Введение к работе
Актуальность работы. Разработка схем простого, доступного определения ионов металлов в природных, техногенных и биологических объектах по-прежнему актуальна. Один из перспективных путей решения этой задачи - создание комбинированных методов анализа, совмещающих стадию концентрирования и определения содержания металлов непосредственно в фазе сорбента. К таким методам можно отнести твердофазную спектрофотометрию (ТФС), спектроскопию диффузного отражения (СДО), цветометрию (ЦМ) и визуальное тест-определение.
Органические реагенты широко применяют в физико-химических методах анализа за счет использования новых оригинальных подходов при разработке методик анализа. Модифицирование органических реагентов поверхностно- активными веществами (ПАВ) или их иммобилизация на носителях различной природы позволяет снизить пределы обнаружения известных систем на 1-2 порядка.
Так нековалентная иммобилизация нитрозо-Р-соли (НРС) позволит разработать чувствительные методики твердофазно-спектроскопического определения ионов металлов методами ТФС, СДО и ЦМ. Использование НРС как хромофорного реагента, образующего интенсивно окрашенные комплексы разного цвета, перспективно для создания методик количественного сорбционно- спектрофотометрического или полуколичественного тест-определения ионов металлов с применением тест-шкал.
Использование мицеллярных растворов неионных ПАВ (нПАВ), образующих две независимые фазы при нагревании, или ионных жидкостей (ИЖ), не смешивающихся с водой, дает возможность разработать методики экстракционно-фо- тометрического определения металлов без применения традиционных экстрагентов.
Цель работы - систематическое изучение экстракционных систем (мицеллярных растворов нПАВ и ИЖ) и сорбционных систем (нековалентная иммобилизация НРС на носителях разной природы) с применением в качестве органических реагентов 1-нитрозо-2-нафтола (1Н2Н) и его сульфированного аналога НРС; разработка методик количественного экстракционно-фотометрического и твердофазно-спектроскопического определения ионов металлов методами ТФС, СДО или ЦМ и экспрессного полуколичественного визуального тест-определения ионов металлов с применением тест-шкал.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
изучение реакций комплексообразования ионов металлов в отсутствие и в присутствии катионных ПАВ (кПАВ), определение фотометрических и цветометрических характеристик комплексов и ионных ассоциатов (ИА);
изучение сорбции наиболее перспективных ИА кПАВ и комплексов НРС с ионами металлов поверхностью силикагеля (силохром С-120);
получение и изучение свойств носителей, модифицированных НРС; изучение сорбционного извлечения ионов металлов полученными носителями;
изучение возможности экстракции НРС и ее комплекса с кобальтом(ІІ) в фазу ИЖ салицилата триоктилметиламмония (TOMAS) и N-лауроилсаркозината тетраоктиламмония (TOALS) из водных растворов;
изучение возможности экстракции 1Н2Н и условий экстракционного концентрирования ионов металлов в его присутствии мицеллярными средами нПАВ при нагревании в точке помутнения.
Научная новизна. Систематически изучено комплексообразование НРС с ионами Co(II, III), Fe(II, III), Cu(II), Ni(II) и Pd(II) в отсутствие и присутствии кПАВ (бромида триметилцетиламмония и хлорида цетилпиридиния), нПАВ (ОП-7 и неонола). Определены оптимальные условия образования комплексов в растворах в присутствии ПАВ и аналитические характеристики всех изученных систем (рНопт, стехиометрия соединений, необходимый избыток реагента и ПАВ, молярные коэффициенты поглощения для спектрофотометрического и цветометрического вариантов). Установлено, что введение ПАВ улучшает метрологические характеристики систем, расширяет диапазоны определяемых концентраций и несколько снижает пределы определения ионов металлов. Для систем Ме -R- кПАВ с наилучшими аналитическими характеристиками показана возможность сорбции ИА на силикагеле (силохром С-120). Определены оптимальные условия их сорбционного концентрирования, степень извлечения и аналитические характеристики извлекаемых ИА. Установлено, что ИА сорбируются на поверхности силохрома С - 120 в довольно узком интервале рН из растворов с высокой ионной силой (I = 0.1 - 0.4) за время, не превышающее 20 мин.
