Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Потенциометрическое титрование широко используется для исследования равновесий п водных и неводных средах благодаря простоте исполнения и высокой точности результатов. Полученная в рамках метода информация о константах ионизации и концентрациях функциональных групп объектов и их изменении в ходе физико-химических процессов позволяет в значительной степени углубить понимание механизмов комплексообразования, ионного обмена, селективной сорбции и химической модификации сорбентов и полиэлектролитов.
Успешное развитие метода потенциометрического титрования и его применение к решению сложных задач физической химии невозможно без усовершенствования подходов к обработке экспериментальных данных. Существующие расчетные методы преимущественно основаны на определении дискретных значений констант ионизации и, следовательно, не могут быть использованы для описания кислотно-основных свойств полиэлектролитов, ионообменных смол, сорбентов и других объектов, характеризующихся широким спектром функциональных групп.
Очевидно, что наиболее перспективный подход к обработке кривых потенциометрического титрования должен обеспечивать возможность корректного описания кислотно-основных характеристик как индивидуальных компонентов смесей кислот (оснований), так и сложных полифункционалышх объектов, не требуя предварительной информации о составе исследуемой системы. Удовлетворить этим требованиям могут только методы, основанные на интегральном представлении равновесий, что определяет актуальность их теоретической разработки и экспериментального обоснования.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: экспериментальное доказательство принципиальной возможности применения интегрального метода функций плотности (МФП)' для исследования кислотно-основных равновесий в растворах полиэлектролитов и гетерофазных системах методом потенциометрического титрования.
Голиков А.П. Метод расчета кислотно-основных характеристик сорбента по результатам потенциометрического титрования// Ж. физ. химия. - 1995.- Т.69. - N4. - С. 664-667.
Исследование равновесий в растворах смесей низкомолекулярных органических кислот и оснований для определения области применимости МФП.
Изучение кислотно-основных равновесий в растворах некоторых природных полиэлектролитов, в том числе в присутствии ионов металлов, в рамках представлений о непрерывных спектрах констант ионизации и комплексо-образования.
Изучение зависимости кислотно-основных свойств новых композитных материалов на основе гидратированного диоксида марганца (ГДМ) от условий синтеза и установление связи между селективными свойствами сорбентов по отношению к ионам металлов и присутствием кислотно-основных центров на поверхности.
Исследование изменений кислотно-основных свойств систем в результате сорбции ионогенных полимеров на поверхности твердых носителей.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Экспериментально обосновано использование МФП - интегрального метода обработки кривых погенциоме-трического титрования смесей кислот (оснований), растворов полиэлектролитов и гетерофазных систем. Результатом обработки являются функции плотности распределения концентраций функциональных групп объекта по шкале рК (спектры констант ионизации - СКИ), позволяющие найти число компонентов в системе, их коп-станты ионизации и концентрации в заданном диапазоне рК ионизации, что принципиально отличает МФП от большинства существующих методов расчета, использующих представление о дискретности констант равновесия.
Метод без предварительной информации о качественном составе системы позволяет определять компоненты с константами ионизации, отличающимися на 0.75 ед. рК и более, в том числе в присутствии неизвестного количества сильной кислоты, тогда как с применением других расчетных методов корректное определение состава возможно при минимальной разнице между константами ионизации компонентов равной 2 ед. рК. На примере гумусовых кислот и их взаимодействия с ионами металлов показано, что МФП позволяет рассчитывать непрерывные спектры констант диссоциации и комплексообра-зования полиэлектролитов.
Исследованы кислотно-основные свойства композитных материалов на основе ГДМ и установлена их связь с условиями синтеза и селективными свойствами сорбентов по отношению к ионам стронция. Определены функциональные группы сорбента, вносящие наибольший вклад в селективные свойства.
С применением МФП получена дополнительная информация о механизме сорбции и структурных изменениях в молекуле белка в результате взаимодействия с твердой поверхностью; предложена модель механизма взаимодействий в системе анионный полисахарид - кремнезем - белок.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Обосновано применение нового метода корректной обработки кривых потепциометрического титрования сложных систем, позволяющего детально исследовать процессы ионного обмена, комплексообразования, селективной сорбции и химической модификации, что обеспечивает возможность выбора оптимальных условий синтеза и практического применения сорбентов и ионообменных материалов, контроля технологических процессов производства ионогенных полимеров и композитов на их основе. Изученные в работе зависимости кислотно-основных и селективных свойств материалов на основе ГДМ от условий синтеза использованы для поиска направлений синтеза сорбентов с заданными свойствами.
Экспериментально обоснованные возможности и преимущества применения МФП для расчета параметров кислотно-основных равновесий в многокомпонентных смесях кислот и оснований.
Интегральная модель кислотно-основных равновесий в растворах полиэлектролитов и адсорбционных системах, включающих ионогенные биополимеры.
Метод расчета непрерывных спектров констант комплексообразования гуминовых кислот с ионами Ме"+, основанный на применении МФП.
Связь кислотно-основных свойств композитов основе ГДМ с условиями синтеза и селективностью по отношению к ионам стронция.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Результаты диссертационной работы докладывались на VIII Международной конференции "Теория и практика адсорбционных процессов" (Москва, май, 1996), V конференции
"Аналитика Сибири и Дальнего Востока" (Новосибирск, ноябрь, 1996), Международном симпозиуме "Химия и химическое образование АТР, 21 век" (Владивосток, октябрь, 1997), Дальневосточной региональной конференции молодых ученых "Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды" (Владивосток, декабрь, 1997).
По теме диссертации опубликовано 6 работ.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитированной литературы (153 наименования). Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, включая 13 таблиц и 24 рисунка.