016. 1434: 102–110. doi:10.1016/j.chroma.2016.01.024
Plotka-Wasylka J., Rutkowska M., de la Guardia M. Are deep eutectic solvents useful in chromatography? A short review. J. Chrom. A. 2021. 1639: 461918. doi: 10.1016/j.chroma.2021.461918
Sutherland I. A. Recent progress on the industrial scale-up of counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2007. 1151: 6–13. doi: 10.1016/j.chroma.2007.01.143
Yang Y., Yang J., Fang Ch., Gu D., Ma Y., Ito Y. A multilayer coil in type-I counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2018. 1541: 47–51. doi: 10.1016/j.chroma.2018.02.022
Shinomiya K., Tokura K., Kimura E., Takai M., Harikai N., Yoshida K., Yanagidaira K., Ito Y. Design of a coil satellite centrifuge and its performance on counter-current chromatographic separation of 4‑methylumbelliferyl sugar derivatives with polar organic–aqueous two-phase solvent systems. J. Chrom. A. 2015. 1392: 48–55. doi: 10.1016/j.chroma.2015.03.011
Ito Y., Menet J.-M. Coil planet centrifuges for high-speed countercurrent chromatography / Countercurrent chromatography. Edited by J.-M. Menet, D. Thiebaut. N.Y.: Marcel Dekker Inc. 1999. P. 87–120.
Conway W. Countercurrent chromatography. Apparatus, theory and applications. 1990. N.Y.: VCH Publisher Inc. P. 357–441.
Yu J., Sun X., Zhao L., Wang X., Wang X. An efficient method to obtain anti-inflammatory phenolic derivatives from Scindapsus officinalis (Roxb.) Schott. by a high speed counter-current chromatography coupled with a recycling mode. RSC Adv. 2020. 10 (19): 11132–11138. doi: 10/1039/c9ra09453a
Ruttler F., Ormos R., Cannas J., Hammerschick T., Schlag S., Vetter W. Sample preparation of free sterols from vegetable oils by countercurrent chromatography in co-current mode. Anal. Bioanal. Chem. 2023. 415: 4731–4740. https://doi.org/10.1007/s00216-023-04766-9
Gomes Lopes A., Borges R. M., Kuhn S., Garrett R., das Neves Costa F. Combining high-speed countercurrent chromatography three-phase solvent system with electrospray ionization-mass spectrometry and nuclear magnetic resonance to profile the unconventional food plant Syzygium malaccense. J. Chrom. A. 2022. 1677: 463211 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2022.463211
Марютина Т. А., Федотов П. С., Спиваков Б. Я. Использование метода жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой для концентрирования и разделения неорганических веществ. Двухфазные жидкостные системы. Журн. аналит. химии. 1997. 52 (12): 1263–1270.
Федотов П. С., Марютина Т. А., Гребнева О. Н., Кузьмин Н. М., Спиваков Б. Я. Использование метода жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой для концентрирования и разделения неорганических веществ. Групповое выделение Zr, Hf, Nb и Ta для их последующего атомно-эмиссионного (с индуктивно связанной плазмой) определения. Журн. аналит. химии. 1997. 52 (11): 1141–1146.
Maryutina T. A., Fedotov P. S., Spivakov B. Ya. Application of countercurrent chromatography in inorganic analysis / Countercurrent chromatography. Edited by J.-M. Menet, D. Thiebaut. N.Y.: Marcel Dekker Inc. 1999. PP. 171–222.
Spivakov B.Ya., Maryutina T. A., Fedotov P. S., Ignatova S. N. Different two-phase liquid systems for inorganic separations by countercurrent chromatography / Metal-ion separation and preconcentration. Edited by A. H. Bond, M. L. Dietz, R. D. Rogers. Washington: ACS. 1999. PP. 333–346.
Марютина Т. А., Савонина Е. Ю., Катасонова О. Н. Комбинированный способ пробоподготовки для определения полного элементного состава нефтей. Журн. аналит. химии. 2016. 71 (11): С. 1126–1130. doi: 10.7868/S0044450216110128
Савонина Е. Ю., Марютина Т. А., Катасонова О. Н. Определение микроэлементов в нефти с использованием комбинированного способа пробоподготовки. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. 82 (10): 17–21.
Zolotov Yu.A., Spivakov B.Ya., Maryutina T. A., Bashlov V. L., Pavlenko I. V. Partition countercurrent chromatography in inorganic analysis. Fresenius J. Anal. Chem. 1989. 335 (8): 938–944.
Марютина Т. А., Литвина М. Н., Маликов Д. А., Спиваков Б. Я., Мясоедов Б. Ф., Лекомт М., Хилл К., Мадик Ш. Многоступенчатое экстракционное разделение Am(III) и Cm(III) в планетарных центрифугах. Радиохимия. 2004. 46 (6): 549–554.
Myasoedov B. F., Kulyako Y. M., Trofimov T. I., Samsonov M. D., Malikov D. A., Maryutina T. A., Spivakov B. Y. Recovery of U and Pu from simulated spent nuclear fuel by adducts of organic reagents with HNO3 followed by their separation from fission products by countercurrent chromatography. Radiochim. Acta. 2009. 97 (9): 473–477. https://doi.org/10.1524/ract.2009.1649
Hoshi H., Tsuyoshi A., Akiba K. High-speed countercurrent chromatography for separation of americium from lanthanides. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2001. 249 (3): 547–550.
Марютина Т. А. Применение градиента концентрации реагента в неподвижной фазе для разделения палладия и родия методом жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой. Журн. аналит. химии. 2009. 64 (3): 309–312.
Рудик И. С., Катасонова О. Н., Марютина Т. А., Спиваков Б. Я. Сравнительный анализ разделения платины(IV) и палладия(II) при различных вариантах градиентного элюирования. Аналитика. 2020. 10 (3): 196–203.
Mokhodoeva O., Rudik I., Shkinev V., Maryutina T. Countercurrent chromatography approach to palladium and platinum separation using aqueous biphasic system. J. Сhrom. A. 2021. 1657: 462581. doi: 10.1016/j.chroma.2021.462581
Maryutina T., Spivakov B., Tschöpel P. Application of countercurrent chromatography to the purification of chemical reagents. Fresenius J. Anal. Chem. 1996. 356 (7): 430–434.
Ignatova S. N., Maryutina T. A., Spivakov B.Ya., Karandashev V. K. Group separation of trace rare-earth elements by countercurrent chromatography for their determination in high-purity calcium chloride. Fresenius J. Anal. Chem. 2001. 370: 1109–1113.
Федюнина Н. Н., Федотов П. С., Философов Д. В., Якушев Е. А. Определение ультранизких содержаний урана и тория в античном свинце методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой после их выделения методом жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. 84 (4): 12–15. doi: 10.26896/1028‑6861‑2018‑84‑4‑12‑15
Шатрова Ю. Н., Дженлода Р. Х., Федюнина Н. Н., Карандашев В. К., Федотов П. С. Сравнительное изучение схем фракционирования форм редкоземельных элементов в почвах в режиме динамического экстрагирования. Журн. аналит. химии. 2021. 76 (10): 906–915. doi:10.31857/S0044450221100108
Fedotov P. S., Savonina E.Yu., Wennrich R., Ladonin D. V. Studies on trace and major elements association in soils using continuous-flow leaching in rotating coiled columns. Geoderma. 2007. 142: 58–68. doi: 10.1016/j.geoderma.2007.07.014
Федотов П. С. Вращающиеся спиральные колонки в вещественном анализе природных образцов: динамическое фракционирование форм элементов в почвах, илах и донных отложениях. Журн. аналит. химии. 2012. 67 (5): 453–468.
Fedotov P. S., Ermolin M. S., Ivaneev A. I., Fedyunina N. N., Karandashev V. K., Tatsy Yu. G. Continuous-flow leaching in a rotating coiled column for studies on the mobility of toxic elements in dust samples collected near a metallurgic plant. Chemosphere. 2016. 146: 371–378. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.11.124
Fedotov P. S., Bauer C., Popp P., Wennrich R. Dynamic extraction in rotating coiled columns, a new approach to direct recovery of polycyclic aromatic hydrocarbons from soils. J. Chrom. A. 2004. 1023 (2): 305–309. doi: 10.1016/j.chroma.2003.10.022
Ермолин М. С., Федотов П. С., Карандашев В. К., Шкинев В. М. Методология выделения и элементного анализа наночастиц вулканического пепла. Журн. аналит. химии. 2017. 72 (5): 462–471. doi: 10.7868/S0044450217050061
Ermolin M. S., Fedotov P. S., Levashov E. A., Savonina E.Yu., Ivaneev A. I. Field-flow fractionation of metallic microparticles in a rotating coiled column. Mend. Comm. 2016. 26 (4): 358–359. doi: 10/1016/j.mencom.2016.07.031
Fedotov P. S., Ermolin M. S., Katasonova O. N. Field-flow fractionation of nano- and microparticles in rotated coiled columns. J. Chrom. A. 2015. 1381: 202–209. doi: 10.1016/j.chroma.2014.12.079
Shen Ch.-W., Yu T. Size-fractionation of silver nanoparticles using ion-pair extraction in a counter-current chromatograph. J. Chrom. A. 2009. 1216 (32): 5962–5967. doi: 10.1016/j.chroma.2009.06.002
References
Ito Y. Golden rules and pitfalls in selecting optimum conditions for high-speed counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2005. 1065:145–168. doi:10.1016/j.chroma.2004.12.044
Vetter W., Muller M., Englert M., Hammann S. Countercurrent chromatography – when liquid-liquid extraction meets chromatography / Liquid-Phase Extraction Edited by C. F. Poole Elsevier Inc. 2020. P. 290–325. https://doi.org/10.1016/B978–0–12–816911–7.00010–4
Berthod A., Maryutina T., Spivakov B., Shpigun O., Sutherland I. Countercurrent chromatography in analytical chemistry (IUPAC technical report). Pure Appl. Chem. 2009. 81 (2): 355–387. doi:10.1351/PAC‑REP‑08‑06‑05
Terajima Y., Nagatomo R., Nunome M., Harada S., Inoue K. Sustainable chromatographic purification of milbemectin: Application of high-speed countercurrent chromatography coupled with off-line atmospheric pressure solid analysis probe-high resolution mass spectrometry. J. Chrom. A. 2023. 1694. 463901. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2023.463901.
