Силікагель та його застосування у високоефективній рідинній хроматографії - Хімія
У сучасній промисловості та науці особливе місце серед сорбентів належить силікагелю, що представляє собою висушений гель кремнієвої кислоти. За масштабами застосування силікагель значно перевершує активний окис алюмінію та цеоліти. Хімічна інертність, висока термостійкість, легкість регулювання пористої структури – весь цей комплекс властивостей дає можливість приготування на основі силікагелю сорбентів, каталізаторів та носіїв із високою питомою поверхнею за оптимальної пористості структури.
Одним з найважливіших напрямків застосування силікагелю як сорбент є ВЕРХ.
Завдяки високому рівню розвитку експериментальної техніки та інструментального оснащення сучасна ВЕРХ дозволяє з великим ступенем надійності та відтворюваності вирішувати складні аналітичні завдання. Поряд з високою якістю обладнання, що використовується, велике значення має правильний вибір системи поділу. Нове покоління сорбентів, отриманих на основі високочистого сферичного силікагелю, що володіє інертною поверхнею та високою хімічною стабільністю, дозволяє знайти оптимальні варіанти виконання аналітичних завдань та підвищити ефективність багатьох методів.
В даний час у практиці вітчизняної фармацевтичної промисловості активно проводиться впровадження міжнародних стандартів та нормативів GMP (Good Manufacturing Practice) на технологію та якість продукції, у зв'язку з чим суттєво збільшується потреба фармацевтичної промисловості в системах аналітичної та препаративної рідинної хроматографії. Сучасні хроматографічні системи для ВЕРХ дозволяють не тільки контролювати якість сировини та готових лікарських препаратів,вони використовуються також у технологічних процесах поділу та очищення багатокомпонентних сумішей широкого кола лікарських речовин різної дії.
ВЕРХ може значною мірою допомогти вирішити проблеми, що нагромадилися у вітчизняному фармацевтичному виробництві за останнє десятиліття, пов'язані з виробництвом чистих субстанцій. З одного боку, метод ВЕРХ дозволять доводити до необхідних вимог чистоти щодо дешеві, але найчастіше неякісні субстанції, зокрема, що купуються в Азії. З іншого боку, на застосуванні промислової ВЕРХ базуються нові чи відтворювані технології отримання та виділення лікарських речовин, у тому числі синтетичних та природних пептидів, геноінженерних продуктів.
На ефективність та економічність процесу хроматографічного поділу впливають такі фактори, як інертність поверхні сорбенту, вузькість фракційного складу, форма частинок, доступна в промислових масштабах кількість та асортимент фаз.
За останнє десятиліття відбулися суттєві зміни як промислові сорбенти для ВЕРХ. Технологія їх отримання акумулює все найкраще, що досягнуто у виробництві сорбентів для аналітичної ВЕРХ. Сорбенти з частинками нерегулярної форми практично повністю витіснені з ринку сферичними сорбентами на основі надчистого силікагелю.
Зростаючий останніми роками інтерес вітчизняних виробників фармацевтичних препаратів до сучасних хроматографічних методів аналізу та отримання високочистих препаратів дозволяє сподіватися широке розвиток та впровадження у практику виробництва та застосування фармацевтичних препаратів сучасних методів ВЕРХ, як аналітичних, і промислових. Практичне використання методів на основі ВЕРХ для аналізу татехнологій очищення, безсумнівно, призведе до відродження вітчизняного приладобудування, розробки нових сорбентів та колон та подальшого розвитку самого методу хроматографії.
1. Літературний огляд
1.1 Основні напрямки практичного застосування силікагелю
Однією з найбільш важливих сполук кремнію є двоокис кремнію SiO2. Відмінною особливістю двоокису кремнію є схильність давати колоїдні розчини та утворювати з водою гелі, які називаються силікагелями.
Силікагель є висушеним гель кремнієвої кислоти пористої будови з сильно розвиненою внутрішньою поверхнею. Ця особливість обумовлює найцінніші властивості силікагелю – адсорбенту, носія каталітично активної речовини та каталізатора.
Силікагель знаходить дедалі ширше застосування найрізноманітніших галузях промисловості. Зважаючи на гідрофільні властивості поверхні силікагелю, його часто використовують для осушення повітря [1–3], вуглекислого газу, водню, кисню, азоту, хлору та інших промислових газів [4].
Здатність силікагелю поглинати значні кількості води істотна також для осушення різних рідин, особливо в тому випадку, коли рідина, що знешкоджується, погано розчиняє воду (наприклад, сушіння галогенованих рідин типу фреону [4]). Силікагелі служать також осушувачами при консервації обладнання для запобігання його корозії.
Поряд із водою силікагель добре сорбує пари багатьох органічних речовин. Цією його властивістю користуються для уловлювання (рекуперації) парів цінних органічних розчинників – бензину, бензолу, ефіру, ацетону тощо. з повітря, бензолу із газових коксових печей та бензину із природних газів [1–4].
Властивість силікагелю поглинати багато речовин зрідкої фази використовують у промисловому очищенні різних масел, а також при видаленні з нафти високополімерних смолистих речовин [3, 4].
Силікагель каталізує багато хімічних реакцій. Він виявляє значну каталітичну активність у тих випадках, коли реакція супроводжується утворенням або споживанням води, наприклад у реакціях етерифікації, перетворення ароматичних галоїдпохідних у відповідні феноли [4, 5-7] і т.д. У той самий час він є поширеним каталізатором багатьох інших хімічних процесів, як-от полімеризація, конденсація, окислення, відновлення органічних речовин та інших [8].
Силікагель є одним із найпоширеніших носіїв каталізаторів і служить компонентом багатьох складних контактів. Він використовується як носій різних каталітично активних речовин - металів Рt, Рd, Ni та ін, оксидів, кислот, основ - для процесів окислення, гідратації, гідрування, полімеризації, конденсації та багатьох інших реакцій [7].
Останнім часом силікагелі широко використовуються як іоніти для поділу радіоактивних ізотопів, очищення стічних вод промислових від іонів різних металів і засобів медичної допомоги при інтоксикації радіоактивними речовинами [4].
Інтерес до силікагелю пов'язаний із поєднанням у ньому низки цінних якостей: високої адсорбційної здатності, вибірковості адсорбційної дії, здатності піддаватися багаторазової регенерації без втрати адсорбційної активності, щодо великої міцності зерен, термостійкості, можливості отримання його в гранульованому та порошкоподібному стані та ін.
Найважливішим перевагою силікагелю проти природними пористими матеріалами (пемза, азбест) є можливість зміни його структури у процесі формування. Цеобставина є особливо важливою тому, що ступінь та характер пористості силікагелю зумовлюють ефективність його застосування у різних процесах. При даній пористій структурі адсорбційна активність визначається концентрацією речовини, що адсорбується, і розміром її молекул.
Ефективність процесів адсорбції та каталізу залежить від раціонального вибору пористої структури силікагелю, яка визначається умовами його приготування [4].