Введение к работе
Актуальность теми.Проблема экспрессного и автоматизированного определения следовых количеств кремния и германия в материалах полупроводниковой и электронной промышленности, цветной металлургии, природних и очищенных водах не теряет актуальности в настоящее время.
Традиционными методами определения кремния и германия являются спектрофотометрические, основанные на реакциях образования желтых или синих форм молибденовых гетерополисоединений{П1С). Для достижения чувствительности, позволяющей определять следовые количества кремния и германия, приходится прибегать к экстракции или флотации ГПС, что усложняет методики и затрудняет их использование.
Для решения этой задачи перспективны вольтамиерометрические методы, основанные на окислительно-восстановительных превращениях ГПС на электроде. За последнее десятилетие появились новые возможности использования вольтамперометрии в аналитической химии ГПС. К ним относится адсорбционное накопление комплексов на по -верхности индикаторного электрода, лежащее в основе адсорбционной инверсионной вольтамперометрии. Адсорбционное накопление позволяет для некоторых элементов достичь наиболее низких пределов обнаружения (порядка ІСГ^-ІСҐ11 моль/л ) в электрохимических методах анализа. Адсорбционное концентрирование, как правило, повышает и селективность определения за счет устранения влияния электроактивннх компонентов матрицы, не обладающих поверхностно-активными свойствами.
Развитие метода сдерживается отсутствием сведений о механизме адсорбции ГПС. Адсорбционные свойства их практически не изучены. Неясно, какие факторы влияют на адсорбцию этих неорганических ' хелатов, какую роль при этом играет материал электрода и. состояние его поверхности. Выбор оптимальнрго материала электрода, условий адсорбции и детектирования на основе систематического изучения вольтамперпметрических и адсорбционных свойств ГПС открывает перспективу повышения чувствительности анализа.
Необходимость экспрессного анализа большого количества проб на ряде производств требует автоматизации методик определения кремния и германия. Развитие автоматизированных методов стимулируется многими факторами, главными из которых являются повышение
степени надежности, экономичности и оперативности получения большого объема требуемой аналитической информации. Роль электрохимического детектирования в автоматических методах анализа, среди которых одним из яаиболее эффективных является проточно-инхекционный анализ, постоянно возрастает. Электрохимические детекторы обладают хорошей чувствительностью, быстродействием, ни-ниагирностьс Представляется актуальной разработку электрохимического детектора для определения следовых количеств кремния и германия. Созданиз подобного детектора требует всестороннего изучения процессов электровосстановления гетарополикислот кремния и германия на электродах из различных материалов.
1!ель работы - разработка высокочувствительных, селективных и экспрессных вольтаипвроызтрических методов определения крецния и германия на основе всестороннего исследования электрохимических и адсорбционных свойств их молибденовых ГПС.
Научная новизна. Впервые с использованием различных вариантов вольтамперометрии - переменнотоковой, вольтамперометрии с линейной разверткой потенциала - исследованы природа отдельных стадий восстановления молибдокремяевой и молибдогерыаниевой кислот и их адсорбция на ртутных и углеродных электродах. Предложена схема электродного продасса восстановления гетерополианионов с учетом адсорбции. Рассчитаны адсорбционные параметры для изучаемых соединений. Сделаны предположения о механизма адсорбции.
Оптимизированы условия формирования аналитического сигнала при определении кремния и германия методом адсорбционной инверсионной вольтамперометрии. Изучено влияние ВЧ-излучения на скорость образования ГПС в оптимальных аналитических условиях. Для определения следовых количеств кремния и германия предложен модифицированный угольный пастовый электрод.
На основа угольного пастового электрода разработан амперо-метрический детектор для определения кремния и германия в статических и проточных методах анализа, характеризующийся простотой конструкции, широким интервалом определяемых содержаний, быстродействием и высокой чувствительность!). Установлены оптимальные параметры проточно-инжекциокной системы для определения кремния с помощью предложенного детектора.
Практическая значимость работы. Предложено использовать адсорбционное концентрирование молибдокреиневой и молибдогерма-пиэвоя кислот на угольном пастовои электроде для высокочувствительного и селективного определения сладових количеств кремния и германия.
Предложен ряд простих и надежных волыампероыетрических изтодик определения кремния и гэрыания с низкими пределами обнаружения:
- кремния в катодной меди высокой чистоты без отделения основы
(Рііїл,р - 5'*0"6 "ас%) 5
кремния в очищенных водах радиЗлектронной промышленности «W»,, - 0.3 ыкг/л);
кремния в винах и виполродуктах без пробоподготовки;
кремния в технологических растворах циркониевого производства без отделения основы (Cwit//) » 10 мкг/л);
кремния в глубинных и поверхностных морских водах методом про-точно-инхекционного анализа (0^^,/ » 3 мкг/л);
германия в полупроводниковых материалах Pj-_xGexTe без отделения германия от элементов основа.
На защиту выносятся:
результаты исследования природы отдельных стадий восстановления молибдокремневои и молибдогерманиевой кислот и их адсорбции на ртутных и углеродных электродах методами переменнотоко-вой волыаиперометрии и волыамперометрии с линейной разверт- кой потенциала;
данные по оптимизации условий определения кремния и германия методом адсорбционной инверсионной волыаиперометрии;
данные по определение креиния и германия с помощыэ анперомет-ричеекого детектора в статических условиях и в условиях про-точяо-иижекционяой системы;
методики волыанперометричвекого и аыпвроиетрического определения кремния и германия в природных и проиншленных материалах.
Апробация работы и публикации. Результаты работы доложены на Ш Всесоюзной конференции по электрохимическим методам анализа (г.Томск, 1989), Всесоюзной конференции "Современные методы анализа металлов, сплавов, объектов окружающей среды" (г.Ижевск, 1991), IX BcecoDsnoH конференции по экстракции (г.Адлер, 1991), і региональной конференции "Химики Северного Кавказа - народно-
ыу хозяйству" (г.Нальчик, 1931), научной конференции молодых ученых Химического факультета ИГУ (г.Москва, 1991).
Основное содаряанке работы излокено в 15 публикациях в виде статей и тезисов докладов, авторского свидетельства и положительных решений о выдаче патентов по заявкам К 4892312 и » 5037193.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав (обзора литературы и шести глав экспериментальной части), заключения, выводов, библиографии и прилохений. Общий объем работы 183 страницы машинописного текста, в том числе 32 таблицы и чЗ рисунка. Список литературы 168 наименований работ.
Похожие диссертации на Вольтамперометрическое изучение и использование в анализе молибденовых гетерополисоединений кремния и германия
