ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

У роботі синтезовані гібридні кремнійорганічні покриття на скляних підкладках з використанням сумішей активного полімеру PDMS з OH-кінцевими групами і одного або декількох прекурсорів, а саме метилтриметоксисилану, біс(3-триметоксісилілпропіл) аміну, фенілтриметоксісилану, ціанопропіл-триметоксісилану, амінопропілтриетоксісилану) у присутності модифікаторів (поліетиленгліколю, органічних розчинників), каталізатора трифтороцтової кислоти. Метою роботи було отримання нових сорбційних матеріалів для вилучення неполярних і напівполярних аналітів, наприклад, карбонільних сполук у формі ПФБГА-дериватів, азобарвників, фталатів, інших, і очистки зразків зі складною матрицею з наступним газохроматографічним визначенням. Перевагами отриманих сорбційних покриттів є ефективне відокремлення мікрокількостей цільових сполук неполярної та напівполярної природи від полярних сполук, які присутні у водних зразках у достатньо високих концентраціях.

В роботі описано синтез кремнійорганічних покриттів різного складу, об’ємне співвідношення активного полімера, прекурсорів, деактивуючого агента, каталізатора, модифікаторів. Покриття наносили на скляні підкладки двома методами: спін-коатингу та діп-коатингу (занурення). Часом нанесення було ускладнене через нерівномірний розподіл золю, коли суміш розчинів була надто в’язкою або вимагала тривалого часу сушіння. Біс(3-триметоксісилілпропіл) амін та N-(2-аміноетил)-3-амінопропілтриетоксісилан виявилися ефективними зшиваючими агентами з близькими властивостями отриманих покриттів, додавання даних прекурсорів значно покращило характеристики отриманих покриттів. Показано, що суміші, що містять PDMS з OH-кінцевими групами, утворюють товсті покриття (до 325 мкм) без тріщин в присутності більшості досліджених прекурсорів, а додавання ізопропоксиду титану покращує термічну стабільність і призводить до утворення більш рівномірного покриття у випадку підкладок складної форми (скляної мішалки).

Були отримані ІЧ-спектри досліджених покриттів, більшість смуг спектра є характеристичними для незвязаного полімера ПДМС, як підтвердження присутності ковалентно зв’язаного титану в покриттях, було виявлено пік при 924 см^–1. Усі покриття гідрофобні, для порівняння були виміряні кути контакту з водою, які становили від 99.7 до 105.6. Термогравіметричний аналіз (ТГ і ДТА) був проведений для перевірки термостабільності покриттів для подальшого використання в твердофазній мікроекстракції з газовою хроматографією, і було показано, що покриття можуть витримувати нагрівання до 350–425 ℃.

Для сорбції в аналітичних кількісних методах необхідно використовувати однорідні, рівномірні, міцні, менш схильні до набухання, відтворювані в синтезі та при сорбції покриття. Синтезовані нами покриття є ефективними для подальшого використання в хімічному аналізі для очищення зразків від заважаючих компонентів або для попереднього концентрування аналітів. Покриття мають достатню стабільність для використання в гібридних методах аналізу.

1. Kabir A., Furton K.G., Malik A. Innovations in sol-gel microextraction phases for solvent-free sample preparation in analytical chemistry. TrAC, Trends Anal. Chem. 2013. 45: 197. https://doi.org/10.1016/j.trac.2012.11.014

2. Hyötyläinen T., Riekkola M.L. Sorbent- and liquid-phase microextraction techniques and membrane-assisted extraction in combination with gas chromatographic analysis: A review. Anal. Chim. Acta. 2008. 614(1): 27. https://doi.org/10.1016/j.aca.2008.03.003

3. Gilart N., Marcé R.M., Borrull F., Fontanals N. New coatings for stir-bar sorptive extraction of polar emerging organic contaminants. TrAC, Trends Anal. Chem. 2014. 54: 11. https://doi.org/10.1016/j.trac.2013.10.010

4. Es-Haghi A., Hosseini S.M., Khoshhesab Z.M. Development and application of a new solid-phase microextraction fiber by sol-gel technology on titanium wire. Anal. Chim. Acta. 2012. 742: 74. https://doi.org/10.1016/j.aca.2012.04.018

5. Lucena R. Extraction and stirring integrated techniques: Examples and recent advances. Anal. Bioanal. Chem. 2012. 403(8): 2213. https://doi.org/10.1007/s00216-012-5826-9

