10.6Направления развития явления хроматографии

Явление хроматографического разделения компонентов подвижной фазы при ее прохождении через полярную, или даже, неполярную неподвижную фазу, может быть использовано не только в хроматографическом анализе. Оригинальны методы хроматографического анализа в контроле пищевых продуктов, промышленных процессов, мониторинге загрязнений окружающей среды, в медицине и других жизненно важных областях.

Ныне явление хроматографии все больше привлекается к поиску путей интенсификации промышленных химических процессов. Заманчив процесс индивидуального разделения компонентов исходных и реакционных сред, основанный на различии их адсорбционных свойств. Существующие методы разделения смешанных веществ- фильтрация,упаривание, ректификация, возгонка, сушка и т.д. , в наш век энерго- и ресурсо- расточительности, исчерпали свои возможности. Необходимо искать другие основы разделения веществ и одной из них является различие в энергиях адсорбции индивидуальных компонентов на поверхностях разной энергетической способности. Любая поверхность (неподвижная фаза), включая бытовой стол, обладает избыточной энергией нескомпенсированных химических связей и, следовательно, способна устанавливать связь с молекулами других веществ с разной энергией активации(прочностью связи).Например, при пуске струи воздуха в колонну, заполненную адсобентом (молекулярными ситами-цеолитами), головная часть струи за счет хроматографического эффекта разделяется и начинает обогащаться кислородом, как менее прочно адсорбирующимся на поверхности цеолитов, компонентом. Следом за ним начинает концентрироваться азот. Данный эффект затрагивает только головную часть потока воздуха и, при его длительном продолжении, исчезает. Если же на выходе из колонны поставить управляющее устройство идентификации и переключения потока и собирать головные «пробки» кислорода и азота в разные емкости в течение определенного времени, то можно получить более энергосберегающий, использующий внутренние ресурсы разделяемых веществ (разная адсорбционная способность) способ разделения воздуха, который получил название в патентной литературе «Способ разделения воздуха методом адсорбции со сдвигом давления». Он оперативен, менее энергоемок и экологически чист.

Явление хроматографического разделения веществ может быть использовано в разработке принципиально новых типов химических реакторов – дисретных. В таких конструкциях в ходе дисретного катализа реакционная среда не только превращается, но и хроматографически разделяется, устраняя тем самым эффект торможения каталитического процесса образующимися продуктами. На использовании этого эффекта можно создавать малогабаритные, но более производительные реакторы.

Другой пример использования явления хроматографии применен к созданию теории образования слоев в горных и других породах. До сих пор геологи объясняют эффект образования слоев в земной поверхности только осадочными механизмами. Однако, почему многие миллионы лет из воды осаждались молекулы только, например, голубой глины, а затем только красной и т.д. В предлагаемом механизме нет движущей силы.

Если предположить, что неподвижной фазой является земля, а подвижной – внешние, или подземные воды, перемещающиеся внутри земли в зависимости от погодных условий и барометрического давления, то наблюдаемое разделение слоев вполне можно принять как хроматографическое. Данное явление описано и опубликокано автором в начале 21-го столетия в трудах конференции «Циклы».

Вот на это, т.е. на поиск других областей отклика явления хроматографического разделения веществ и его использования, на совершенствование с его помощью существующих технологий, методов анализа и защиты окружающей природной среды, которые, в итоге, получаются более экологически чистыми, менее энерго и ресурсорасточительными и должна быть направлена работа молодых специалистов-выпускников нашего университета.

Решение высказанных задач было бы невозможны без массового выпуска современных хроматографов. Хроматографическое приборостроение сконцентрировало в себе последние достижения микроэлектроники, пневматики, теплотехники, оптики, высокоточной механики, автоматики, микропроцессорного управления и компьютерной обработки данных. Высокий спрос на хроматографическую аппаратуру позволил фирмам-производителям вкладывать большие средства в непрерывное совершенствование хроматографов. Современная хроматография - это и мощная отрасль промышленного производства. Сотни фирм во всем мире выпускают хроматографическую аппаратуру и вспомогательное оборудование на сумму более 5 млрд. долл. ежегодно.

В последние десятилетия наметилась тенденция к миниатюризации хроматографической аппаратуры. Портативные хроматографы, сохраняющие аналитические характеристики стационарных приборов, незаменимы в полевых условиях, однако они становятся все более популярными и в лабораториях, так как потребляют меньше электроэнергии, газов-носителей или растворителей, занимают меньше места. Создаются капиллярные и наноколонки для жидкостной хроматографии, которые напрямую сочетаются с масс-спектрометрометрическим детектором. Следующий актуальный для XXI столетия уровень миниатюризации - это приборы на основе кремниевой технологии - на чипах.

Микотоксины (в переводе с греческого - грибные яды) отличаются высокой токсичностью. Известно, что пшеницу, ячмень и кукурузу может поражать фузариоз, вызываемый грибом Fusarium. При этой болезни в зерне образуются микотоксины, зеараленон и дезоксиниваленон. Попадая с кормом в организм животных, они могут накапливаться в организме, а, значит, в мясе, молоке. При этом афлатоксин В1 превращается в яд для человека. Ученые указывают на связь микотоксинов с заболеванием почек и раком пищевода. В литературе отмечалось, что афлатоксины угнетают рост, физическое и умственное развитие детей. Известно более 10000 штаммов, продуцирующих около 300 токсических соединений, которые влияют на состав крови человека, снижают иммунитет, нарушают работу нервной системы, вызывают образование опухолей, аномалии развития новорожденных. К микотоксинам, выделяющимся своей распространенностью и токсическим свойствами относятся афлатоксины (В1, В2, L1, L2, М1), дезоксиниваленон, зеараленон, патулин, Т-2 токсин, охратоксин А и ряд других. Учитывая опасность употребления зерна, зараженного микотоксинами, большое значение приобретает его систематическая сертификация.

Для обнаружения, идентификации и количественного определения микотоксинов используют высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) с УФ-фотометрическим и флуориметрическим детектированием (для серийных и арбитражных-анализов). Однако высокая стоимость приборов и оборудования для ВЭЖХ делает этот метод малодоступным для рутинных анализов.

Тонкослойная хроматография - наиболее дешевый метод качественного и полуколичественного анализа всех видов микотоксинов, выполняемый с помощью специального оборудования на тонких пластинах, покрытых слоем сорбента.

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) относятся к наиболее сильным канцерогенным веществам. Загрязнение пищевых продуктов ПАУ может происходить несколькими путями. Прежде всего, это загрязнение окружающей среды (выбросы металлургических, коксохимических производств, ТЭЦ, автотранспорта). Высокий уровень загрязненности ПАУ наблюдается в зерне, овощах и фруктах, выращенных в экологически неблагополучных районах, а также при некоторых технологических обработках пищевых продуктов. Особое внимание следует уделить контролю за содержанием бензапирена в зерне при его сушке горячими газами. Высокая канцерогенность и мутагенность ПАУ, их химическая стабильность требуют особого внимания в плане контроля за их содержанием.

Резюмируя изложенное выше, следует отметить, что для систематического эффективного контроля качества зерна, зернопродуктов и хлебобулочных изделий по показателям безопасности требуются химические лаборатории, оснащенные сложнейшими приборами, и высококвалифицированные специалисты.