Применение цеолитов в высокоэффективной жидкостной хроматографии
DOI:
https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11576Ключевые 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 (dпор) 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, dпор (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
Библиографические ссылки
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.