Liu C., Xi X., Liu Y., Lu Y., Che F., Gu Y., Yu Y., Li H., Liu J., Wei Y. Isolation of four major compounds of γ-Oryzanol from rice bran oil by ionic liquids modified high-speed countercurrent chromatography and antimicrobial activity and neuroprotective effect of cycloartenyl ferulate in vitro. Chromatographia. 2021. 84: 635–644. https://doi.org/10.1007/s10337–021–04044–9
Yu J., Chang X., Peng H., Wang X., Wang J., Peng D., Gui Sh. A strategy based on isocratic and linear-gradient high-speed counter-current chromatography for the comprehensive separation of platycosides from Platycodi radix. Anal. Methods. 2021. 13: 477–483. doi: 10.1039/d0ay02029j
Wu D-T., Pan Y.-J. Recent development in counter-current chromatography. Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2016. 44 (2): 319–326. doi: 10.1016/S1872‑2040(16)60908‑8
Yang Y., Khan B. M., Zhang X., Zhao Y., Cheong K.-L., Liu Y. Advances in separation and purification of bioactive polysaccharides through high-speed counter-current chromatography. JCS. 2020. 58 (10): 992–1000. doi: 10.1093/chromsci/bmaa063
Maryutina T. A., Spivakov B. Ya. Liquid chromatography with a free stationary phase. Fundamentals of the method and scope of application in inorganic analysis / 100 years of Chromatography. Edited by B. A. Rudenko. M: Nauka. 2003. PP. 507–528 (in Russ.).
Maryutina T. A., Fedotov P. S. Countercurrent chromatography in elemental analysis: from oil to high-purity substances. J. Anal. Chem. 2019. 74 (3): 239–247. doi: 10.1134/S1061934819030092
Dembovski M., Rasmussen H. E., Rowley J. E., Droessler J. E. Separation of rare earth element radioisotopes by reverse-phase high-speed counter-current chromatography. SSRN. 2023. http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4542970
Litvina M. N., Malikov D. A., Maryutina T. A., Kulyako Yu.M., Myasoedov B. F. Separation of U and Pu by countercurrent chromatography with support-free liquid stationary phase in the TBP-White Spirit-nitric acid system. Radiochemistry. 2006. 48 (3): 284–287. doi: 10.1134/S1066362206030143
Roehrer S., Bezold F., Garcia E. M., Minceva M. Deep eutectic solvents in countercurrent and centrifugal partition chromatography. J. Chrom. A. 2016. 1434: 102–110. doi:10.1016/j.chroma.2016.01.024
Plotka-Wasylka J., Rutkowska M., de la Guardia M. Are deep eutectic solvents useful in chromatography? A short review. J. Chrom. A. 2021. 1639: 461918. doi: 10.1016/j.chroma.2021.461918
Sutherland I. A. Recent progress on the industrial scale-up of counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2007. 1151: 6–13. doi: 10.1016/j.chroma.2007.01.143
Yang Y., Yang J., Fang Ch., Gu D., Ma Y., Ito Y. A multilayer coil in type-I counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2018. 1541: 47–51. doi: 10.1016/j.chroma.2018.02.022
Shinomiya K., Tokura K., Kimura E., Takai M., Harikai N., Yoshida K., Yanagidaira K., Ito Y. Design of a coil satellite centrifuge and its performance on counter-current chromatographic separation of 4‑methylumbelliferyl sugar derivatives with polar organic–aqueous two-phase solvent systems. J. Chrom. A. 2015. 1392: 48–55. doi: 10.1016/j.chroma.2015.03.011
Ito Y., Menet J.-M. Coil planet centrifuges for high-speed countercurrent chromatography / Countercurrent chromatography. Edited by J.-M. Menet, D. Thiebaut. N.Y.: Marcel Dekker Inc. 1999. PP. 87–120.
Conway W. Countercurrent chromatography. Apparatus, theory and applications. 1990. N.Y.: VCH Publisher Inc. P. 357–441.
Yu J., Sun X., Zhao L., Wang X., Wang X. An efficient method to obtain anti-inflammatory phenolic derivatives from Scindapsus officinalis (Roxb.) Schott. by a high speed counter-current chromatography coupled with a recycling mode. RSC Adv. 2020. 10 (19): 11132–11138. doi: 10/1039/c9ra09453a
Ruttler F., Ormos R., Cannas J., Hammerschick T., Schlag S., Vetter W. Sample preparation of free sterols from vegetable oils by countercurrent chromatography in co-current mode. Anal. Bioanal. Chem. 2023. 415: 4731–4740. https://doi.org/10.1007/s00216-023-04766-9
Gomes Lopes A., Borges R. M., Kuhn S., Garrett R., das Neves Costa F. Combining high-speed countercurrent chromatography three-phase solvent system with electrospray ionization-mass spectrometry and nuclear magnetic resonance to profile the unconventional food plant Syzygium malaccense. J. Chrom. A. 2022. 1677: 463211 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2022.463211
Maryutina T. A., Fedotov P. S., Spivakov B. Ya. Application of countercurrent chromatography to preconcentration and separation of inorganic substances: two-phase liquid system. J. Anal. Chem. 1997. 52 (12): 1140–1146.
Fedotov P. S., Maryutina T. A., Grebneva O. N., Kuz’min N.M., Spivakov B. Ya. Use of countercurrent partition chromatography for the preconcentration and separation of inorganic compounds: group extraction of Zr, Hf, Nb, and Ta for their subsequent determination by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. J. Anal. Chem. 1997. 52 (11): 1034–1038.
Maryutina T. A., Fedotov P. S., Spivakov B. Ya. Application of countercurrent chromatography in inorganic analysis / Countercurrent chromatography. Edited by J.-M. Menet, D. Thiebaut. N.Y.: Marcel Dekker Inc. 1999. PP. 171–222.
Spivakov B.Ya., Maryutina T. A., Fedotov P. S., Ignatova S. N. Different two-phase liquid systems for inorganic separations by countercurrent chromatography / Metal-ion separation and preconcentration. Edited by A. H. Bond, M. L. Dietz, R. D. Rogers. Washington: ACS. 1999. P. 333–346.
Maryutina T. A., Savonina E. Y., Katasonova O. N. A combined method of sample preparation for the determination of the element composition of oils. J. Anal. Chem. 2016. 71 (11): С. 1126–1130. doi: 10.1134/S1061934816110101
Savonina E.Yu., Maryutina T. A., Katasonova O. N. Determination of microelements in oil by combined sample preparation technique. Inorg. Mater. 2017 53(14): 1448–1453. doi: 10.1134/S0020168517140151.
Zolotov Yu.A., Spivakov B.Ya., Maryutina T. A., Bashlov V. L., Pavlenko I. V. Partition countercurrent chromatography in inorganic analysis. Fresenius J. Anal. Chem. 1989. 335 (8): 938–944.
Maryutina T. A., Litvina M. N., Malikov D. A., Spivakov B.Ya., Myasoedov B. F., Lecomte M., Hill C., Madic C. Multistage extraction separation of Am(III) и Cm(III) in planet centrifuges. Radiochemistry. 2004. 46 (6): 596–602. doi: 10.1007/s11137‑005‑0035‑4
Myasoedov B. F., Kulyako Y. M., Trofimov T. I., Samsonov M. D., Malikov D. A., Maryutina T. A., Spivakov B. Y. Recovery of U and Pu from simulated spent nuclear fuel by adducts of organic reagents with HNO3 followed by their separation from fission products by countercurrent chromatography. Radiochim. Acta. 2009. 97 (9): 473–477. https://doi.org/10.1524/ract.2009.1649
Hoshi H., Tsuyoshi A., Akiba K. High-speed countercurrent chromatography for separation of americium from lanthanides. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2001. 249 (3): 547–550.
Maryutina T. A. Use of reagent concentration gradient in the stationary phase for the separation of palladium(II) and rhodium(III) by countercurrent chromatography. J. Anal. Chem. 2009. 64 (3): 295–298. doi: 10.1134/S1061934809030150
Rudik I. S., Katasonova O. N., Maryutina T. A., Spivakov B. Ya. Comparative analysis of the separation of platinum(IV) and palladium(II) in various gradient elution variants. Analitika. 2020. 10 (3): 196–203. (in Russ.).
Mokhodoeva O., Rudik I., Shkinev V., Maryutina T. Countercurrent chromatography approach to palladium and platinum separation using aqueous biphasic system. J. Сhrom. A. 2021. 1657: 462581. doi: 10.1016/j.chroma.2021.462581
Maryutina T., Spivakov B., Tschöpel P. Application of countercurrent chromatography to the purification of chemical reagents. Fresenius J. Anal. Chem. 1996. 356 (7): 430–434.
Ignatova S. N., Maryutina T. A., Spivakov B.Ya., Karandashev V. K. Group separation of trace rare-earth elements by countercurrent chromatography for their determination in high-purity calcium chloride. Fresenius J. Anal. Chem. 2001. 370: 1109–1113.
Fedyunina N. N., Fedotov P. S., Filosofov D. V., Yakushev E. A. Determination of ultra-low uranium and thorium contents in antique lead by inductively coupled plasma mass spectrometry after their isolation by liquid chromatography with a free stationary phase. Zavodskaya laboratiria. Diagnostika materialov. 2018. 84 (4): 12–15. doi: 10.26896/1028‑6861‑2018‑84‑4‑12‑15 (in Russ.).