6. Pérez-Padilla Y., Cetina S.A.M., Ávila-Ortega A., Barrón-Zambrano J.A., Vilchis-Néstor A.R., Carrera-Figueiras C., Rodríguez D.M. Evaluation of Polydimethylsiloxane-Phenylsiloxane as a coating for stir bar sorptive extraction. J. Mex. Chem. Soc. 2018. 62(2): 431. https://doi.org/10.29356/jmcs.v62i2.431

7. Wan Ibrahim W.A., Wan Ismail W.N., Abdul Keyon A.S., Sanagi M.M. Preparation and characterization of a new sol-gel hybrid based tetraethoxysilane-polydimethylsiloxane as a stir bar extraction sorbent materials. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2011. 58(3): 60. https://doi.org/10.1007/s10971-011-2434-7

8. Hasan C.K., Ghiasvand A., Lewis T.W., Nesterenko P.N., Paull B. Recent advances in stir-bar sorptive extraction: Coatings, technical improvements, and applications. Anal. Chim. Acta. 2020. 1139: 222. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.08.021

9. Dalod A., Grendal O., Blichfeld A., Furtula V., Pérez J., Henrikse L., Grande T., Einarsrud M.-A. Structure and optical properties of Titania-PDMS hybrid nanocomposites prepared by in situ Non-Aqueous synthesis. Nanomaterials. 2017. 7(12): 460. https://doi.org/10.3390/nano7120460

10. Kim T.Y., Alhooshani K., Kabir A., Fries D.P., Malik A. High pH-resistant, surface-bonded sol-gel titania hybrid organic-inorganic coating for effective on-line hyphenation of capillary microextraction (in-tube solid-phase microextraction) with high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 2004. 1047(2): 165. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(04)01027-1

11. Azenha M.A., Nogueira P.J., Silva A.F. Unbreakable Solid-Phase microextraction fibers obtained by Sol−Gel deposition on titanium wire. Anal. Chem. 2006. 78(6): 2071. https://doi.org/10.1021/ac0521246

12. Dulian P., Zajic J., Zukowski W. Effect of titanium source and sol-gel TiO2 thin film formation parameters on its morphology and photocatalytic activity. Mater. Sci. Pol. 2021. 38(3): 424. https://doi.org/10.2478/msp-2020-0056

13. Chong S.L., Wang D., Hayes J.D., Wilhite B.W., Malik A. Sol-Gel Coating Technology for the Preparation of Solid-Phase Microextraction Fibers of Enhanced Thermal Stability. Anal. Chem. 1997. 69(19): 3889. https://doi.org/10.1021/ac9703360

14. Poliquit B.Z., Burn P.L., Shaw P.E. Effect of precursor macromonomer molecular weight on poly(dimethylsiloxane) film morphology and nitroaromatic vapor sorption. Sens. Actuators, B. 2018. 270: 283. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.04.174

15. Zuloaga O., Etxebarria N., González-Gaya B., Olivares M., Prieto A., Usobiaga A. Stir-bar sorptive extraction. (Elsevier, 2020). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816906-3.00018-2

16. Bouteau M., Cantin S., Fichet O., Perrot F., Teyssié D. Contribution toward comprehension of contact angle values on single polydimethylsiloxane and poly(ethylene oxide) polymer networks Langmuir. 2010. 26(22): 17427. https://doi.org/10.1021/la102384s

17. Launer P., Arkles B. Infrared Analysis of Organosilicon Compounds. In: Silicon Compounds: Silanes & Silicones. (Morrisville: Gelest Inc., 2013).

18. Gaudière F., Masson I., Morin-Grognet S., Thoumire O., Vannie, J.-P., Atmani H., Ladam G., Labat B. Mechano-chemical control of cell behaviour by elastomer templates coated with biomimetic Layer-by-Layer nanofilms. Soft Matter. 2012. 8(32): 8327. https://doi.org/10.1039/c2sm25614b

19. Dvornic P.R. Thermal Properties of Polysiloxanes. In: Silicon-Containing Polymers. (Springer, 2000). https://doi.org/10.1007/978-94-011-3939-7_7

20. Dvornic P.R. High-Temperature-Stability-of-Polysiloxanes. In: Silicon Compounds: Silanes & Silicones. (Morrisville: Gelest Inc., 2008).

21. Alexandru M., Cazacu M., Nistor A., Musteat V.E., Stoica I., Grigora C., Simionesc B.C. Polydimethylsiloxane/silica/titania composites prepared by solvent-free sol-gel technique. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2010. 56(3): 310. https://doi.org/10.1007/s10971-010-2307-5