Исследование концентрирования Cu (II) на анионите АВ-17, иммобилизованном 8-оксихинолином

Исследование концентрирования Cu (II) на анионите АВ-17, иммобилизованном 8-оксихинолином

Введение

Количественное определение следовых тяжелых металлов в объектах окружающей среды (природных и сточных водах и т.п.) вызывает у экологов, химиков-аналитиков определенные затруднения. Это объясняется тем, что известные методы определения недостаточно чувствительны.

Одним из эффективных приемов повышения чувствительности в практике химического анализа является предварительное концентрирование. Один из способов концентрирования - сорбция на разного вида сорбентах. В последнее время в аналитической практике получили широкое распространение модифицированные сорбенты, созданные иммобилизацией органических реагентов-комплексообразователей на различные носители..

Такие сорбенты имеют много замечательных достоинств. Среди них можно выделить следующие: сорбенты такого типа легко получить в лабораториях любой оснащенности, а значит очень дешевы ( например, в сравнении с хелатообразующими сорбентами);

сорбенты компактны и могут применяться в полевых условиях;

избирательны к сорбируемым ионам;

позволяют на два, три порядка повысить чувствительность методов определения;

обладают достаточной сорбционной емкостью;

являются удобным способом консервации концентрируемых примесей;

легко согласуются с современными физическими и традиционными аналитическими методами определения;

не требуют применения специализированного дорогостоящего оборудования;

в некоторых случаях может отсутствовать процесс элюирования;

Однако есть у этого типа сорбентов и недостатки. Они малопригодны для работы в динамических условиях, отличаются низкой стабильностью и соответственно, не обеспечивают достаточной воспроизводимости аналитических результатов.

Цель исследования - изучение сорбционных возможностей анионита АВ-17, иммобилизованного 8-оксихинолином для концентрирования и разделения микроколичеств меди (II) из сложных природных объектов ОС, а также его спектроскопического определения.

Глава 1 Иммобилизированные веществами сорбенты - новый класс эффективных сорбентов

В настоящее время все большее внимание уделяется методам анализа, пригодным для использования не только в стационарных лабораторных условиях, но и непосредственно на месте отбора пробы. Такие методы должны обладать высокой чувствительностью и избирательностью в сочетании с экспрессностью, простотой и дешевизной. Определению следовых количеств веществ, как правило, предшествуют стадии их экстракционного концентрирования или ионообменного разделения и др. Известно, что эффективная экстракция следовых количеств элементов малым объемом органического растворителя из больших объемов водной фазы затруднена из-за взаимной растворимости фаз и сложности их разделения.

Сорбционное концентрирование в сочетании с измерением аналитического сигнала на поверхности позволяет на несколько порядков понизить предел обнаружения определяемых компонентов, а использование сорбентов, модифицированных специфическими аналитическими реагентами, дает возможность повысить избирательность анализа.

Сорбенты, модифицированные хромофорными реагентами, применяются в визуально-тестовых методах, которые незаменимы при проведении экспресс-анализа объектов окружающей среды, особенно предварительного (оценочного) анализа.

Для перевода определяемого соединения в фазу сорбента применяют различные способы: а) определяемый ион вначале поглощают ионитом, а затем «проявляют», обрабатывая его реагентом, который образует с сорбатом окрашенное соединение; б) определяемое вещество сначала переводят в комплексное соединение путем взаимодействия с органическим или неорганическим реагентом или в ионный ассоциат в растворе, а затем сорбируют ионитом или немодифицированным сорбентом; в) анализируемое вещество извлекают из раствора сорбентом, модифицированным соответствующим органическим или неорганическим аналитическим реагентом. Последний способ является наиболее перспективным, особенно для экологического контроля, по двум основным причинам. Во-первых, ионная сила раствора в меньшей степени влияет на образование окрашенного соединения в фазе сорбента, чем в растворе. Во-вторых, реагент, влияющий на состояние химического равновесия в исследуемой экосистеме, практически не переходит с поверхности сорбента в водную фазу. Исследования последних лет [1-10] показали, что химико-аналитические свойства иммобилизованных реагентов, в особенности комплексообразующая способность, зачастую заметно отличаются от их свойств в растворе. Химизм взаимодействия в двухфазной системе «определяемое вещество в растворе - аналитический реагент», закрепленный на поверхности твердого носителя изучен в недостаточной степени.

Таким образом, использование органических реагентов, закрепленных на твердой матрице, представляет собой новое направление в современной аналитической химии, развивающееся на стыке аналитической химии и химии поверхности.

1.1 Классификация модифицированных сорбентов

Модифицированные различными реагентами сорбенты, предназначенные для аналитических целей, можно классифицировать по типу носителя или по типу модификатора [11]. В качестве носителей используют различные сорбенты: ионообменные смолы, целлюлозу, поливинилхлоридные мембраны, волокна и чаще всего высокодисперсные кремнеземы. В качестве модификаторов наибольшее распространение получили хелатообразующие органические реагенты, соли металлов, а также природные соединения и некоторые микроорганизмы [12].

Существуют практически неограниченные возможности, направленного изменения химико-аналитических свойств сорбентов посредством модификации их различными реагентами [13.14]. Для закрепления аналитического элюэнта на матрице используют ряд приемов. Один из них, синтетический, представляет собой, так называемую ковалентную прививку модифицирующего реагента [15]. Другим приемом является импрегнирование, или матрицы раствором модификатора [16]. Наиболее удобный способ заключается в иммобилизации, или закреплении, на поверхности носителя модификатора посредством адсорбции, электростатического взаимодействия, образования водородных связей или других видов взаимодействия.