Shatrova Y. N., Dzhenloda R. K., Fedotov P. S., Fedyunina N. N., Karandashev V. K. A comparativestudy of methods of the dynamic fractionation of rare earth elements in soils. J. Anal. Chem. 2021. 76 (10): 1144–1152. doi: 10.1134/S1061934821100105
Fedotov P. S., Savonina E.Yu., Wennrich R., Ladonin D. V. Studies on trace and major elements association in soils using continuous-flow leaching in rotating coiled columns. Geoderma. 2007. 142: 58–68. doi: 10.1016/j.geoderma.2007.07.014
Fedotov P. S. Rotating coiled columns in the speciation analysis of natural samples: dynamic fractionation of element forms in soils, sludges, and bottom sediments. J. Anal. Chem. 2012. 67 (5): 399–413. doi: 10.1134/S106193481205005X
Fedotov P. S., Ermolin M. S., Ivaneev A. I., Fedyunina N. N., Karandashev V. K., Tatsy Yu. G. Continuous-flow leaching in a rotating coiled column for studies on the mobility of toxic elements in dust samples collected near a metallurgic plant. Chemosphere. 2016. 146: 371–378. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.11.124
Fedotov P. S., Bauer C., Popp P., Wennrich R. Dynamic extraction in rotating coiled columns, a new approach to direct recovery of polycyclic aromatic hydrocarbons from soils. J. Chrom. A. 2004. 1023 (2): 305–309. doi: 10.1016/j.chroma.2003.10.022
Ermolin M. S., Fedotov P. S., Karandashev V. K., Shkinev V. M. Methodology for separation and elemental analysis of volcanic ash nanoparticles. J. Anal. Chem. 2017. 72 (5): 533–541. doi: 10.1134/S1061934817050069
Ermolin M. S., Fedotov P. S., Levashov E. A., Savonina E.Yu., Ivaneev A. I. Field-flow fractionation of metallic microparticles in a rotating coiled column. Mend. Comm. 2016. 26 (4): 358–359. doi: 10/1016/j.mencom.2016.07.031
Fedotov P. S., Ermolin M. S., Katasonova O. N. Field-flow fractionation of nano- and microparticles in rotated coiled columns. J. Chrom. A. 2015. 1381: 202–209. doi: 10.1016/j.chroma.2014.12.079
Shen Ch.-W., Yu T. Size-fractionation of silver nanoparticles using ion-pair extraction in a counter-current chromatograph. J. Chrom. A. 2009. 1216 (32): 5962–5967. doi: 10.1016/j.chroma.2009.06.002
Статья поступила в редакцию 10.10.2023
Принята к публикации 30.10.2023
Т. А. Марютина, д. х. н.1, 2, Е. Ю. Савонина, к. х. н.1
Обзор посвящен особенностям метода жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой (ЖХСНФ) и его возможностям в области выделения, концентрирования и разделения веществ (органических и неорганических) для решения аналитических задач. Показано, что метод ЖХСНФ может быть использован при анализе разнообразных объектов (сверхчистые вещества, геологические образцы, нефти, растительное сырье, фармпрепараты, почвы и др.). Отмечена уникальная особенность метода – возможность создания градиента концентрации реагента в неподвижной фазе в ходе хроматографического процесса.
Ключевые слова: концентрирование, разделение, многоступенчатая экстракция, жидкостная хроматография со свободной неподвижной фазой, вращающиеся спиральные колонки, пробоподготовка, анализ
Метод жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой (ЖХСНФ), известный в англоязычной литературе как противоточная хроматография (countercurrent chromatography, CCC), – эффективный способ выделения, разделения и концентрирования веществ, успешно сочетающий в себе принципы жидкость-жидкостной экстракции и хроматографии. Метод был предложен в конце 1960‑х и за свою более чем 60‑летнюю историю непрерывно развивается и совершенствуется как в части разработки новых устройств для его реализации, так и в области исследования новых двухфазных систем и объектов анализа .
Основа метода – распределение разделяемых веществ между двумя несмешивающимися жидкими фазами в колонке – одна из которых удерживается в колонке, а другая прокачивается через нее. Поведение анализируемых веществ в колонке определяется значениями их коэффициентов распределения в используемой двухфазной системе. Наиболее удачный вариант реализации метода – планетарная центрифуга, так называемого J-типа [1], в которой разделительная колонка – трубка из политетрафторэтилена, намотанная на катушку, – вращается вокруг своей оси и оси центрифуги. За счет наличия двух осей вращения метод относится к гидродинамическим [2]. При планетарном вращении разделительной колонки (или вращающейся спиральной колонки – ВСК) под действием возникающего поля сил одна из фаз двухфазной жидкостной системы удерживается внутри ВСК (неподвижная фаза) без какого-либо твердого носителя (в отличие от классических вариантов хроматографии) при непрерывном прокачивании через колонку второй (подвижной) фазы.
Возникающее при вращении ВСК поле ассиметрично, за счет чего происходит многократное смешение и разделение фаз двухфазной системы, что аналогично многоступенчатой экстракции и приводит к эффективному извлечению аналита. Отсутствие твердого носителя для неподвижной фазы снимает ограничение на возможность необратимой адсорбции компонентов анализируемого объекта.
В основном метод используется в препаративных и полупрепаративных целях, в первую очередь для выделения и очистки биологически активных компонентов растительного сырья и фармпрепаратов, анализе пищевых продуктов [3–8]. Для этих целей применяют также гидростатический вариант ЖХСНФ (с одной осью вращения), называемый в англоязычной литературе центрифужная распределительная хроматография (centrifugal partition chromatography, CPC) [2]. В данном случае спиралевидная колонка фиксирована в гравитационном поле, а подвижная фаза с плотностью, отличающейся от плотности неподвижной фазы, прокачивается через нее. При этом за счет разности плотностей в каждом витке спирали происходит противоточное движение подвижной и неподвижной фазы. Если скорость этого движения соответствует скорости прокачивания, то неподвижная фаза удерживается в колонке, и из нее выходит только подвижная фаза [9].
Метод ЖХСНФ может успешно использоваться в неорганическом анализе сложных объектов (от нефтей до объектов окружающей среды) [3, 10]. Применение метода ЖХСНФ для разделения неорганических веществ впервые было предложено в лаборатории концентрирования ГЕОХИ РАН под общим руководством Ю. А. Золотова и Б. Я. Спивакова. Основной этап развития метода выпал на непростые для страны 1990–2000‑е годы и поэтому, по мнению авторов, многие возможности его применения остались до сих пор нереализованными. Широкое распространение в России метод так и не получил, несмотря на возможность приобретения отечественного аналитического оборудования для реализации ЖХСНФ – разработанные в Институте аналитического приборостроения (ИАП РАН, Санкт-Петербург) планетарные центрифуги, а также созданный полноценный хроматографический комплекс на базе ВСК.
По сути, в методе ЖХСНФ в лабораторных условиях реализуется многоступенчатый экстракционный процесс, который имеет более высокую эффективность выделения аналитов по сравнению с одноступенчатой экстракцией. В аналитической химии метод может заменить каскад экстракционных устройств (экстракторов), позволяя выбрать оптимальные параметры экстракционного выделения или концентрирования веществ. При этом, использование каскада центробежных экстракторов или смесителей-отстойников в промышленных масштабах оправдано и является, практически, единственным вариантом реализации многостадийного процесса экстракции.
Цель настоящего обзора – показать многогранность возможностей метода ЖХСНФ в анализе сложных объектов и привлечь к нему внимание российских аналитиков.
Особенности ЖХСНФ
Как уже упоминалось, для реализации метода может быть использована практически любая экстракционная система, а его отличительной особенностью является отсутствие сорбента или твердого носителя для удерживания неподвижной фазы в колонке. Эта особенность обуславливает ряд преимуществ, таких как:
нет потери аналита или его загрязнения при взаимодействии с материалом сорбента;
возможность динамического перемешивания фаз внутри колонки, что приводит к многоступенчатому процессу экстракции;
нет проблем заполнения и регенерации колонок;
легкость перехода от одной экстракционной (хроматографической) системы к другой (в т. ч. возможность менять подвижную и неподвижную фазу местами).
Большая часть двухфазных систем позволяет каждую из фаз использовать как подвижную, так и неподвижную. По аналогии с другими хроматографическими методами в зависимости от того, полярная или неполярная фаза является неподвижной, ЖХСНФ называют нормально-фазной или обращенно-фазной соответственно.
Эффективность разделения и выделения целевых компонентов из сложных матриц можно предсказать, основываясь на зависимостях протекания процесса от следующих факторов:
материал и геометрические параметры разделительной колонки;
используемая экстракционная жидкостная система (в т. ч. свойства компонентов системы – полярность, разница плотностей, вязкости, межфазное натяжение и коэффициенты распределения целевых компонентов в выбранной системе);
режим элюирования (ступенчатое / градиентное или изократическое);
конструкционные и рабочие параметры используемого оборудования (планетарной центрифуги).
Селективность хроматографического разделения во многом зависит от коэффициента распределения (KD) аналитов. При высоких значениях KD происходит концентрирование компонентов в неподвижную фазу, при низких (KD < 0,1) – возможно извлечение элементов в малый объем подвижной фазы.
Изменение состава подвижной фазы и режима элюирования позволяет выделять узкие фракции разделяемых компонентов за короткий период времени с минимально возможным расходом реагентов. Так, при близких значениях KD для разделения компонентов используют градиентное элюирование. Например, для разделения РЗЭ (редкоземельные элементы) используют градиентное элюирование, изменяя концентрацию соляной кислоты в диапазоне 0,05–0,3 М, являющуюся подвижной фазой [11]. Аналогично, изменение концентрации азотной кислоты в диапазоне 0,4–2 М в подвижной фазе позволяет разделить изотопы Am, Pu и U [12].