Оптимизированы условия нековалентной иммобилизации НРС на носители органической (сильноосновный анионообменник Dowex 1-X8, диэтиламиноэтилцеллюлоза, желатиновая пленка) и неорганической (Y-Al2O3) природы. Исследована сорбция Co(II, III), Fe(II, III), Cu(II), Ni(II) и Pd(II) всеми полученными носителями, и определены оптимальные условия и аналитические характеристики для каждой системы: рНопт, максимальная степень извлечения, продолжительность контакта фаз, сорбционная емкость сорбентов по отношению к изучаемым элементам, диапазон определяемых содержаний и пределы обнаружения.
Установлена возможность экстракции НРС и ее комплекса с кобальтом(П) в ионные жидкости TOMAS и TOALS. Показано, что комплекс кобальта(П) и сам реагент количественно (Kmax> 99%) извлекаются в фазу ИЖ в широком интервале рН (2 - 6) за время, не превышающее 10 мин. Определены аналитические характеристики (спектрофотометрические и цветометрические) этих систем.
Оптимизированы условия экстракционного извлечения 1Н2Н и его комплексов с ионами металлов (время нагревания растворов, минимальная массовая концентрация нПАВ, рНопт) в мицеллярную фазу нПАВ в точке помутнения при нагревании. Аналитические параметры этих систем охарактеризованы цветометрическим и спектрофотометрическим методом. Показано увеличение чувствительности определения ионов металлов более чем на порядок по сравнению с фотометрическим определением в виде двухкомпонентных систем в водных растворах.
Практическая значимость. Показана перспективность использования ионных жидкостей, мицеллярных сред нПАВ и носителей, модифицированных нитрозонафтолами, для концентрирования ионов металлов из объектов сложного состава. Разработаны методики экстракционно-спектрофотометрического и сорбционно-спектроскопического определения кобальта(П) в модельных растворах и мультикомплексном минеральном удобрении, железа(П) в плазме и сыворотке крови, меди(П) в образцах вторичного сырья, палладия(П) в полупроводниковых материалах на основе оксида олова.
Положения, выносимые на защиту:
-
-
Результаты изучения комплексообразования НРС с ионами Co(II, III), Fe(II, III), Cu(II), Ni(II) и Pd(II) в присутствии кПАВ и нПАВ.
-
Результаты исследования сорбции ионных ассоциатов кПАВ и комплексов НРС с ионами металлов на силохроме С-120.
-
Результаты изучения экстракции НРС и ее комплекса с кобальтом(П) в фазу
TOALS и TOMAS из водных растворов.
-
-
Результаты изучения экстракции 1Н2Н и его комплексов с ионами металлов в мицеллярную фазу нПАВ в точке помутнения при нагревании.
-
Результаты исследования сорбции Co(II, III), Fe(II, III), Cu(II), Ni(II) и Pd(II) носителями, нековалентно модифицированными НРС.
-
Методики количественного экстракционно-спектрофотометрического, сорбционно-спектроскопического и полуколичественного тест-определения ионов металлов в образцах сложного состава.
Апробация работы. Основные результаты исследований представлены на III Международном симпозиуме по сорбции и экстракции (Владивосток, 2010), III Всероссийской конференции по аналитической химии «Аналитика России 2010» (Москва, 2010), Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов, аспирантов и студентов «Инновации в химии: достижения и перспективы» (Москва, 2010), V Всероссийской конференции студентов и аспирантов с международным участием «Химия в современном мире» (Санкт-Петербург, 2011), VIII Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2011» (Архангельск, 2011), III Всероссийском симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (Краснодар, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей, 7 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, шести глав экспериментальной части, выводов, списка литературы (268 библиографических ссылок) и приложения. Работа изложена на 162 страницах печатного текста, содержит 25 рисунков, 30 таблиц.
Похожие диссертации на Нитрозонафтолы в новых аналитических системах спектроскопического определения металлов
-
-
