Введение к работе
з
Актуальность темы. Метод инверсионной вольтамперометрии является цним из перспективных методов современной аналитической химии благодаря ысокой чувствительности, малым погрешностям и хорошей воспроизводимости езультатов определений, быстроте проведения измерений, а также относительно евысокой стоимости оборудования и простоте его эксплуатации.
При использовании твердых электродов (из графитовых материалов или лагородных металлов) злектрохимігческие концентраты образуются на еоднородной поверхности электрода. На их формирование и растворение казывают влияние структура и энергетические особенности поверхности лектрода, условия модифицирования этой поверхности адатомами, поверхностные вления, структура формирующегося осадка электрохимического концентрата, акже проявляется влияние металлов при определении нескольких компонентов іа твердых электродах; при этом наблюдаются взаимные помехи и достигаемые [ределы обнаружения становятся выше, чем в случае ртутных электродов. Для юлучения правильных результатов определений необходимо, чтобы площадь ктивной поверхности электрода не изменялась и воспроизводимо обновлялась в :аждом опыте. Кроме того, эффекты взаимодействий компонентов должны гроявляться одним и тем же образом в последуюшігх определениях. Злектрохимігческое модифицирование электрода ртутью приводит к уменьшению ізаимного влияния компонентов, что позволяет проводить определение меньших :онцентраций.
При анализе объектов окружающей среды, товаров народного потребления, юдлежащнх обязательной сертификации, и других объектов большое значение шеет определение ионов таких токсичных элементов (тяжелых металлов) как Zn, 2d, Pb, Си. Метод инверсионной вольтамперометрии позволяет решить задачи інализа мнопгх материалов, однако возможности инверсионной юльтамперометрии в этом отношении использованы не полностью.
В настоящее время в литературе имеются немногочисленные данные по ізмерению инверсионных аналитических сигналов (АС) на микроэлектродах, не зыяснено влияние модифицирования их поверхности на аналитические <арактеристики. Это относится в полной мере и к определению ионов Zn, Си, РЬ, Си. В то же время эти данные необходимы для разработки методик анализа
конкретных объектов, например, в водах, биологических объектах и пленка нитрида алюминия.
Органические растворители находят применение в электрохимически исследованиях довольно давно. Тем не менее данных по диапазонам рабочи потенциалов в органических средах, особенно при использовании тверды электродов, недостаточно. Поскольку в органических средах возможн уменьшение обратимости электрохимических реакций, необходимы исследовани электрохимического поведения вышеуказанных ионов на твердых электродах органических растворителях.
Целью работы являлись исследование условий измерения инверсионны аналитических сигналов Zn, Cd, Pb, Си на электрохимически модифицировании микроэлектродах и разработка методик определения этих металлов в водах биологических объектах и в пленках нитрида алюминия.
Для достижения этой цели предусматривалось решение следующих задач:
-
Исследовать условия формирования инверсионных аналитически сигналов Pb(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) на электрохимически модифицированньг адатомами микроэлектродах.
-
Сопоставить зависимости параметров аналитических сигналов о потенциала и продолжительности электролиза, скорости развертки дж макроэлектродов с соответствующими параметрами для микроэлектродов.
-
Оценить возможность использования вышеуказанного модифицировани! электродов, в том числе и микроэлектродов, в электрохимических и аналитически: исследованиях с помощью современной автоматизированной аппаратуры вольтамперометрического комплекса, анализатора вольтамперометрического АВА-и системы вольтамперометрической СВА-1БМ.
-
Установить область рабочих потенциалов электродов из графита углеситалла и платины в апротонных диполярных растворителях и водно спиртовых средах.
-
Разработать методики инверсионного вольтамперометрической определения Zn, Cd, Pb, Си в водах (природных поверхностных, питьевых і используемых в производстве химических волокон), биологических материалах і в промышленных образцах пленок нитрида алюминия, сформированных і легированных методом ВЧ-магнетронного распыления.