Уникальность метода – в возможности создания градиента концентраций экстрагента в неподвижной фазе. Изменение концентрации экстрагента в неподвижной фазе в ходе лабораторного исследования достигается за счет ввода в ВСК на этапе ее заполнения нескольких порций неподвижной фазы, которые содержат различную концентрацию экстрагента в одном или нескольких растворителях, разделенных между собой порцией подвижной фазы. В ходе процесса начинается плавное перемешивание порций растворителя, что приводит к изменению концентрации экстрагента в неподвижной фазе. Предлагаемый подход позволяет создать экстракционный реактор, позволяющий в динамическом режиме эффективно выделять или концентрировать анализируемые компоненты из сложного многокомпонентного раствора за счет варьирования их коэффициентов распределения при изменении концентрации экстрагента в системе.
Селективность двухфазной системы можно повысить, добавляя модификатор для регулирования значения рН, комплексообразователь или поверхностно-активное вещество. Кроме того, системы в ЖХСНФ не всегда ограничиваются двумя фазами. Известны примеры использования трехфазных систем, при этом в разделительной колонке все три фазы либо находятся одновременно (две из них неподвижные), либо две фазы подвижные и заменяют друг друга в ходе эксперимента [2]. С точки зрения актуальных сегодня принципов «зеленой химии» ионные жидкости и глубокие эвтектические растворители также могут быть интересными компонентами систем для ЖХСНФ [2, 13, 14].
Немаловажное значение для эффективности хроматографического процесса в ЖХСНФ имеет объем неподвижной фазы, удерживаемый в разделительной колонке. Регулируя удерживаемый объем реагента, можно решать различные аналитические задачи. Так, для концентрирования элементов из потока подвижной фазы, необходимо удержать максимально возможный объем неподвижной фазы в колонке, для разделения компонентов объем неподвижной фазы должен быть небольшим. Для характеристики удерживания в ЖХСНФ введено понятие фактора удерживания Sf, который, в отличие от классического хроматографического процесса, определяется как соотношение объема неподвижной фазы, удерживаемого в колонке, к ее общему объему.
На удерживание неподвижной фазы в ВСК влияют в первую очередь экспериментальные условия (скорость потока подвижной фазы, скорость вращения ВСК, температура, физико-химические параметры фаз экстракционной системы). Чем больше разница между плотностью и вязкостью компонентов фаз, тем выше значение Sf, увеличение скорости вращения колонки также приводит к увеличению значения Sf [2, 9].
Теория метода ЖХСНФ достаточно подробно описана в [1–3, 9].
Аппаратурное оформление
метода ЖХСНФ
За годы развития метода ЖХСНФ было предложено множество вариантов аппаратурного оформления для его реализации [3, 8, 15–18]. Как уже упоминалось ранее, наибольшее распространение получили планетарные центрифуги J-типа, которые, в зависимости от решаемых задач, подразделяются, в свою очередь, на препаративные, полупрепаративные и аналитические.
Оборудование для препаративного и полупрепаративного использования достигло заметного прогресса в трех аспектах:
геометрическая архитектура хроматографической колонки;
тандемный и множественный дизайн хроматографических колонок;
комбинирование ЖХСНФ с высокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЭЖХ).
Для повышения эффективности разделения и сокращения времени работы были разработаны и внедрены различные функциональные приборы [7]. Большинство работ сосредоточено на оптимизации конструкции колонки для повышения удерживаемого объема неподвижной фазы, что является критическим параметром при разделении.
Разработан аппарат для реализации многомерного варианта, сочетающий в себе преимущества ЖХСНФ и ВЭЖХ [7].
В любом случае «сердцем» современной системы для реализации ЖХСНФ в гидродинамическом режиме является планетарная центрифуга, которая может быть дооснащена как минимум насосом для подачи фаз, системой отбора проб (коллектор фракций), проточным детектором с блоком регистрации данных [2].
Аппаратурное оформление метода непрерывно совершенствуется в зависимости от сложности поставленных перед исследователями задач.
На сегодняшний день оборудование для гидродинамического варианта ЖХСНФ производится во многих странах мира. В частности в Европе одним из крупных производителей планетарных центрифуг для ЖХСНФ является Dynamic Extractions Ltd (Великобритания), в Китае – JiangYin Countercurrent Technology Ltd, в России единственный производитель – ООО «АМЗТЕХ» (на базе ИАП РАН, Санкт-Петербург). В табл. 1 приведена краткая информация о характеристиках производимого компаниями оборудования.
Также в Европе широко распространено производство оборудования для центрифужной распределительной хроматографии (гидростатический вариант ЖХСНФ).
Направления применения ЖХСНФ
Метод ЖХСНФ успешно применяется как в органическом, так и неорганическом анализе (рис. 1). Однако, если в области выделения и разделения органических веществ метод нашел широкое применение и постоянно совершенствуется (в основном за рубежом), то в области неорганического анализа он не столь распространен, несмотря на примеры его успешного применения и разнообразие объектов исследований.
Ниже приведены некоторые примеры применения метода ЖХСНФ.
Применение метода ЖХСНФ для выделения и разделения органических компонентов
Благодаря высокой чистоте конечного продукта и высокой скорости извлечения, метод ЖХСНФ нашел широкое применение при разделении компонентов традиционной китайской медицины, биохимии, химии натуральных продуктов, органического синтеза, в анализе пищевых продуктов.
В области фармацевтических исследований метод применяют для разделения и синтеза лекарственных средств, а также для разделения и очистки многокомпонентных антибиотиков, в биохимических исследованиях – для разделения ароматических кислот, пептидов, белков, ДНК и т. д. Его применение в медицине в значительной степени связано с разделением, очисткой, идентификацией и количественным определением эритроцитов, бактерий и метаболитов лекарственных средств. Кроме того, метод ЖХСНФ широко используется для разделения таких компонентов, как алкалоиды, липиды, флавоноиды, полифенолы, растительные гормоны, сапонины, хиноны, пигменты и полисахариды, присутствующие в натуральных продуктах. [3, 8, 19].
Отличительная особенность метода состоит в том, что биологическая активность соединений практически не изменяется после процесса разделения. Это обуславливает его популярность в области выделения компонентов натурального (растительного) происхождения в фармакологических и медицинских исследованиях.
Для концентрирования, выделения и разделения соединений из растений и различных натуральных продуктов используют как гидродинамический, так и гидростатический варианты ЖХСНФ.
Ниже приведены некоторые примеры применения метода ЖХСНФ в исследованиях органических соединений.
Исследования лекарственных препаратов
Предложен расчетный подход оптимизации системы растворителей для очистки реагентов, используемых в производстве антибиотиков [4]. Так, мильбемектин (смесь мильбемецина А3 и мильбемицина А4) был успешно очищен от примесей с помощью системы н-гексан : этилацетат : метанол : вода (9 : 1 : 7 : 3, об.).
Авторы [6] использовали комбинацию изократического и линейно-градиентного элюирования методом ЖХСНФ как простой и эффективный способ детального исследования платикозидов, выделенных из корня платикодона (Platicodi radix). Изократическое элюирование в системе этилацетат : н-бутанол : вода (1 : 1 : 2, об.) было использовано для отделения платикозидов из экстракта корня платикодона. Таким образом удалось выделить семь фракций «чистых» платикозидов и две фракции смесей соединений. Градиентное элюирование за счет постоянного изменения пропорций этилацетата и н-бутанола в указанной системе позволило выделить индивидуальные платикозиды из смеси. Актуальность исследования связана с тем, что с платикозидами (или сапонины, производные гликозидов) связаны противовоспалительное и иммуномодулирующее действия растительных лекарственных препаратов на их основе, популярных в китайской или тибетской медицине.
Сочетание двух режимов ЖХСНФ (классический и рециркуляции) предложено в [20] для выделения восьми компонентов (в том числе изомеров) из экстракта лекарственных трав (Scindapsus officinalis) в системах этилацетат : н-бутиловый спирт : вода (2 : 1 : 3, об.) и хлороформ : метанол : вода (4 : 3 : 2, об.). Режим рециркуляции был применен для повышения разрешения пиков изомеров производных пиранозила. Показано, что применение ЖХСНФ в режиме рециркуляции является мощным методом получения соединений с аналогичными структурами и значениями коэффициента разделения.
Биохимические исследования
Двухфазная система растворителей в сочетании с ионными жидкостями н-гексан : дихлорметан : ацетонитрил : [C4mim][PF6] (10 : 1 : 10 : 0.15, об.) успешно применена для очистки соединений γ-оризанола (смесь липидов) из масла рисовых отрубей за один хроматографический цикл [5].
Исследования компонентов
натуральных продуктов
Двухфазная система н-гексан : этанол : метанол : вода (34 : 11 : 12 : 2, об.) использована для концентрирования и выделения стиролов из растительных масел [21]. Авторы предложили вариант реализации ЖХСНФ, при котором обе жидкие фазы хроматографической системы прокачиваются через две вращающиеся колонки с разной низкой скоростью в одном и том же направлении. Такой подход позволил сократить время выделения стиролов по сравнению с традиционным вариантом реализации метода ЖХСНФ.
Показана перспективность применения водных двухфазных жидкостных систем на основе полиэтиленгликолей, пирофосфата калия и сульфата аммония для разделения полисахаридов методом ЖХСНФ [8]. Применение водных двухфазных жидкостных систем обеспечивает мягкие рабочие условия, не наносящие вреда образцу, и приводит к стабилизации нестабильных или летучих биомолекул.
Методом ЖХСНФ в сочетании с масс-спектрометрией с ионизацией электрораспылением и с помощью ядерно-магнитного резонанса исследованы соединения, содержащиеся в листьях Syzygium malaccense [22]. Анализ фракций, выделенных ступенчатым градиентным элюированием с использованием трехфазной системы н-гексан : этилацетат : ацетонитрил : вода (2 : 1 : 1 : 1, об.) позволил обнаружить 90 соединений, входящих в состав экстракта листьев Syzygium malaccense, часть из которых были идентифицированы впервые.
