Zur Seitenansicht
 

Titelaufnahme

Titel
New hydrophilic mixed mode stationary phases for the separation and enrichment of small molecules / by Dieter Schemeth
VerfasserSchemeth, Dieter
Begutachter / BegutachterinBonn, Günther ; Corradini, Danilo
GutachterBonn, Günther ; Huck, Christian
ErschienenInnsbruck, July 2016
UmfangGetrennte Zählung : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Kumulative Dissertation aus Vier Artikeln
Datum der AbgabeMai 2016
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Stationäre Phasen / Mischphasen / Chromatographie / Massenspektrometrie / Spektroskopie / Monolithische Trennsäulen / kleine Moleküle / Phythopharmaka / Schmerzmittel / Festphasenextraktion / Polymere / Fällungspolymerisation / Suspensionspolymerisation
Schlagwörter (EN)Stationary phases / Mixed-mode phases / Chromatography / Mass spectrometry / Spectroscopy / Monolithic separation capillaries / Small molecules / Phythopharmaceuticals / Analgesics / Solid phase extraction / Polymers / Precipitation polymerization / Suspension polymerization
Schlagwörter (GND)Stationäre Phase / Mischphase / Chromatographie / Massenspektrometrie / Spektroskopie / Trennkolonne / Hydroxybenzoesäure <4-> / Alkylbenzole
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-4538 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
New hydrophilic mixed mode stationary phases for the separation and enrichment of small molecules [19.6 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Doktorarbeit handelt von der Entwicklung und der chromatographischen Anwendung von neuen hydrophilen, stationären Mischphasen für die Trennung und Anreicherung von kleinen Molekülen. Mischphasen vereinen zwei oder mehrere chromatographische Trennmechanismen und beeinflussen somit die Selektivität, Trennleistung oder Wiederfindung von chemisch unterschiedlichen Analyten. Aufgrund ihrer großen Adaptionsmöglichkeit auf unterschiedlichste Analyten, ist die Nachfrage nach neuen, alternativen und selektiven stationären Phasen, vor allem im Festphasenextraktionsbereich und daher für die Probenvorbereitung, sehr groß. Eine Probenvorbereitung von den zu analysierenden Substanzen wird mit steigernder Probenkomplexität unumgänglich, um eine anschließende chromatographische Analyse, oft mit Massenspektrometrie gekoppelt, vernünftig durchführen zu können. Die Festphasenextraktion hat sich in diesem Bereich gut etabliert und bietet einige Vorteile gegenüber der Flüssig-Flüssig Extraktion.

Die Nachfrage nach neuen Mischphasen in der wissenschaftlichen als auch in der industriellen Analytik betrifft nicht nur genannte Festphasenextraktions-materialien, sondern auch Trennsäulen im Bereich der miniaturisierten HPLC. Im Vergleich zu kommerziellen, standardmäßig verwendeten Silica-basierenden stationären Trennphasen, sind polymerische Phasen chemisch resistenter und bieten gute Möglichkeiten für etwaige Modifikationen. In diesem Zusammenhang sind monolithische stationäre Phasen eine erhebliche Weiterentwicklung und bestehen im Vergleich zu gepackten Säulen aus einem einzigen Stück. Monolithen verbessern einige fundamentale, chromatographische Charakteristika, unter anderem die Abwesenheit von interpartikulären Zwischenräumen oder einen verbesserter Massentransfer innerhalb der Trennphase. Organische Monolithen sind jedoch in ihrer Anwendung auf die Trennung von Makromolekülen beschränkt und wird der monomodalen Porengrößenverteilung und den Gel-Transfer Prozessen von kleinen Analytmoleküle innerhalb der Phase zugeschrieben.

In dieser Arbeit wurden hydrophile, organische Mischphasen entwickelt und ihre Effizienz als monolithische Trennkapillaren in der mikro-HPLC und als stationäre Phasen in der Festphasenextraktion untersucht. Der Schwerpunkt der Entwicklung und Optimierung der Trennkapillaren, als auch der Sorbenzien für die Festphasenextraktion, lag im Bereich der kleinen Moleküle. Die zu untersuchenden Moleküle sind Teil eines komplexen Probensystems und beinhalteten in dieser Arbeit den kosmetischen, pflanzlichen, biologischen und Umweltbereich.

