Применение цеолитов в высокоэффективной жидкостной хроматографии

Виктория Дмитриевна  Лузанова; Нина Борисовна  Рожманова; Сергей Николаевич  Ланин; Павел Николаевич  Нестеренко

doi:10.17308/sorpchrom.2023.23/11576

Виктория Дмитриевна Лузанова Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Нина Борисовна Рожманова Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Сергей Николаевич Ланин Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Павел Николаевич Нестеренко Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11576

Ключевые слова: цеолиты, адсорбция, ионный обмен, эксклюзия, высокоэффективная жидкостная хроматография.

Аннотация

. Неорганические цеолиты или микропористые кристаллические алюмосиликаты обладают высокой пористостью, развитой удельной поверхностью, однородными по размеру порами и ионообменными свойствами, что определяет их молекулярно-ситовые и адсорбционные свойства. Широко известно применение цеолитов в качестве катализаторов, осушителей растворителей и газов, селективных сорбентов для разделения низкомолекулярных соединений. Достаточно широко цеолиты используются в качестве наполнителей хроматографических колонок в газо-адсорбционной хроматографии.

Мало известно о применении цеолитов в высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), и о механизме удерживания сорбатов на этих сорбентах. В зависимости от свойств сорбатов, удерживание определяется совокупностью ионообменных, адсорбционных, молекулярно-ситовым эффектом, а также кинетической селективностью. Из-за сольватации поверхности сорбента в ВЭЖХ изменяются термодинамические параметры взаимодействия сорбатов с цеолитом, уменьшается эффективный размер пор и затрудняется диффузия разделяемых соединений в поры сорбента.

Тем не менее, цеолиты являются перспективными адсорбентами, поскольку строго определенный размер (d_пор) и геометрия пор цеолитов, а также возможность выбора цеолитов с определенной полярностью обусловливает высокую селективность разделения низкомолекулярных соединений. Наибольший интерес для ВЭЖХ представляют широкопористые цеолиты, d_пор (0.6-0.8 нм) с 8, 10, 12 и 14- членными кольцевыми каналами.

В данном обзоре приведены краткие сведения о классификации, составе, структуре цеолитов и их влиянии на их адсорбционные свойства, а также систематизированы данные по применению цеолитов в ВЭЖХ.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Виктория Дмитриевна Лузанова, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

студент, химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Нина Борисовна Рожманова, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

к.х.н., химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Сергей Николаевич Ланин, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

д.х.н., профессор, химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Павел Николаевич Нестеренко, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

д.х.н., профессор, химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Литература

Zeolites and Metal-Organic Frameworks. University Press, Amsterdam, 2018, 342 p.

Jiang N., Shang R., Heijman S.G.J., Rietveld L.C. Adsorption of triclosan, trichlorophenol and phenol by high-silica zeolites: Adsorption efficiencies and mechanisms. Sep. Purif. Technol. 2020; 235: 116152-116195.

Jiang N., Shang R., Heijman S.G.J., Rietveld L.C. High-silica zeolites for adsorption of organic micro-pollutants in water treatment: A review. Water Res. 2018; 144: 145-161.

Velarde L., Nabavi M. S., Escalera E., Antti M.-L., Akhtar F. Adsorption of heavy metals on natural zeolites: A review. Chemosphere. 2023; 328: 138508-123523.

Shaikhutdinov I.K., Ryazanova T.K., Limareva L.V., Sokolov A.V. Application of Metal-Organic Frameworks to High-Performance Liquid Chromatography. J. Anal. Chem. 2023; 78: 1-17.

Wang Z., Zhang S., Chen Y., Zhang Z., Ma S. Covalent organic frameworks for separation applications. Chem. Soc. Rev. 2020; 49: 708-735.

Pérez-Botella E., Valencia S., Rey F. Zeolites in Adsorption Processes: State of the Art and Future Prospects. Chem. Rev. 2022; 122: 17647-17695.

Loewenstein W., Lowenstein M., Sāo P. The distribution of aluminum in the tetrahedra of silicates and aluminates. Am. Mineral. 1954; 39: 92-96.

Weitkamp J. Zeolites and catalysis. Solid State Ion. 2000; 131: 175-188.

Baerlocher C., McCusker L. Database of Zeolite Structures. Available at: http://www.iza-Structure.org/databases/ (accessed 09 May 2023).

Moshoeshoe M., Nadiye-Tabbiruka M.S., Obuseng V. A Review of the Chemistry, Structure, Properties and Applications of Zeolites. Am. J. Sci. 2017; 7: 196-221.

Grün M., Kurganov A.A., Schacht S., Schüth F., Unger K.K. Comparison of an ordered mesoporous aluminosilicate, silica, alumina, titania and zirconia in normal-phase high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1996; 740: 1-9.

Karpov S.I., Roessner F., Selemenev V.F., Gul'bin S.S., Belanova N.A., Borodina E.V., Korabel'nikova E.O., Krizhanovskaya O.O., Nedosekina I.V. Perspektivy sinteza i ispol'zovaniya uporyadochennyh mezoporistyh materialov pri sorbcionno-hromatograficheskom analize, razdelenii i koncentrirovanii fiziologicheski aktivnyh veshchestv (obzor). Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2013; 13(2): 125-140. (In Russ.)

Flanigen E.M., Broach R.W., Wilson S.T., Kulprathipanja S. Zeolites in Industrial Separation and Catalysis. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2010: 1-26.

Traa Y., Sealy S., Weitkamp J. Characterization of the pore size of molecular sieves using molecular probes, Characterization II. Molecular Sieves. Springer Berlin, Heidelberg, 2006; 5: 103-154.