Применение метода ЖХСНФ
в неорганическом анализе
Метод ЖХСНФ отлично зарекомендовал себя для аналитического и радиоаналитического разделения и предварительного концентрирования неорганических ионов, а также для очистки неорганических аналитических реагентов [23–25]. Метод обладает потенциалом для предварительного концентрирования металлов, содержащихся в анализируемых объектах в нано- и пикоконцентрациях перед инструментальным многоэлементным определением с помощью спектрометрических методов. В ходе разделения и концентрирования в ВСК анализируемые образцы и экстракционные системы контактируют только с инертным материалом колонки и подводящих путей (тефлон), что сводит к минимуму риск загрязнения образца. Кроме того, используемые растворители и реагенты могут быть очищены перед разделением и предварительным концентрированием в той же колонке [3, 9].
Возможность смены элюента (состава подвижной фазы) при использовании одной колонки также является преимуществом в случае извлечения анализируемых веществ из растворов очень сложных образцов, например, геологических материалов, когда для извлечения целевых элементов традиционно необходимы две или более экстракционные системы. Следует отметить, что, как и при органическом или биоорганическом разделении, ЖХСНФ позволяет работать с неочищенными образцами, содержащими коллоидные или твердые частицы. Поскольку планетарная центрифуга представляет собой замкнутую систему, она удобна для работы с радиоактивными жидкостями, что важно для безопасных радиохимических исследований.
В большинстве случаев в методе ЖХСНФ анализируемый образец вводится в разделительную колонку в потоке подвижной фазы, однако образец сам может выступать в качестве как подвижной фазы (например, для концентрирования элементов из раствора), так и неподвижной (для выделения и разделения компонентов). В качестве примера можно привести возможности метода для анализа нефтепродуктов:
для концентрирования микроэлементов из нефтяных образцов небольшой объем (10 мл) водного раствора неорганической кислоты удерживается в ВСК при непрерывном прокачивании значительных объемов (>100 мл) подвижной фазы (она же анализируемый нефтяной образец);
для выделения неорганических примесей образец нефтепродукта удерживается в качестве неподвижной фазы при непрерывном прокачивании подвижной фазы (водных растворов).
Более подробно некоторые примеры применения ЖХСНФ в неорганическом анализе приведены ниже.
Выделение и разделение РЗЭ
из различных объектов
Геологические образцы
Метод ЖХСНФ успешно применяется для предварительного концентрирования и разделения следовых количеств РЗЭ из основных компонентов различных геологических образцов после их разложения для последующего определения с помощью спектральных методов. Показано, что три экстракционные системы на основе ди-(2‑этилгексил)фосфорной кислоты (Д2ЭГФК), триоктилфосфиноксида (TOФO) и дифенил(дибутилкарбамоилметил)фосфин оксида (КМФО) позволяют за одну стадию в ВСК выделить группу РЗЭ из образцов горных пород, руд и минералов (базальтов, гранитов, доломитов и т. д.) после их кислотного разложения [25, 26]. Систему 1,0 моль / л Д2ЭГФК в декане – HCl и режим градиентного элюирования использовали для выделения и разделения изотопов Nd и Sm от большинства основных компонентов геологических материалов [23]. При элюировании раствором 0,5 М HCl ниодим вымывается из колонки практически сразу, в то время как самарий концентрируется в неподвижной фазе, повышение концентрации кислоты до 3 М позволяет выделить Sm в небольшую порцию элюата.
Нефть
В лаборатории концентрирования ГЕОХИ РАН под руководством Т.А Марютиной впервые в мировой практике был предложен способ концентрирования и последующего масс-спектрометрического определения группы РЗЭ в сырых нефтях. Авторы [27] предполагают, что в водный раствор 0,5 М HNO3 переходят элементы, находящихся в нефти в виде кислоторастворимых солей. При удерживании 10 мл раствора азотной кислоты в качестве неподвижной фазы и прокачивании различных объемов (от 100 мл до 1 л и более) анализируемой нефти в качестве подвижной фазы удается сконцентрировать сумму РЗЭ, присутствующих в нефти в содержаниях на уровне нг / кг и ниже.
Учитывая, что элементы в нефти могут присутствовать в разнообразных формах – от довольно подвижных и легкорастворимых (водорастворимые соли) до сложных комплексных трудноразрушаемых соединений (порфиринаты), был предложен и апробирован комбинированный способ пробоподготовки сырой нефти, в том числе тяжелой, для определения содержания металлов [27, 28]. Способ заключается в сочетании двух вариантов пробоподготовки:
автоклавное разложение образца нефти для последующего определения содержания элементов, содержащихся в нефтях в значительных количествах (до 10–3 %) и связанных с порфиринами, – V, Ni, Fe, Ca, Al и др.;
концентрирование микроэлементов (в т. ч. РЗЭ) методом ЖХСНФ с последующим определением методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (МС-ИСП).
Выделение и разделение радионуклидов
Также как и в случае РЗЭ, одна из проблем разделения радионуклидов связана с близостью их свойств. Впервые метод ЖХСНФ был использован в лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН под руководством Б. Ф. Мясоедова для решения радиохимических задач на примере разделения радионуклидов цезия и стронция в 1989 году [30].
На период 2002–2009 годов приходится пик исследований с использованием метода ЖХСНФ по разделению америция и кюрия [30], урана и плутония [12, 31]. Также решена задача отделения Am от трехвалентных РЗЭ [32].
Развитие ядерной энергетики и возникающие случаи несанкционированного использования радиоактивных материалов привели к созданию такого направления, как ядерная криминалистика. Она занимается изучением ядерных и других радиоактивных материалов с помощью аналитических методов с целью определения происхождения и истории этих материалов в контексте расследований, проводимых правоохранительными органами, или оценки слабых мест ядерной безопасности. Dembrowski M. с соавт. [11] показали потенциал применения ЖХСНФ в ядерной криминалистике в качестве альтернативного метода очистки радиоизотопов РЗЭ, с акцентом на разделение, на примере модельных образцов радиоактивных растворов в системе 0,02М Д2ЭГФК в н-гептане – HCl.
Выделение и разделение
металлов платиновой группы
Разделение и определение металлов платиновой группы является довольно сложной задачей в связи с близкими коэффициентами распределения металлов. Как уже упоминалось, для улучшения эффективности разделения соединений с близкими значениями KD, как правило, используют градиентное элюирование.
Экспериментальные исследования позволили предложить два принципиально разных способа экстракционного разделения платиновых металлов из солевых растворов:
за счет изменения состава подвижной фазы (элюента) – градиентное или ступенчатое элюирование;
за счет создания градиента концентрации экстрагента в неподвижной фазе.
Создание градиента концентрации реагента (хлорида метилтриалкиламмония (МТАА)) в неподвижной фазе впервые был предложен для разделения Rh(III) и Pd(II) из модельного раствора [33]. Известно, что коэффициенты распределения Rh(III) и Pd(II) определяются как концентрацией соляной кислоты, так и концентрацией МТАА в толуоле.
На рис. 2 приведены сравнительные результаты по разделению Rh(III) и Pd(II) в системе раствор МТАА в толуоле – раствор НСl в ВСК (при создании градиента концентрации экстрагента и в его отсутствие). Использование изократического разделения Rh(III) и Pd(II) в системе 0,07 М МТАА в толуоле – 6 М HCl не позволяет добиться полного разделения пиков (рис. 2. а). Создание градиента концентрации реагента в неподвижной фазе (0,07 М МТАА в толуоле – чистый толуол) позволило добиться полного разделения пиков Rh(III) и Pd(II). Градиент концентрации экстрагента в толуоле (неподвижной фазе) создавался за счет определенного способа заполнения ВСК: в неподвижную колонку вводили определенный объем подвижной фазы (раствор HCl), затем чистый растворитель (толуол), снова подвижную фазу, раствор реагента в растворителе, опять подвижную фазу. При вращении ВСК фрагменты неподвижной фазы начинали перемешиваться, создавая градиент концентрации реагента.
Оба способа градиентного элюирования (с созданием градиента в подвижной фазе и в неподвижной) использованы для экстракционного концентрирования и разделения Pt(IV) и Pd(II) из модельных хлоридных растворов в системе МТАА в толуоле – HCl (рис. 3) [34]. В случае классического градиентного элюирования (рис 3а) неподвижной фазой служил 0,05 М раствор МТАА в толуоле, выделение платиновых металлов из неподвижной фазы проводили растворами тиомочевины (NH2CSNH2) разной концентрации.
Создание градиента концентрации реагента (0,05 М МТАА в толуоле – 1 М HCl – толуол – 1 М НСl) позволило извлечь фракцию Pd(II) без примеси Pt(IV). Чистота извлеченной фракции Pt(IV) составила 99,8%. Для реэкстракции Pd(II) использован раствор 1 М HCl, для Pt(IV) – 1 М раствор тиомочевины в 0,5 М HCl [34].
Ранее упоминалось, что одним из преимуществ ЖХСНФ является возможность использования жидкостных систем любой природы. С учетом реализации принципов «зеленой химии» для разделения и извлечения платины и палладия из технологических хлоридных растворов методом ЖХСНФ в [35] на примере модельного раствора впервые было предложено применение водно-полимерных систем на основе ПЭГ‑1500 и (NH4)2SO4 (рис. 4). Параллельно были отделены сопутствующие элементы, обычно содержащиеся в технологических растворах – Ni и Cu. Степень извлечения для Pd(II) составила 100%, для Pt(IV) – 97,2%. Чистота полученных фракций целевых металлов составила ≥99,9%.
Подобные водные двухфазные системы вполне отвечают современным требованиям программы устойчивого развития и охраны окружающей среды, поскольку компоненты систем являются водорастворимыми, биосовместимыми, нетоксичными, негорючими и практически не имеют запаха.
