Формирование двухслойных покрытий на основе наноразмерных ионитов и их применение для определения биогенных аминов и аминокислот методом капиллярной электрохроматографии

Abstract

Наночастицы активно используются в капиллярном электрофорезе в качестве стационарных фаз, адсорбированных на поверхности кварцевого капилляра, в целях улучшения электрофоретического разделения аналитов в режиме капиллярной электрохроматографии. Формирование покрытий за счет физической адсорбции полимерных наночастиц - наиболее быстрый и простой в исполнении метод. Однако полученные покрытия зачастую характеризуются низкой стабильностью. В работе предложен подход к формированию плотного и стабильного покрытия стенок кварцевого капилляра с внешним отрицательно-заряженным слоем нанокатионита, заключающийся в последовательном нанесении за счет физической адсорбции противоположно-заряженных слоев нанормазмерных ионообменников. Сформировано двухслойное покрытие «наноанионит-нанокатионит», отличающееся высокой стабильностью в диапазоне рН от 2 до 10, и позволяющее проводить до 120 циклов анализа без обновления покрытия. Полученные снимки внутренней поверхности капилляров на сканирующем электронном микроскопе позволили провести сравнение плотности и равномерности одно- и двухслойных покрытий на основе наноионитов. Аналитические возможности двухслойного покрытия продемонстрированы при анализе смесей биогенных аминов и аминокислот в режиме капиллярной электрохроматографии. Достигнуты высокие значения эффективности ( N = 450-720 тыс т.т./м и N = 400-520 тыс т.т./м для катехоламинов и аминокислот, соответственно). Высокая концентрация отрицательно заряженных ионогенных групп на поверхности капилляра способствует увеличению степеней концентрирования, достигаемых в результате электростэкинга, поскольку к общему механизму концентрирования добавляется взаимодействие аналита с функциональными центрами поверхности капилляра. Это позволило снизить пределы обнаружения аналитов в 2-4 раза по сравнению с однослойным НИК-покрытием (3-4 нг/мл в случае катехоламинов и 40-100 нг/мл для аминокислот).

Nanoparticles are widely used in capillary electrophoresis as stationary phases adsorbed on the internal capillary walls for the separation and concentration of analytes in capillary electrochromatography. The fastest and simplest approach for the formation of coatings is a physical adsorption of nanoparticles. Nevertheless, the formed coatings frequently possess low stability. The layer-by-layer approach for the formation of stabile and dense coating of internal capillary walls based on negatively charged nanosized cation-exchanger was proposed. The method included sequential alteration of appositively charged layers of nanosized ion-exchangers. The proposed “anion-exchanger - cation-exchanger” bilayer coating possesses high stability in wide pH range (2-10) and provides up to 120 analyses without requirement of coating sustaining. The coating was applied for the separation and on-line concentration of catecholamines and amino acids in capillary electrochromatography mode. High efficiencies were achieved ( N = 450-720 th. t.p./m and N = 400-520 th. t.p./m for cathecholamies and amino acids, respectively), while the analysis time was significantly decreased. It was established, that high concentration of negatively charged functional groups on the capillary surface led to increase of stacking efficiency factors due to the interactions between analytes and functional groups of the modifier on the capillary walls. It contributed to the 2-4 times reducing of detection limits (LODs) of analytes compared to the mono-layer coatings (LODs of catecholamines = 3-4 ng/mL, LODs of amino acids = 40-100 ng/mL).