Научная новизна результатов исследования. Исследованы особенности іектрокристаллизации металлов на поверхности электрода, модифицированного іатомами металлов. Показано, что совместное электрохимическое осаждение їинца и меди протекает по смешанному механизму и сопровождается изменением ірактера процесса по сравнению с осаждением индивидуальных компонентов, становлено, что при введении в анализируемый раствор ионов ртути одифицирование поверхности происходит иначе, чем в случае модифицирования іатомами свинца, кадмия или меди. В этом случае взаимодействие компонентов і поверхности электрода, часто наблюдаемое при одновременном определении хкольких ионов металлов, сказывается в меньшей степени.
Установлены диапазоны рабочих потенциалов электрохимически
эдифицированных электродов из углеродных материалов в апротонньгх
толярных растворителях (диметилсульфоксид, диметилацетамид,
шетилформамид). Отмечено их увеличение по сравнению с водными средами.
Обнаружено, что при осаждении и легировании пленок A1N происходит .гделение либо А], либо металла - источника легирующей примеси. Установлено їличие аморфной и кристаллической фаз в объеме пленки. Найдены условия іределения концентраций легирующих примесей в различных фазах пленок AIN, іращенньгх ВЧ-магнетронным распылением.
Практическая значимость работы. Разработаны методики определения Zn, ), Cd, Си в пленках A1N, сравнительных биологических материалах, сточных дах производств химических волокон, а также в питьевой воде. Методики ізволяют определять ионы тяжелых металлов в растворах на уровне ПДК (и ниже) одной пробы, характеризуются малой погрешностью и высокой спроизводимостью. Методика определения легирующей примеси в пленках гтрида алюминия внедрена в ОАО Центральном научно-исследовательском миологическом институте «ТЕХНОМАШ» (г.Москва), Малом государственном едприятии «ТЕХНОМАП» (г.Москва), Центре новых технологий «ОПТРОН» Москва), Учебно-производственном центре «ПОИСК» при Марийском гударственном техническом университете (г.Йошкар-Ола), Физико-техническом ституте УрО РАН (г.Ижевск). Результаты работы используются в НИИ гигиены [. Ф.Ф.Эрисмана (г.Мытищи), а также в учебном процессе кафедры алитической химии химического факультета Московского государственного иверситета им. М.В.Ломоносова (г.Москва).
6 Положения, выносимые на защиту
-
Результаты исследования параметров инверсионных аналитически сигналов Zn, Cd, Pb, Си на электрохимически модифицированны микроэлектродах.
-
Аналитические характеристики макро- и микроэлектродов и результаты и сопоставления.
-
Унифицированные электроды для современной автоматизированно аппаратуры, сопряженной с ЭВМ.
-
Диапазоны рабочих потенциалов на твердых электродах в апротонны диполярных растворителях.
-
Методики инверсионного вольтамперометрического определения Zn, Сс Pb и Си в многокомпонентных системах для аналитического контрол полупроводниковых материалов микроэлектроники, экологических объектов и вод.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались н Международном конгрессе по аналитической химии, г.Москва (1997 г. Международной конференции "Экология человека и природы", г.Иванов (1997 г.); Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей сред] "Экоаналитика-96", г.Краснодар (1996 г.); 9-й Европейской конференци "Diamond 1998", Крит, Греция (1998 г.); 7-м, 8-м и 9-м Международны симпозиумах "Тонкие пленки в электронике", г.Йошкар-Ола (1996 г.), г.Харької Украина (1997 г.) и г.Иваново (1998 г.); Международной конференции "Алмазы технике и электронике", г.Москва (1998 г.); Всероссийском симпозиуме с участие ученых из стран СНГ "Аморфные и микрокристаллические полупроводники' г.Санкт-Петербург (1998 г.); Научно-практической конференции "Новые высоки технологии производства радиоэлектронной аппаратуры", г.Москва (1996 г.); 2-і 3-й и 4-й Российских конференциях с участием зарубежных специалисте "Высокие технологии в промышленности России", г.Москва (1997, 1998 гг. конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников аспирантов Московской государственной текстильной академии (1996, 1997 гг. конференциях студентов и аспирантов "Ломоносов-96" и "Ломоносов-97 Московского государственного университета (1996, 1997 гг.).
По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 1 статей и 6 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 162 страницах и содержит 56 таблиц и 56 рисунков. Она состоит из введения, пяти глав, содержащих обзор литературы, описание условий эксперимента, обсуждение результатов исследования, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 120 наименований.