Анализ сверхчистых веществ
Специфика анализа высокочистых веществ связана с необходимостью концентрирования и отделения микропримесей от матрицы, исключая возможность загрязнения анализируемого образца. Одна из первых работ по анализу сверхчистых веществ методом ЖХСНФ была выполнена в 1996 году и связана с получением высокочистых аналитических реагентов – неорганических солей (NH4HSO4, (NH4)2SO4, NH4F, NH4Cl) за счет очистки их растворов от микропримесей металлов (Fe, Al, Zn, Cu, Co, Cd, Ni, Cr, Ca, Mg, K) в системах на основе гексаметилендитиокарбамината гексаметиленаммония, 8‑оксихинолина и краун-эфиров в хлороформе [36].
По заказу фирмы Merck была разработана методика по определению микропримесей РЗЭ в высокочистом хлориде кальция методом ЖХСНФ [37]. Методика включала в себя концентрирование и выделение РЗЭ методом ЖХСНФ в системе 0,5 М КМФО в хлороформе – смесь 3 М HNO3 и HClO4 и последующее их определение методом МС-ИСП.
Предложен комбинированный метод анализа образцов античного свинца, включающий в себя концентрирование и выделение урана и тория, содержащихся в исследуемом объекте на уровне 10–10 мас. %, методом ЖХСНФ и последующее их определение методом МС-ИСП [38]. В работе использована система раствор тетраметилендифосфиноксида (ДФО) в хлороформе – 1 М HNO3.
Нетрадиционные области применения ЖХСНФ
В начале двухтысячных годов Б. Я. Спиваковым было предложено, а П. С. Федотовым развито новое нетрадиционное направление применения метода ЖХСНФ, а точнее ВСК, для работы с двухфазными системами: суспензия твердых частиц – водные растворы. Это направление активно используется для определения в динамическом режиме различных форм нахождения элементов, содержащихся в твердых объектах окружающей среды (почвы, пепел и др.) [39–42]. Последовательное экстрагирование в ВСК различных форм элементов (в т. ч. токсичных), связанных с определенными компонентами матрицы почвы, донного отложения, пепла, позволяет оценить экологическую опасность загрязнения, понять геохимические процессы, происходящие в почвах и решать другие задачи геохимии, экологии, почвоведения. Помимо выделения неорганических компонентов предложен подход к прямому извлечению полициклических ароматических углеводородов из почв [43]. Кроме того, применение ВСК позволяет проводить разделение частиц по размерам и плотностям [44–47].
Заключение
Возможности применения метода ЖХСНФ практически безграничны. Метод позволяет использовать неограниченный набор жидкостных систем (при варьировании полярности, числа фаз, модификатора) и решать самые разнообразные задачи: от аналитических до препаративных, анализ как жидкостей так и твердых веществ.
Любая экстракционная система, используемая при анализе какого либо объекта, может быть перенесена в условия ЖХСНФ, обеспечив многостадийность процесса разделения и существенно повысив его эффективность.
Метод ЖХСНФ можно применять для анализа практически любого объекта (от природных (включая нефти и руды) до многокомпонентных растворов (включая технологические растворы, в том числе радиоактивные, и продукты питания). Следует отметить, что анализируемые образцы практически не требуют предварительной очистки перед анализом. Использование закрытых систем в ЖХСНФ позволяет избежать образования эмульсий при проведении экстракционного разделения, а также работать с опасными веществами (токсичными растворителями, радиоактивными веществами).
За счет непрерывности динамического процесса разделения в методе ЖХСНФ достигается количественный выход аналита и высокая эффективность разделения.
Возможна полная автоматизация процесса разделения.
Все вышеизложенное подтверждает перспективы использования ЖХСНФ для анализа различных образцов с целью решения широкого круга задач.
Работа выполнена в рамках госзадания ГЕОХИ РАН.
Литература
Ito Y. Golden rules and pitfalls in selecting optimum conditions for high-speed counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2005. 1065:145–168. doi:10.1016/j.chroma.2004.12.044
Vetter W., Muller M., Englert M., Hammann S. Countercurrent chromatography – when liquid-liquid extraction meets chromatography / Liquid-Phase Extraction. Edited by C. F. Poole Elsevier Inc. 2020. P. 290–325. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816911-7.00010-4
Berthod A., Maryutina T., Spivakov B., Shpigun O., Sutherland I. Countercurrent chromatography in analytical chemistry (IUPAC technical report). Pure Appl. Chem. 2009. 81 (2): 355–387. doi:10.1351/PAC‑REP‑08‑06‑05
Terajima Y., Nagatomo R., Nunome M., Harada S., Inoue K. Sustainable chromatographic purification of milbemectin: Application of high-speed countercurrent chromatography coupled with off-line atmospheric pressure solid analysis probe-high resolution mass spectrometry. J. Chrom. A. 2023. 1694. 463901. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2023.463901.
Liu C., Xi X., Liu Y., Lu Y., Che F., Gu Y., Yu Y., Li H., Liu J., Wei Y. Isolation of four major compounds of γ-Oryzanol from rice bran oil by ionic liquids modified high-speed countercurrent chromatography and antimicrobial activity and neuroprotective effect of cycloartenyl ferulate in vitro. Chromatographia. 2021. 84: 635–644. https://doi.org/10.1007/s10337-021-04044-9
Yu J., Chang X., Peng H., Wang X., Wang J., Peng D., Gui Sh. A strategy based on isocratic and linear-gradient high-speed counter-current chromatography for the comprehensive separation of platycosides from Platycodi radix. Anal. Methods. 2021. 13: 477–483. doi: 10.1039/d0ay02029j
Wu D-T., Pan Y.-J. Recent development in counter-current chromatography. Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2016. 44 (2): 319–326. doi: 10.1016/S1872‑2040(16)60908‑8
Yang Y., Khan B. M., Zhang X., Zhao Y., Cheong K.-L., Liu Y. Advances in separation and purification of bioactive polysaccharides through high-speed counter-current chromatography. JCS. 2020. 58 (10): 992–1000. doi: 10.1093/chromsci/bmaa063
Марютина Т. А., Спиваков Б. Я. Жидкостная хроматография со свободной неподвижной фазой. Основы метода и области применения в неорганическом анализе / 100 лет хроматографии Под ред. Б. А. Руденко. М.: Наука, 2003. C. 507–528.
Марютина Т. А., Федотов П. С. Жидкостная хроматография со свободной неподвижной фазой в элементном анализе: от нефти до особо чистых веществ. Журн. аналит. химии. 2019. 74 (3): 201–210. doi: 10.1134/S0044450219030095
Dembovski M., Rasmussen H. E., Rowley J. E., Droessler J. E. Separation of rare earth element radioisotopes by reverse-phase high-speed counter-current chromatography. SSRN. 2023.
http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4542970
Литвина М. Н., Маликов Д. А., Марютина Т. А., Куляко Ю. М., Мясоедов Б. Ф. Разделение U и Pu методом жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой в системе ТБФ-уайт-спирит – азотная кислота. Радиохимия. 2006. 48 (3): 256–259.
Roehrer S., Bezold F., Garcia E. M., Minceva M. Deep eutectic solvents in countercurrent and centrifugal partition chromatography. J. Chrom. A. 2016. 1434: 102–110. doi:10.1016/j.chroma.2016.01.024
Plotka-Wasylka J., Rutkowska M., de la Guardia M. Are deep eutectic solvents useful in chromatography? A short review. J. Chrom. A. 2021. 1639: 461918. doi: 10.1016/j.chroma.2021.461918
Sutherland I. A. Recent progress on the industrial scale-up of counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2007. 1151: 6–13. doi: 10.1016/j.chroma.2007.01.143
Yang Y., Yang J., Fang Ch., Gu D., Ma Y., Ito Y. A multilayer coil in type-I counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2018. 1541: 47–51. doi: 10.1016/j.chroma.2018.02.022
Shinomiya K., Tokura K., Kimura E., Takai M., Harikai N., Yoshida K., Yanagidaira K., Ito Y. Design of a coil satellite centrifuge and its performance on counter-current chromatographic separation of 4‑methylumbelliferyl sugar derivatives with polar organic–aqueous two-phase solvent systems. J. Chrom. A. 2015. 1392: 48–55. doi: 10.1016/j.chroma.2015.03.011
Ito Y., Menet J.-M. Coil planet centrifuges for high-speed countercurrent chromatography / Countercurrent chromatography. Edited by J.-M. Menet, D. Thiebaut. N.Y.: Marcel Dekker Inc. 1999. P. 87–120.
Conway W. Countercurrent chromatography. Apparatus, theory and applications. 1990. N.Y.: VCH Publisher Inc. P. 357–441.
Yu J., Sun X., Zhao L., Wang X., Wang X. An efficient method to obtain anti-inflammatory phenolic derivatives from Scindapsus officinalis (Roxb.) Schott. by a high speed counter-current chromatography coupled with a recycling mode. RSC Adv. 2020. 10 (19): 11132–11138. doi: 10/1039/c9ra09453a
Ruttler F., Ormos R., Cannas J., Hammerschick T., Schlag S., Vetter W. Sample preparation of free sterols from vegetable oils by countercurrent chromatography in co-current mode. Anal. Bioanal. Chem. 2023. 415: 4731–4740. https://doi.org/10.1007/s00216-023-04766-9
Gomes Lopes A., Borges R. M., Kuhn S., Garrett R., das Neves Costa F. Combining high-speed countercurrent chromatography three-phase solvent system with electrospray ionization-mass spectrometry and nuclear magnetic resonance to profile the unconventional food plant Syzygium malaccense. J. Chrom. A. 2022. 1677: 463211 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2022.463211
Марютина Т. А., Федотов П. С., Спиваков Б. Я. Использование метода жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой для концентрирования и разделения неорганических веществ. Двухфазные жидкостные системы. Журн. аналит. химии. 1997. 52 (12): 1263–1270.
