рук. А.Ю. Канатьева, ИНХС РАН, куратор О.В. Колясников, СУНЦ МГУ
Разработка и исследование новых высокоселективных и эффективных сорбентов для газовой хроматографии (ГХ) является актуальной задачей современной аналитической химии. Исследуемый в настоящей работе поли(3-(трибутоксисилил)трициклононен-7) (ПТБСТ) получен в лаборатории кремнийорганических соединений ИНХС РАН наряду с другими кремнийсодержащими трициклононеновыми полимерами [1] и проявляет высокую газопроницаемость и, с учетом отрицательной температуры стеклования, может рассматриваться качестве стационарной фазы в ГХ.
Цель работы состоит в исследовании физико-химических характеристик сорбции углеводородов на ПТБСТ, используемом в качестве стационарной фазы. Энтальпия и энтропия сорбции гексана, гептана, октана, бензола, толуола, м- и п-ксилола, бутанола и этанола были рассчитаны с использованием кривых Вант-Гоффа, которые представляют собой зависимость константы распределения вещества от обратной температуры. Эффективность колонки оценивали путем построения кривой Ван-Деемтера H = A + B/u + C*u (где Н – высота эквивалентная теоретической тарелке, u – линейная скорость потока газа-носителя, коэффициенты A, B и C описывают вклады различных диффузионных процессов), описывающей кинетику процесса сорбции [1-2].
Одной из главных проблем использования полимерных неподвижных фаз в ГХ является термическая стойкость полимера. Для оценки термической стабильности ПТБСТ колонка была прогрета при 170°С и 200°С в течение 7 ч и 11 ч, соответственно. После каждого этапа прогрева эффективность и энтальпия и энтропия сорбции были рассчитаны заново.
Рассчитанные значения энтальпии сорбции для исходной колонки изменялись для углеводородов в диапазоне от -28 до -37 кДж/моль и практически не изменялись после обеих стадий прогрева. Для двух исследованных спиртов энтальпия сорбции росла после каждого этапа. Величина падения энтропии для углеводородов также практически не изменялась после прогрева колонки и составляла от -41 до -51 Дж/(моль*К) для исходного полимера, а для спиртов увеличивалась, причем для этанола практически втрое от -33 до -87 Дж/(моль*К). Эффективность колонки сохранялась после первого прогрева (21000 тт/колонка), однако падала после второго не менее чем на 40%. Таким образом, долговременное нагревание при температурах до 170°С практически не влияет на термодинамику и эффективность сорбции. В целом полимер оказался более термически устойчив, чем его предшественники [1], а разделение до гексана включительно занимает не более 2 мин. Такие характеристики сорбента могут быть использованы для экспресс-анализа легких газов.
Список литературы
1) Yakubenko E. et al. New stationary phases for gas chromatography based on polymers with intrinsic porosity //Analytica chimica acta. – 2017. – Т. 986. – С. 153-160.
2) Yuri Yampolskii, Nikolay Belov. Investigation of Polymers by Inverse Gas Chromatography.// Macromolecules. — 2015. – Vol. 48, N 19. – P. 6751–6767.