In der ersten Studien führten Kurzzeitpolymerisationen von monolithischen, organischen Poly(Vinylphosphonsäure/Ethylenglycoldimethacrylat) Trenn-kapillaren zu einer Leistungssteigerung von kleinen Molekülen und bestätigten frühere, auf diesem Verfahren basierende, Studien. Das Resultat war eine neue monolithische Trennphase mit hohem Auflösungsvermögen für Parabene und Alkylbenzole im Umkehrphasenmodus. Durch den Einbau von polaren, sauren Phosphonsäuregruppen, wurde eine zusätzliche Ionenaustausch-Charakteristik prognostiziert. Diese wurde experimentell durch die Änderung des pH Wertes der mobilen Phase und dem miteinhergehenden chromatographischen Verhalten untersucht und bestätigt.

Weitere Studien in dieser Arbeit richteten sich auf die Entwicklung neuer hydrophiler Mischphasen für die Probenvorbereitung. Der Einbau von Imidazol-resten in ein polymerisches Netzwerk führte zu vielversprechende Eigenschaften der Sorbenzien und inkludierte, unter anderem, mögliche Waserstoffbrückenbindungen, elektrostatische Wechselwirkungen als auch hydrophobe, aromatische Wechselwirkungen zwischen Analyten und der stationären Phase. Durch eine zusätzliche Derivatisierung nach erfolgreicher Polymerisation am Imidazole, konnte das polymerische Material als starker Anionaustauscher fungieren. Dies erweiterte den Einsatzbereich und die Anwendungen desselben Polymers erheblich. Durchgeführte und beschriebene Studien zeigten das großartige Potenzial zur Verringerung der Probenkomplexität in verschiedenen Bereichen auf. Gewünschte Stoffgruppen oder einzelne Analyten, vor allem saure Phenole, konnten aus pflanzlichen, biologischen und Umweltproben isoliert und angereichert werden.

Zusammenfassung (Englisch)

This doctoral thesis reports about the development of novel hydrophilic mixed-mode stationary phases and their chromatographic applications for small molecules. Mixed-mode stationary phases comprise two or more different retention mechanism which can affect selectivity, separation performance or recovery of chemically diversifying analytes. Due to their numerous advantages of analyte-tailored applications, there is a high demand for new alternative and more selective stationary phases, especially for solid-phase extraction procedures and thus sample preparation. With respect to increasing complexity of samples, sample preparation becomes a necessity prior to any chromatographic analysis, often hyphenated to mass spectrometric detection. Solid-phase extraction has therefore been well established and observes several advantages compared to liquid-liquid extraction procedures.

Additionally, the scientific and industrial market suffer from few available polymeric separation columns for miniaturized HPLC technologies which can be seen as a chemically resistant and easily modifiable alternative to standard silica based phases. In this regard, polymeric, monolithic stationary phases are a substantial development and represent a single-piece separation medium featuring a number of fundamental advantages including improved mass transfer characteristics or absent interstitial voids. However, organic monoliths are limited to the separation of macromolecules due to monomodal pore-size distribution and gel transfer processes becoming significant for small molecules.

The main subject of the presented work was the preparation of hydrophilic mixed-mode stationary phases deployed for monolithic separation columns in micro-HPLC approaches and for their applications as solid-phase extraction materials. Both approaches were tailored and optimized for focused small molecules either in cosmetic, herbal, biological or environmental matrices.

In accordance to previous approaches of controlling porous characteristics by short-time polymerization, poly(vinylphosphonic acid/ethylene glycol dimethacrylate) columns were fabricated and applied for the HPLC separation resulting in increased separation performance for parabens and alkylbenzenes in reversed-phase mode. Due to the embedded polar and acidic phosphonate group, possibilities of additional ion-exchange characteristics were proposed and experimentally investigated by i.e. the change of the mobile phases pH and the responding chromatographic behavior.

Further studies were mainly focused on the development of new hydrophilic mixed-mode polymers suitable for sample preparation technologies. Therefore, the incorporation of an imidazole residue into the polymeric framework featured auspicious characteristics including possible analyte interactions via hydrophobic attractions to the aromatic imidazole ring as well as hydrogen bonding or pH dependent electrostatic interactions. By the additional post-polymerization derivatization, imidazole was converted into a strong ion-exchanger which increasingly extended the application of solid-phase extraction in analytical platforms. Examined and described studies showed the potential of complexity reduction by the new polymeric stationary phases in varying matrices but mainly involved the isolation and enrichment of acidic phenols in herbal, biological and environmental samples.