Введение к работе
Актуальность работы. Эффективной, а в большинстве случаев и необходимой стадией определения фенолов в водах является их предварительное концентрирование. Интенсивно развиваются методы анализа, основанные на сочетании группового сорбционного концентрирования фенолов и их определения методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Актуальным остается поиск новых сорбентов для количественного извлечения фенолов из вод. Не менее важен поиск новых подходов к определению фенолов после их сорбционного выделения непосредственно в фазе сорбента. В связи с этим особый интерес представляют пенополиуретаны (ППУ) - дешевые и доступные сорбенты, успешно зарекомендовавшие себя для сорбционного концентрирования и в сорбционно-фотометрических методах анализа при определении тяжелых металлов, анионных и катионных поверхностно-активных веществ (ПАВ) и др. Сорбционное концентрирование фенолов на ППУ ранее практически не использовали. Кроме того, фенолы являются удачным объектом изучения закономерностей сорбции органических соединений пенополиуретанами, поскольку содержат одновременно полярную гидрофильную группу и ароматическое ядро. Большое число замещенных фенолов позволяет систематически варьировать как кислотность гидроксогруппы, так и гидрофобность молекулы, и изучить влияние этих параметров на сорбцию.
Работа выполнена при поддержке Международной Соросовской программы в области точных наук (персональный грант а97-1278) и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 96-03-33578а).
Цель работы - исследование сорбции фенолов и их 4-нитрофенил-азопроизводных на пенополиуретанах и разработка методик сорбционного концентрирования, сорбционно-фотометрического, хроматографического и тест-определения фенолов. Достижение поставленной цепи предусматривало решение следующих задач:
-
Изучение сорбции фенолов и их 4-нитрофенилазопроизводных на пенополиуретанах в зависимости от условий извлечения, природы сорбируемых соединений, строения полимерного звена ППУ.
-
Изучение взаимосвязи между коэффициентами распределения, гидрофобностью и значениями констант кислотной диссоциации фенолов.
-
Сравнительное изучение спектрофотометрических характеристик 4-нитрофенилазопроизводных фенолов в водных растворах и в фазе ППУ.
-
Оптимизация условий сорбционного концентрирования, сорбционно-фотометрического, хроматографического и тест-определения фенолов и 1-нафтола, разработка методик анализа реальных объектов.
-
Изучение возможности сочетания сорбционного концентрирования 4-нитрофенилазопроизводных фенолов пенополиуретанами с последующим определением суммы фенолов фотометическим тест-методом, и использования тест-формы для раздельного определения фенолов методом ВЭЖХ.
Научная новизна. Исследована новая область аналитического применения пенополиуретанов - концентрирование и сорбционно-фотометрическое определение фенолов. Изучены закономерности сорбции фенолов - влияние кислотности гидроксогруппы, гидрофобности молекулы, строения полимерного звена ППУ на межфазное распределение фенолов. Предложены эмпирические уравнения, связывающие коэффициенты распределения с параметром гидрофобности и значением рКа фенолов. Изучена сорбция ионных ассоциатов анионов 4-нитрофенилазопроизводных фенолов с катионными ПАВ алкилтриметиламмониевого ряда и показано, что коэффициенты распределения линейно зависят от числа атомов углерода в н-алкильном радикале ПАВ. Предложены и обоснованы схемы сорбции фенолов и их 4-нитрофенилазопроизводных на пенополиуретанах.
Практическая значимость работы. Разработана эффективная методика сорбционного концентрирования фенолов в виде их 4-нитрофенилазопроизводных на ППУ. Разработаны эффективные методики сорбционно-фотометрического и хроматографического определения фенола, 2-, 3-, 4-крезолов и 1-нафтола с пределами обнаружения на уровне п*10"3 мкг/мл. С применением портативного рефлектометра-колориметра "Мультиэкотест" фирмы "Костип" методики можно реализовать в тест-варианте. Методики апробированы при анализе парфюмерной продукции (косметический крем) и модельных водных растворов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Результаты изучения сорбции фенолов и их 4-нитрофенилазопроизводных на пенополиуретанах.
-
Эмпирические уравнения, связывающие коэффициенты распределения фенолов с их гидрофобностью и значениями р«а.
-
Результаты изучения состояния ионных ассоциатов анионов 4-нитрофенилазопроизводных фенолов с катионными ПАВ на поверхности ППУ с применением спектроскопии диффузного отражения.
-
Закономерности сорбции фенолов и их 4-нитрофенилазопроизводных на пенополиуретанах.
-
Схема определения фенолов в водах, включающая стадии образования окрашенных 4-нитрофенилазопроизводных фенолов, сорбционного концентрирования, оценки суммарной фенольной загрязненности тест-методом и раздельного определения фенолов методом ВЭЖХ с электрохимическим детектированием.
-
Методики сорбционно-фотометрического, хроматографического и тест-определения фенолов и оценки суммарной фенольной загрязненности вод.
Апробация работы. Основные результаты доложены на Всероссийской конференции "Экоаналитика-94" (Краснодар, 1994 г.), V Польской конференции по аналитической химии (Гданьск, 1995 г.), Всероссийской конференции по спектрохимическим методам анализа окружающей среды (Курск, 1995 г.), Ломоносовских чтениях, (Москва, 1995 г.), Всероссийской конференции "Экоаналитика-96" (Краснодар, 1996 г.), Международном конгрессе по аналитической химии (Москва, 1997), Международной конференции студентов и аспирантов "Ломоносов-96" (Москва, 1996 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, 6 тезисов докладов, получен патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Во введении обоснована актуальность и цель работы, ее новизна и практическая значимость. В обзоре литературы (глава 1) систематизированы сведения об экстракционных и сорбционных методах концентрирования фенолов и методах их определения в водах за последние пять лет. В этой же главе рассмотрены данные о сорбции органических соединений на ППУ. Вторая глава посвящена описанию методики эксперимента. В третьей главе приведены результаты изучения сорбции фенолов на ППУ. Четвертая глава посвящена изучению процессов образования, извлечения, спектрофотометрических характеристик ионных ассоциатов анионов 4-нитрофенилазопроизводных фенолов с катионами ПАВ цетилтриметиламмониевого ряда. Возможности практического использования ППУ для сорбционного концентрирования, сорбционно-фотометрического и хроматографического определения фенолов обсуждены в пятой главе. Там же приведены характеристики определения этих соединений.