Федотов П. С., Марютина Т. А., Гребнева О. Н., Кузьмин Н. М., Спиваков Б. Я. Использование метода жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой для концентрирования и разделения неорганических веществ. Групповое выделение Zr, Hf, Nb и Ta для их последующего атомно-эмиссионного (с индуктивно связанной плазмой) определения. Журн. аналит. химии. 1997. 52 (11): 1141–1146.
Maryutina T. A., Fedotov P. S., Spivakov B. Ya. Application of countercurrent chromatography in inorganic analysis / Countercurrent chromatography. Edited by J.-M. Menet, D. Thiebaut. N.Y.: Marcel Dekker Inc. 1999. PP. 171–222.
Spivakov B.Ya., Maryutina T. A., Fedotov P. S., Ignatova S. N. Different two-phase liquid systems for inorganic separations by countercurrent chromatography / Metal-ion separation and preconcentration. Edited by A. H. Bond, M. L. Dietz, R. D. Rogers. Washington: ACS. 1999. PP. 333–346.
Марютина Т. А., Савонина Е. Ю., Катасонова О. Н. Комбинированный способ пробоподготовки для определения полного элементного состава нефтей. Журн. аналит. химии. 2016. 71 (11): С. 1126–1130. doi: 10.7868/S0044450216110128
Савонина Е. Ю., Марютина Т. А., Катасонова О. Н. Определение микроэлементов в нефти с использованием комбинированного способа пробоподготовки. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. 82 (10): 17–21.
Zolotov Yu.A., Spivakov B.Ya., Maryutina T. A., Bashlov V. L., Pavlenko I. V. Partition countercurrent chromatography in inorganic analysis. Fresenius J. Anal. Chem. 1989. 335 (8): 938–944.
Марютина Т. А., Литвина М. Н., Маликов Д. А., Спиваков Б. Я., Мясоедов Б. Ф., Лекомт М., Хилл К., Мадик Ш. Многоступенчатое экстракционное разделение Am(III) и Cm(III) в планетарных центрифугах. Радиохимия. 2004. 46 (6): 549–554.
Myasoedov B. F., Kulyako Y. M., Trofimov T. I., Samsonov M. D., Malikov D. A., Maryutina T. A., Spivakov B. Y. Recovery of U and Pu from simulated spent nuclear fuel by adducts of organic reagents with HNO3 followed by their separation from fission products by countercurrent chromatography. Radiochim. Acta. 2009. 97 (9): 473–477. https://doi.org/10.1524/ract.2009.1649
Hoshi H., Tsuyoshi A., Akiba K. High-speed countercurrent chromatography for separation of americium from lanthanides. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2001. 249 (3): 547–550.
Марютина Т. А. Применение градиента концентрации реагента в неподвижной фазе для разделения палладия и родия методом жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой. Журн. аналит. химии. 2009. 64 (3): 309–312.
Рудик И. С., Катасонова О. Н., Марютина Т. А., Спиваков Б. Я. Сравнительный анализ разделения платины(IV) и палладия(II) при различных вариантах градиентного элюирования. Аналитика. 2020. 10 (3): 196–203.
Mokhodoeva O., Rudik I., Shkinev V., Maryutina T. Countercurrent chromatography approach to palladium and platinum separation using aqueous biphasic system. J. Сhrom. A. 2021. 1657: 462581. doi: 10.1016/j.chroma.2021.462581
Maryutina T., Spivakov B., Tschöpel P. Application of countercurrent chromatography to the purification of chemical reagents. Fresenius J. Anal. Chem. 1996. 356 (7): 430–434.
Ignatova S. N., Maryutina T. A., Spivakov B.Ya., Karandashev V. K. Group separation of trace rare-earth elements by countercurrent chromatography for their determination in high-purity calcium chloride. Fresenius J. Anal. Chem. 2001. 370: 1109–1113.
Федюнина Н. Н., Федотов П. С., Философов Д. В., Якушев Е. А. Определение ультранизких содержаний урана и тория в античном свинце методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой после их выделения методом жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. 84 (4): 12–15. doi: 10.26896/1028‑6861‑2018‑84‑4‑12‑15
Шатрова Ю. Н., Дженлода Р. Х., Федюнина Н. Н., Карандашев В. К., Федотов П. С. Сравнительное изучение схем фракционирования форм редкоземельных элементов в почвах в режиме динамического экстрагирования. Журн. аналит. химии. 2021. 76 (10): 906–915. doi:10.31857/S0044450221100108
Fedotov P. S., Savonina E.Yu., Wennrich R., Ladonin D. V. Studies on trace and major elements association in soils using continuous-flow leaching in rotating coiled columns. Geoderma. 2007. 142: 58–68. doi: 10.1016/j.geoderma.2007.07.014
Федотов П. С. Вращающиеся спиральные колонки в вещественном анализе природных образцов: динамическое фракционирование форм элементов в почвах, илах и донных отложениях. Журн. аналит. химии. 2012. 67 (5): 453–468.
Fedotov P. S., Ermolin M. S., Ivaneev A. I., Fedyunina N. N., Karandashev V. K., Tatsy Yu. G. Continuous-flow leaching in a rotating coiled column for studies on the mobility of toxic elements in dust samples collected near a metallurgic plant. Chemosphere. 2016. 146: 371–378. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.11.124
Fedotov P. S., Bauer C., Popp P., Wennrich R. Dynamic extraction in rotating coiled columns, a new approach to direct recovery of polycyclic aromatic hydrocarbons from soils. J. Chrom. A. 2004. 1023 (2): 305–309. doi: 10.1016/j.chroma.2003.10.022
Ермолин М. С., Федотов П. С., Карандашев В. К., Шкинев В. М. Методология выделения и элементного анализа наночастиц вулканического пепла. Журн. аналит. химии. 2017. 72 (5): 462–471. doi: 10.7868/S0044450217050061
Ermolin M. S., Fedotov P. S., Levashov E. A., Savonina E.Yu., Ivaneev A. I. Field-flow fractionation of metallic microparticles in a rotating coiled column. Mend. Comm. 2016. 26 (4): 358–359. doi: 10/1016/j.mencom.2016.07.031
Fedotov P. S., Ermolin M. S., Katasonova O. N. Field-flow fractionation of nano- and microparticles in rotated coiled columns. J. Chrom. A. 2015. 1381: 202–209. doi: 10.1016/j.chroma.2014.12.079
Shen Ch.-W., Yu T. Size-fractionation of silver nanoparticles using ion-pair extraction in a counter-current chromatograph. J. Chrom. A. 2009. 1216 (32): 5962–5967. doi: 10.1016/j.chroma.2009.06.002
References
Ito Y. Golden rules and pitfalls in selecting optimum conditions for high-speed counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2005. 1065:145–168. doi:10.1016/j.chroma.2004.12.044
Vetter W., Muller M., Englert M., Hammann S. Countercurrent chromatography – when liquid-liquid extraction meets chromatography / Liquid-Phase Extraction Edited by C. F. Poole Elsevier Inc. 2020. P. 290–325. https://doi.org/10.1016/B978–0–12–816911–7.00010–4
Berthod A., Maryutina T., Spivakov B., Shpigun O., Sutherland I. Countercurrent chromatography in analytical chemistry (IUPAC technical report). Pure Appl. Chem. 2009. 81 (2): 355–387. doi:10.1351/PAC‑REP‑08‑06‑05
Terajima Y., Nagatomo R., Nunome M., Harada S., Inoue K. Sustainable chromatographic purification of milbemectin: Application of high-speed countercurrent chromatography coupled with off-line atmospheric pressure solid analysis probe-high resolution mass spectrometry. J. Chrom. A. 2023. 1694. 463901. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2023.463901.
Liu C., Xi X., Liu Y., Lu Y., Che F., Gu Y., Yu Y., Li H., Liu J., Wei Y. Isolation of four major compounds of γ-Oryzanol from rice bran oil by ionic liquids modified high-speed countercurrent chromatography and antimicrobial activity and neuroprotective effect of cycloartenyl ferulate in vitro. Chromatographia. 2021. 84: 635–644. https://doi.org/10.1007/s10337–021–04044–9
Yu J., Chang X., Peng H., Wang X., Wang J., Peng D., Gui Sh. A strategy based on isocratic and linear-gradient high-speed counter-current chromatography for the comprehensive separation of platycosides from Platycodi radix. Anal. Methods. 2021. 13: 477–483. doi: 10.1039/d0ay02029j
Wu D-T., Pan Y.-J. Recent development in counter-current chromatography. Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2016. 44 (2): 319–326. doi: 10.1016/S1872‑2040(16)60908‑8
Yang Y., Khan B. M., Zhang X., Zhao Y., Cheong K.-L., Liu Y. Advances in separation and purification of bioactive polysaccharides through high-speed counter-current chromatography. JCS. 2020. 58 (10): 992–1000. doi: 10.1093/chromsci/bmaa063
Maryutina T. A., Spivakov B. Ya. Liquid chromatography with a free stationary phase. Fundamentals of the method and scope of application in inorganic analysis / 100 years of Chromatography. Edited by B. A. Rudenko. M: Nauka. 2003. PP. 507–528 (in Russ.).
