Исследователи Научного центра мирового уровня «Центр рационального использования редкометалльного сырья» из лаборатории химии бора и гидридов ИОНХ РАН, совместно с коллегами из НМНИ центр им. Н.Н. Блохина, МИФИ и ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН разработали новый класс высокоселективных гибридных материалов на основе силикагеля. Эти сорбционные материалы работают как сверхточные «ловушки», избирательно улавливая сложные молекулы. Хроматографический метод широко используется для разделения сложных смесей и очистки соединений в фармацевтике, химии и экологии. Однако его эффективность напрямую зависит от характеристик применяемого сорбента — твердой фазы, через которую пропускают смесь. Исследование опубликовано в Inorganics.
В качестве сорбента чаще всего используют силикагель — аморфный пористый диоксид кремния. Силикагель доступен, недорог, а методики его применения хорошо отработаны, что делает его общепринятым стандартом в лабораторной практике. При этом селективность силикагеля ограничена: он не всегда способен улавливать специфические молекулы, особенно небольшие и слабо взаимодействующие с его поверхностью.
Чтобы сделать сорбент избирательным по отношению к ионам редкоземельных элементов и селективно связывать такие молекулы, авторы предложили две стратегии модификации поверхности силикагеля кластерами бора: иммобилизацию кластера бора на предварительно функционализированной матрице и функционализацию кластера с последующей иммобилизацией на силикагеле.
В первом случае ученые в качестве носителя использовали аминосиликагель — матрицу с предварительно иммобилизованными аминогруппами, выполняющими функцию связующего звена — линкера. При нагревании аминосиликагель реагирует с производным клозо-додекаборатного аниона, и между аминогруппами и кластером формируется прочная амидиновая (ковалентная) связь, обеспечивающая надежную фиксацию кластера на поверхности силикагеля и сохранение его способности к селективному связыванию аналитов.
Второй метод заключается в первоначальной модификации кластерного аниона бора путем прививки распространенного реагента (3-аминопропил)триэтоксисилана (АПТЭС), выполняющего роль линкера, а затем иммобилизации кластера на твердой матрице. Полученное производное клозо-додекаборатного аниона вводят в реакцию с силикагелем методом золь-гель конденсации. В ходе реакции этоксильные группы АПТЭС реагируют с поверхностью носителя: гидролизуются и конденсируются с силанольными группами поверхности носителя, формируя прочные ковалентные связи между кластером и матрицей, что обеспечивает стабильность сорбента в рабочих условиях. Таким образом, в данном методе линкер закрепляется на кластере, а уже затем обеспечивает его связывание с матрицей сорбента.
По оценкам авторов, модификация поверхности силикагеля кластерами бора позволяет повысить его селективность по отношению к ионам редких и редкоземельных элементов, например, структурных изомеров или комплексов переходных металлов, которые трудно разделить через традиционные сорбционные фазы. Сорбент избирательно улавливает нужные соединения и стабильно их удерживает, за счет чего достигается четкое разделение компонентов смеси сложных матриц и существенно растет результативность метода.
Применение предложенных методов может существенно повысить точность и эффективность хроматографических процессов, считают ученые. Это имеет важное значение для выделения сверхчистых лекарственных субстанций, анализа сложных биологических проб или детектирования редких загрязнителей.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.
