Разработка российских ученых поможет химикам и экологам

Результаты работы опубликованы в журнале "Journal of Chromatography A".

Хроматография – один из важнейших методов химического анализа и разделения смесей веществ. Попадая в хроматографическую колонку с сорбентом, смесь веществ движется в потоке газовой или жидкой фазы. Отдельные компоненты смеси по-разному удерживаются на поверхности сорбента, что позволяет их разделять на выходе из колонки. Это дает ученым возможность идентифицировать компоненты и определять их количественное содержание.

Метод газовой хроматографии широко применяется в нефтехимии при контроле качества нефти и нефтепродуктов, а также в экологических исследованиях.

Металл-органические каркасные полимеры (МОКП) – новый класс кристаллических пористых материалов, которые обладают большим разнообразием химического состава, структур, геометрии каналов и пор. Благодаря этим свойствам, МОКП можно широко применять в сорбционных технологиях, катализе, мембранных технологиях и адресной доставке лекарств. Эти материалы также обладают большим потенциалом для сорбционного поглощения и хранения различных газов и углеводородов (водород, углекислый газ, метан и др.).

Тем не менее, практическое использование синтезированных кристаллов МОКП в качестве сорбентов для высокоэффективных разделительных колонок затруднено за счет неоднородности размера частиц, небольшой механической прочности, малой доступности внутренних пор частиц. Поэтому ученые Самарского университета исследовали свойства иммобилизованных и привитых МОКП на различных твердых подложках и частицах, а также композитов на основе этого интересного класса пористых кристаллов.

"Мы предложили применить новый композиционный сорбент, в котором мелкодисперсный (0,5–1,0 мкм) порошок МОКП терефталата хрома (MIL-101(Cr)) нанесен и закреплен на поверхности пор широкопористого кремнеземного носителя. Этим сорбентом мы заполнили металлическую хроматографическую колонку (1 м × 3 мм) и успешно и быстро разделили в условиях газовой хроматографии ряд смесей летучих органических соединений, в том числе изомеры", – рассказала аспирант кафедры физической химии и хроматографии Самарского университета Юлия Мартина.

Она объяснила, что наличие мелких частиц, а не исходных кристаллов, облегчало диффузию анализируемых соединений в поры МОКП и их транспорт в потоке газовой фазы. Это позволило получить высокоэффективную наполненную разделительную колонку для газовой хроматографии. К примеру, полное разделение смеси н-гексана, бензола и циклогексана произошло менее, чем за две минуты, а определение метана и трех его хлорпроизводных (дихлорметан, трихлорметан, тетрахлорметан) заняло около 3,5 минут.

По словам ученых, результаты исследования могут использоваться в химии, нефтехимии, химической технологии и в экологических исследованиях для быстрого анализа смесей легкокипящих органических соединений. Разработанный подход к получению композиционных материалов на основе МОКП может быть в дальнейшем применен и в других технологиях с целью улучшения эксплуатационных свойств этих новых материалов.

Авторы отмечают, что работа посвящена 150-летию со дня рождения Михаила Семеновича Цвета, первооткрывателя хроматографии. Самарский университет — участник программы Минобрнауки "Приоритет-2030".