Maryutina T. A., Fedotov P. S. Countercurrent chromatography in elemental analysis: from oil to high-purity substances. J. Anal. Chem. 2019. 74 (3): 239–247. doi: 10.1134/S1061934819030092
Dembovski M., Rasmussen H. E., Rowley J. E., Droessler J. E. Separation of rare earth element radioisotopes by reverse-phase high-speed counter-current chromatography. SSRN. 2023. http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4542970
Litvina M. N., Malikov D. A., Maryutina T. A., Kulyako Yu.M., Myasoedov B. F. Separation of U and Pu by countercurrent chromatography with support-free liquid stationary phase in the TBP-White Spirit-nitric acid system. Radiochemistry. 2006. 48 (3): 284–287. doi: 10.1134/S1066362206030143
Roehrer S., Bezold F., Garcia E. M., Minceva M. Deep eutectic solvents in countercurrent and centrifugal partition chromatography. J. Chrom. A. 2016. 1434: 102–110. doi:10.1016/j.chroma.2016.01.024
Plotka-Wasylka J., Rutkowska M., de la Guardia M. Are deep eutectic solvents useful in chromatography? A short review. J. Chrom. A. 2021. 1639: 461918. doi: 10.1016/j.chroma.2021.461918
Sutherland I. A. Recent progress on the industrial scale-up of counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2007. 1151: 6–13. doi: 10.1016/j.chroma.2007.01.143
Yang Y., Yang J., Fang Ch., Gu D., Ma Y., Ito Y. A multilayer coil in type-I counter-current chromatography. J. Chrom. A. 2018. 1541: 47–51. doi: 10.1016/j.chroma.2018.02.022
Shinomiya K., Tokura K., Kimura E., Takai M., Harikai N., Yoshida K., Yanagidaira K., Ito Y. Design of a coil satellite centrifuge and its performance on counter-current chromatographic separation of 4‑methylumbelliferyl sugar derivatives with polar organic–aqueous two-phase solvent systems. J. Chrom. A. 2015. 1392: 48–55. doi: 10.1016/j.chroma.2015.03.011
Ito Y., Menet J.-M. Coil planet centrifuges for high-speed countercurrent chromatography / Countercurrent chromatography. Edited by J.-M. Menet, D. Thiebaut. N.Y.: Marcel Dekker Inc. 1999. PP. 87–120.
Conway W. Countercurrent chromatography. Apparatus, theory and applications. 1990. N.Y.: VCH Publisher Inc. P. 357–441.
Yu J., Sun X., Zhao L., Wang X., Wang X. An efficient method to obtain anti-inflammatory phenolic derivatives from Scindapsus officinalis (Roxb.) Schott. by a high speed counter-current chromatography coupled with a recycling mode. RSC Adv. 2020. 10 (19): 11132–11138. doi: 10/1039/c9ra09453a
Ruttler F., Ormos R., Cannas J., Hammerschick T., Schlag S., Vetter W. Sample preparation of free sterols from vegetable oils by countercurrent chromatography in co-current mode. Anal. Bioanal. Chem. 2023. 415: 4731–4740. https://doi.org/10.1007/s00216-023-04766-9
Gomes Lopes A., Borges R. M., Kuhn S., Garrett R., das Neves Costa F. Combining high-speed countercurrent chromatography three-phase solvent system with electrospray ionization-mass spectrometry and nuclear magnetic resonance to profile the unconventional food plant Syzygium malaccense. J. Chrom. A. 2022. 1677: 463211 https://doi.org/10.1016/j.chroma.2022.463211
Maryutina T. A., Fedotov P. S., Spivakov B. Ya. Application of countercurrent chromatography to preconcentration and separation of inorganic substances: two-phase liquid system. J. Anal. Chem. 1997. 52 (12): 1140–1146.
Fedotov P. S., Maryutina T. A., Grebneva O. N., Kuz’min N.M., Spivakov B. Ya. Use of countercurrent partition chromatography for the preconcentration and separation of inorganic compounds: group extraction of Zr, Hf, Nb, and Ta for their subsequent determination by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. J. Anal. Chem. 1997. 52 (11): 1034–1038.
Maryutina T. A., Fedotov P. S., Spivakov B. Ya. Application of countercurrent chromatography in inorganic analysis / Countercurrent chromatography. Edited by J.-M. Menet, D. Thiebaut. N.Y.: Marcel Dekker Inc. 1999. PP. 171–222.
Spivakov B.Ya., Maryutina T. A., Fedotov P. S., Ignatova S. N. Different two-phase liquid systems for inorganic separations by countercurrent chromatography / Metal-ion separation and preconcentration. Edited by A. H. Bond, M. L. Dietz, R. D. Rogers. Washington: ACS. 1999. P. 333–346.
Maryutina T. A., Savonina E. Y., Katasonova O. N. A combined method of sample preparation for the determination of the element composition of oils. J. Anal. Chem. 2016. 71 (11): С. 1126–1130. doi: 10.1134/S1061934816110101
Savonina E.Yu., Maryutina T. A., Katasonova O. N. Determination of microelements in oil by combined sample preparation technique. Inorg. Mater. 2017 53(14): 1448–1453. doi: 10.1134/S0020168517140151.
Zolotov Yu.A., Spivakov B.Ya., Maryutina T. A., Bashlov V. L., Pavlenko I. V. Partition countercurrent chromatography in inorganic analysis. Fresenius J. Anal. Chem. 1989. 335 (8): 938–944.
Maryutina T. A., Litvina M. N., Malikov D. A., Spivakov B.Ya., Myasoedov B. F., Lecomte M., Hill C., Madic C. Multistage extraction separation of Am(III) и Cm(III) in planet centrifuges. Radiochemistry. 2004. 46 (6): 596–602. doi: 10.1007/s11137‑005‑0035‑4
Myasoedov B. F., Kulyako Y. M., Trofimov T. I., Samsonov M. D., Malikov D. A., Maryutina T. A., Spivakov B. Y. Recovery of U and Pu from simulated spent nuclear fuel by adducts of organic reagents with HNO3 followed by their separation from fission products by countercurrent chromatography. Radiochim. Acta. 2009. 97 (9): 473–477. https://doi.org/10.1524/ract.2009.1649
Hoshi H., Tsuyoshi A., Akiba K. High-speed countercurrent chromatography for separation of americium from lanthanides. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2001. 249 (3): 547–550.
Maryutina T. A. Use of reagent concentration gradient in the stationary phase for the separation of palladium(II) and rhodium(III) by countercurrent chromatography. J. Anal. Chem. 2009. 64 (3): 295–298. doi: 10.1134/S1061934809030150
Rudik I. S., Katasonova O. N., Maryutina T. A., Spivakov B. Ya. Comparative analysis of the separation of platinum(IV) and palladium(II) in various gradient elution variants. Analitika. 2020. 10 (3): 196–203. (in Russ.).
Mokhodoeva O., Rudik I., Shkinev V., Maryutina T. Countercurrent chromatography approach to palladium and platinum separation using aqueous biphasic system. J. Сhrom. A. 2021. 1657: 462581. doi: 10.1016/j.chroma.2021.462581
Maryutina T., Spivakov B., Tschöpel P. Application of countercurrent chromatography to the purification of chemical reagents. Fresenius J. Anal. Chem. 1996. 356 (7): 430–434.
Ignatova S. N., Maryutina T. A., Spivakov B.Ya., Karandashev V. K. Group separation of trace rare-earth elements by countercurrent chromatography for their determination in high-purity calcium chloride. Fresenius J. Anal. Chem. 2001. 370: 1109–1113.
Fedyunina N. N., Fedotov P. S., Filosofov D. V., Yakushev E. A. Determination of ultra-low uranium and thorium contents in antique lead by inductively coupled plasma mass spectrometry after their isolation by liquid chromatography with a free stationary phase. Zavodskaya laboratiria. Diagnostika materialov. 2018. 84 (4): 12–15. doi: 10.26896/1028‑6861‑2018‑84‑4‑12‑15 (in Russ.).
Shatrova Y. N., Dzhenloda R. K., Fedotov P. S., Fedyunina N. N., Karandashev V. K. A comparativestudy of methods of the dynamic fractionation of rare earth elements in soils. J. Anal. Chem. 2021. 76 (10): 1144–1152. doi: 10.1134/S1061934821100105
Fedotov P. S., Savonina E.Yu., Wennrich R., Ladonin D. V. Studies on trace and major elements association in soils using continuous-flow leaching in rotating coiled columns. Geoderma. 2007. 142: 58–68. doi: 10.1016/j.geoderma.2007.07.014
Fedotov P. S. Rotating coiled columns in the speciation analysis of natural samples: dynamic fractionation of element forms in soils, sludges, and bottom sediments. J. Anal. Chem. 2012. 67 (5): 399–413. doi: 10.1134/S106193481205005X
Fedotov P. S., Ermolin M. S., Ivaneev A. I., Fedyunina N. N., Karandashev V. K., Tatsy Yu. G. Continuous-flow leaching in a rotating coiled column for studies on the mobility of toxic elements in dust samples collected near a metallurgic plant. Chemosphere. 2016. 146: 371–378. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.11.124
Fedotov P. S., Bauer C., Popp P., Wennrich R. Dynamic extraction in rotating coiled columns, a new approach to direct recovery of polycyclic aromatic hydrocarbons from soils. J. Chrom. A. 2004. 1023 (2): 305–309. doi: 10.1016/j.chroma.2003.10.022
Ermolin M. S., Fedotov P. S., Karandashev V. K., Shkinev V. M. Methodology for separation and elemental analysis of volcanic ash nanoparticles. J. Anal. Chem. 2017. 72 (5): 533–541. doi: 10.1134/S1061934817050069
Ermolin M. S., Fedotov P. S., Levashov E. A., Savonina E.Yu., Ivaneev A. I. Field-flow fractionation of metallic microparticles in a rotating coiled column. Mend. Comm. 2016. 26 (4): 358–359. doi: 10/1016/j.mencom.2016.07.031
Fedotov P. S., Ermolin M. S., Katasonova O. N. Field-flow fractionation of nano- and microparticles in rotated coiled columns. J. Chrom. A. 2015. 1381: 202–209. doi: 10.1016/j.chroma.2014.12.079
Shen Ch.-W., Yu T. Size-fractionation of silver nanoparticles using ion-pair extraction in a counter-current chromatograph. J. Chrom. A. 2009. 1216 (32): 5962–5967. doi: 10.1016/j.chroma.2009.06.002
Статья поступила в редакцию 10.10.2023
Принята к публикации 30.10.2023
Отзывы читателей