Townsend R.P., Coker E.N. Chapter 11 Ion exchange in zeolites. Stud. Surf. Sci. Catal. Elsevier, 2001; 137: 467-524.

Dyer A. Chapter 16 Ion-exchange properties of zeolites and related materials. Stud. Surf. Sci. Catal. Elsevier, 2007; 168: 525-553.

McNair H.M., Chandler C.D. Molecular Sieves as Pellicular Films for Liquid Chromatography. Anal. Chem. 1973; 45: 1117-1120.

Glòd B. K., Perez G., Tomlinson A.A.G. Use of mordenite columns in ion-exclusion chromatography. J. Chromatogr. A. 1997; 760: 292-294.

Peristyy A., Nesterenko P.N., Das A., D'Alessandro D.M., Hilder E.F., Arrua R.D. Flow-dependent separation selectivity for organic molecules on metal-organic frameworks containing adsorbents. ChemComm. 2016; 52: 5301-5304.

Arrua R. D., Peristyy A., Nesterenko P.N., Das A., D'Alessandro D.M., Hilder E.F. UiO-66@ SiO2 core-shell microparticles as stationary phases for the separation of small organic molecules. Analyst. 2017; 142: 517-524.

Lanin S. N., Ledenkova M.Y., Nikitin Yu.S. Influence of the concentration of adsorb-ate and modifier in the mobile phase on reten-tion in high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1998; 797: 3-9.

Roque-Malherbe R.M.A. Adsorption and Diffusion in Nanoporous Materials. 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 2018, 318 p.

Kurganov A., Marme St., Unger K. Ef-fect of size of solvent molecule on the adsorp-tion of p- and o-xylene on ZSM-5 type zeolites and mechanism of adsorption. Stud. Surf. Sci. Catal. 1994; 84; 1299-1306.

Luzanova V. D., Rozhmanova N.B., Volgin Y.V., Nesterenko P.N. The use of zeo-lite 13X as a stationary phase for direct deter-mination of water in organic solvents by high-performance liquid chromatography. Anal. Chim. Acta. 2023; 1239: 340697-340705.

Luzanova V.D., Rozhmanova N.B., Nesterenko P.N. Primenenie ul'tramikropo-ristyh sorbentov v vysokoeffektivnoj zhidkost-noj hromatografii. «Sovremen-nye aspekty himii», Sbornik materialov IX molodezhnoj konferencii, 2-4 iyunya, 2022 g., Perm', 67-71. (In Russ.)

Denayer J. F.M., van der Beken S., De Meyer K.M.A., Martens J.A, Baron G.V. Chromatographic liquid phase separation of n-alkane mixtures using zeolites. Stud. Surf. Sci. Catal. Elsevier, 2004; 154: 1944-1949.

Denayer J.F., Ocakoglu A.R., Huy-brechts W., Martens J.A., Thybaut J.W., Marin G.B., Baron G.V. Pore mouth versus intracrys-talline adsorption of isoalkanes on ZSM-22 and ZSM-23 zeolites under vapour and liquid phase conditions. ChemComm. 2003; 3: 1880-1881.

Dumont P.J., Fritz J.S. Silicalite as a Sta-tionary Phase for HPLC. J. High Resol. Chro-matogr. 1996; 19: 691-695.

Ambrose D. L., Fritz J.S. High-performance liquid chromatographic determination of drugs and metabolites in human serum and urine using direct injection and a unique molecular sieve. J. Chromatogr. B, Biomed. Appl. 1998; 709: 89-96.

Dyer A., Emms T.I. Liquid phase separa-tions of organic isomers on high silica zeolites. Microporous Mesoporous Mater. 2007; 104: 137-144.

Wach W., Fornefett I., Buttersack C., Buchholz K. Adsorption and HPLC of carbo-hydrates and related hydroxy compounds on zeolites. Anal. Methods. 2018; 10: 1817-1832.

Wach W., Buttersack C., Buchholz K. Chromatography of mono- and disaccharides on granulated pellets of hydrophobic zeolites. J. Chro-matogr. A. 2018; 1576: 101-112.

Wach W., Fornefett I., Buttersack C., Buchholz K. Chromatographic separation of saccharide mixtures on zeolites. Food Bioprod. Process. 2019; 114: 286-297.

Macko T., Pasch H., Denayer J.F. Ad-sorption of polyethylene standards from decalin on liquid chromatography column packings. J. Chromatogr. A. 2003; 1002: 55-62.

Macko T., Denayer J.F., Pasch H., Bar-on G.V. Adsorption of polyethylene from thermodynamically good solvents on a zeolite stationary phase. J. Sep. Sci. 2003; 26: 1569-1574.

Macko T., Denayer J.F., Pasch H., Pan L., Li J., Raphael A. Adsorption of Polypro-pylene and Polyethylene on Liquid Chromato-graphic Column Packings. Chromatographia. 2004; 59: 461-467.

Macko T., Pasch H., Denayer J.F. Ad-sorption of polypropylene from dilute solutions on a zeolite column packing. J. Sep. Sci. 2005; 28: 59-64.

Geodakyan K.T., Kiselev A.V., Lygin V.I. Infrakrasnye spektry metanola i acetona, adsorbirovannyh na kationirovannyh i dekationirovannyh ceolitah. ZHurn. fiz. himii. 1967; 41(2): 457-464. (In Russ.)

Snyder L.R, Kirkland J.J. Introduction to Modern Liquid Chromatography. 2-d edition. John Wiler & Sons Inc., New York, 1979, 863 p.

Nestepenko P.N. Kineticheski selektivnaya hromatografiya. Laboratoriya i proizvodstvo. 2022; 1-2: 92-100.