Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из актуальных направлений по созданию хемосенсорных материалов для определения различных ионов является широко используемый подход, связанный с приготовлением композиций, включающих ионофорные фоточувствительные соединения. К таким соединениям, характеризующимся хорошим оптическим откликом, относятся производные краун-эфиров, в состав молекулы которых входит хромофорная и ион-селективная части. Их строение предполагает возможность образования комплексов с рядом катионов металлов и малыми органическими молекулами. Производные дитиакраун-эфиров, имеющие в краун-эфирном цикле атомы серы, обладают способностью образования комплексов с катионами тяжелых металлов. Оптические характеристики, поведение и комплексообразование ряда подобных соединений, синтезированных в Центре фотохимии (ЦФ) РАН в последнее время, хорошо изучено в органических растворах, но не в водных средах.
Однако в виде органических растворов их невозможно использовать для определения концентрации ионов металлов, находящихся, например, в сточных водах или в водоемах. Для создания сенсорных устройств, используемых в мониторинге окружающей среды, целесообразно иммобилизовать фоточувствительные соединения в полимерные пленки, чтобы полученные хемосенсорные материалы можно было многократно использовать в режиме реального времени в водных средах. Цель работы: получение и изучение тонких полимерных пленок и монослоев с фоточувствительным производным дитиакраун-эфира как модельных систем и материалов для создания элементов оптических сенсоров на ионы ртути (II). Научная новизна.
- Впервые получены комплексы производного дитиакраун-эфира с катионами ртути (II) в водных растворах, образование которых подтверждено методами абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии.
Впервые получены и детально исследованы ультратонкие пленки (типа монослоев на границе раздела вода/воздух) индивидуального производного дитиакраун-эфира и его смесей с поливинилстеаратом.
Установлены закономерности изменения свойств смесей монослоев производного дитиакраун-эфира с поливинилстеаратом (поверхностного потенциала и давления при формировании и коллапсе монослоя; площади, занимаемой молекулой в монослое при разных давлениях; удельной площади смесей) от состава смеси дитиакраун-эфир/ПАВ. Показано, что при соотношении дитиакраун-эфир:поливинилстеарат=1:2 эти параметры оптимальны.
- Определены основные параметры комплексов катионов ртути с
производным дитиакраун-эфира и их изменение при введении
поливинилстеарата, что позволило выбрать область концентраций, при
которых эти параметры (АХтах абсорбции и флуоресценции) наибольшие.
- Впервые исследовано и показано методами Брюстеровского рассеяния, что
структура комплексов влияет на морфологию смешанных монослоев на
границе вода/воздух.
- Обнаружено влияние природы полимерной матрицы на оптические
параметры иммобилизированного краун-эфира и его комплекса с Hg .
Показано, что наибольший сдвиг АХтах в спектрах абсорбции и
флуоресценции наблюдается в материалах, состоящих из краун-эфира с
ацетатом целлюлозы или ацетатфталатом целлюлозы.
Практическая значимость.
Усовершенствована методика создания тонких полимерных пленок с включенными фоточувствительными производными дитиакраун-эфира («ноу-хау» с участием Зайцева И.С. в авторском коллективе, утверждено распоряжением по ФГБОУ ВПО МГАВМиБ №1 от «30» мая 2011), перспективная для получения хемосенсорных материалов. Полученные дитиакраун-содержащие хемосенсорные материалы опробованы для создания сенсорных элементов устройств оптического контроля катионов
ртути в водных растворах. Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО МГАВМиБ для обучения студентов 2-5 курсов, бакалавров и магистров по дисциплинам «Физическая и коллоидная химия. ВМС», «Биохимия мембран», «Спектральные методы исследования». Данная работа проводилась в рамках гос. контрактов № 02.740.11.0270 и № 02.740.11.0718 по федеральной научно-технической целевой программе Министерства образования и науки РФ «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы», а также по проектам РФФИ (07-03-00588а и 10-03-00711а) и Макс-Планк-Института биофизической химии (ФРГ).
Автор защищает
Спектральные свойства производного дитиакраун-эфира в водных растворах в присутствии катионов щелочных, щелочно-земельных и тяжелых металлов.
Свойства полимерных пленок на основе эфиров целлюлозы и фоточувствительных производных дитиакраун-эфиров.
Получение и свойства ультратонких пленок (типа монослоев) производного дитиакраун-эфира и его смесей с поливинилстеаратом на границе раздела фаз вода/воздух.
Результаты по изучению взаимодействия ультратонких пленок производного дитиакраун-эфира и его смесей с поливинилстеаратом с катионами ртути из водной субфазы.
Данные по взаимодействию производного дитиакраун-эфира, иммобилизованного в тонкие полимерные пленки на основе эфиров целлюлозы, с катионами ртути(П).
Усовершенствованную методику иммобилизации производного дитиакраун-эфира в полимерные пленки.
Апробация работы. Основные материалы диссертации были доложены на ежегодных научных конференциях ФГБОУ ВПО МГАВМиБ (2008-2011 гг.); международной научно-практической конференции «Достижения суп-рамолекулярной химии и биохимии в ветеринарии и зоотехнии» (Москва, 2008); 2-й международной молодежной школе-конференции по физической химии краун-соединений, порфиринов и фталоцианинов (Туапсе, 2010); I Всероссийском симпозиуме по поверхностно-активным веществам «От коллоидных систем к нанохимии» (Казань, 2011); международной научно-практической конференции «Химическая термодинамика и кинетика» (Донецк, Украина, 2011); II международной интернет-конференции «Актуальные проблемы биохимии и бионанотехнологии» (Москва, 2011); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 6 статей (в том числе 5 - в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК) и 5 тезисов докладов на российских и международных конференциях.
Личный вклад автора. Основу диссертации составляют результаты экспериментальных исследований, большая часть которых выполнена, обработана и обобщена лично автором или при его непосредственном участии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов экспериментов и их обсуждения, выводов, списка литературы и приложения. Материалы диссертационной работы изложены на 109 страницах машинописного текста и включают 44 рисунка, 11 таблиц и 3 схемы. Список литературы содержит 85 источников.
Похожие диссертации на Полимерные пленки и монослои с фоточувствительным производным дитиакраун-эфира для определения катионов ртути(II)
