Полимерные сорбенты и носители

Сорбенты широко использовались в производственной деятельности человека на протяжении многих веков. Область их применения связана, главным образом, с производством пищевых продуктов, напитков, лекарственных средств. Издавна сахарные растворы осветляли древесным или животным углем. Уголь использовался и при производстве крепких спиртных напитков. Различные минеральные сорбенты, обладающие развитой поверхностью (трепел, опока), применялись для осветления и облагораживания вин, для очистки растворов лекарственных снадобий, а также нефтепродуктов.

Целенаправленное создание сорбентов и изучение механизма их действия началось только в нашем веке после открытия хроматографии. На первых порах развития хроматографии как аналитического и препаративного метода разделения смесей веществ в качестве сорбентов использовались исключительно природные минеральные и органические высокомолекулярные соединения — уже упоминавшиеся трепел и опока, силикагель, уголь, лигнин, целлюлоза и другие вещества с развитой поверхностью. Сорбция веществ из разделяемой или очищаемой смеси осуществлялась на поверхности частиц сорбентов за счет слабых нековалентных взаимодействий (адсорбция).

Следующим этапом развития хроматографии, а с нею и химии сорбентов и носителей, явилось появление ионообменной хроматографии, основанной на разделении ионов на носителях, имеющих ионогенные группы.

На новых принципах разделения молекул основана изобретенная в 1959 г. эксклюзионная или гельпроникающая хроматография. Суть ее заключается в разделении молекул по размерам как результат их различной способности проникать в сетчатые трехмерные полимерные системы, имеющие структуру геля. Важным условием при этом является отсутствие сорбцион-ных эффектов — как адсорбции (сорбции на поверхности ), так и абсорбции (сорбции в объеме полимерного тела). Таким образом, полимерные материалы, которые используются в гельпроникающей хроматографии, не могут называться сорбентами, а называются носителями. Термин “полимерные носители” имеет более общее значение и включает в себя сорбенты как частную категорию.

В дальнейшем разрабатывались новые принципы хроматографии, в которых использовались самые разнообразные взаимодействия между разделяемыми веществами и носителем, например, взаимодействия фермент — субстрат, антиген — антитело и др. Мощным стимулом для развития новых методов хроматографии явились потребности биологии и медицины в разделении сложных смесей веществ в биологических системах, выделении биологически активных веществ в чистом виде, создании экспресс-методов биохимического и иммунного анализов.

Огромный вклад в развитие химии полимерных носителей внесло изобретение Р. Меррифилдом твердофазного способа синтеза пептидов в 1963 г. Этот подход, являясь, по сути, цепью полимераналогичных превращений, реализуемых в трехмерных полимерных системах, открыл огромную новую область химии, связанную с проведением на полимерных носителях химических реакций образования и разрушения ковалентных связей.

Таким образом, за последние десятилетия создание новых полимерных носителей и разработка новых подходов к реализации самых разнообразных химических и биохимических превращений превратилось в огромную самостоятельную область знаний, находящуюся на границе химии ВМС, органической, физической, аналитической химии, а также биологии, медицины, иммунологии и других наук.