Основным преимуществом модифицированных сорбентов, созданных путем ковалентной прививки реагентов, является их химическая и механическая устойчивость. К недостаткам следует отнести сложность и трудоемкость процессов модификации и регенерации таких систем.

Не столь трудоемким является способ импрегнирования сорбентов аналитическими реагентами. Однако получаемые сорбенты малопригодны для работы в динамических условиях, отличаются низкой стабильностью и соответственно, не обеспечивают достаточной воспроизводимости аналитических результатов.

В настоящее время существует большой ассортимент сорбентов с иммобилизованными на их поверхности аналитическими реагентами [17]. Они обладают химической и механической устойчивостью, легко модифицируются и регенерируются. Такие сорбенты в наибольшей степени соответствуют требованиям, предъявляемым к визуальным тест-системам.

1.2 Способы иммобилизации аналитических реагентов

1.2.1 Сорбция органических реагентов из полярных апротонных и протонных растворителей

Этот способ применяется наиболее часто для иммобилизации реагентов как в статических, так и в динамических условиях [18,19]. Для закрепления аналитического реагента на матрице используют ряд приемов. Один из них, синтетический, представляет собой, так называемую ковалентную прививку модифицирующего реагента [15]. Другим приемом является импрегнирование, или пропитка матрицы раствором модификатора [16]. Наиболее удобный способ заключается в иммобилизации, или закреплении, на поверхности носителя реагента-модификатора посредством адсорбции, электростатического взаимодействия, образования водородных связей или других видов взаимодействий.

Основным преимуществом модифицированных сорбентов, созданных путем ковалентной прививки реагентов, является их химическая и механическая устойчивость. К недостаткам следует отнести сложность и трудоемкость процессов модификации и регенерации таких систем.

Не столь трудоемким является способ импрегнирования сорбентов аналитическими реагентами. Однако получаемые сорбенты малопригодны для работы в динамических условиях, отличаются низкой стабильностью и соответственно, не обеспечивают достаточной воспроизводимости аналитических результатов.

В настоящее время существует большой ассортимент сорбентов с иммобилизованными на их поверхности аналитическими реагентами [17]. Они обладают химической и механической устойчивостью, легко модифицируются и регенерируются. Такие сорбенты в наибольшей степени соответствуют требованиям, предъявляемым к визуальным тест-системам.

1.2.2 Сорбция органических реагентов из неполярных апротонных растворителей и их смесей

Для модификации силикагеля солями четвертичных аммониевых оснований [26] его перемешивали в течение 1 ч с гексановым раствором реагента и затем высушивали при 60°С на протяжении 2 ч.

Статическую модификацию силикагеля ди(2-этилгексил)-фосфорной кислотой (DEEPА) [8] проводили, перемешивая предварительно высушенный при 160°С сорбент в течение 2 ч с раствором DEHPA в смеси хлороформ-гептан (70:30). Затем сорбент высушивали на воздухе до полного удаления растворителя.

Аналогичную процедуру применяли для модификации силикагеля азааналогом дибензо-18-краун-6 [26], для чего использовали раствор крауна в смеси гептан - хлороформ (1:1).

1.2.3 Иммобилизация органических реагентов из газовой фазы

Предложен также способ модификации сорбентов обработкой их в высокочастотной низкотемпературной плазме [27] в присутствии паров органических соединений. В качестве сорбента использовали полисорб-1, а в качестве модификаторов -- пропаргиловый спирт, аллиламин и акриловую кислоту. Длительность обработки составляла 30 мин, после чего сорбенты дважды декантировали в метаноле и высушивали на воздухе.

1.2.4. Иммобилизация неорганических реагентов

Модификацию сорбентов неорганическими реагентами проводят путем сорбции или осаждения гидроксидов металлов, оксидов или солей металлов на их поверхности [28].

Иммобилизацию фосфата кальция на силикагеле [29] осуществляли обработкой сорбента раствором гидроксида кальция, а после высушивания -- раствором дигидрофосфата натрия. Затем материал вновь высушивали.

Гидроксиды алюминия и железа [30] наносили на поверхность активированного угля осаждением их из сульфатного раствора в присутствии коагулянтов на основе полиакриламида.

Для нанесения гидроксидов титана и циркония на уголь его предварительно пропитывали растворами солей этих металлов, а затем осаждали гидроксиды аммиаком и высушивали сорбент на воздухе при 105-115°С.

Модификацию ацетилцеллюлозы оксидом марганца [31] осуществляли обработкой ее нагретым до 60°С раствором перманганата калия с рН 2.

1.2.5 Композиционные материалы на основе модифицированных сорбентов

Модифицированные сорбенты служат основой для ряда композиционных материалов [32]. Так, композит на основе полиакрилонитрильного волокна в процессе формования наполняли селективным хелатообразующим сорбентом с привитыми на его поверхности гетероциклическими аминами' или сильноосновным анионообменником. Диски из полиакрилонитрильного волокна, заполненного тонкодисперсными ионообменниками, дополнительно модифицировали путем погружения их в водно-ацетоновый раствор ПАН или в водные растворы ксиленового оранжевого (КО), арсеназо I и л-нитрозодиэтиланилина. Полученные материалы хранили во влажном состоянии.

Иммобилизацию 4-фенилазо-З-аминороданина (PAAR) [33] на полиакрильное волокно, наполненное тонкодисперсным ионообменником КУ-2 в форме дисков, осуществляли следующим образом. Влажные диски массой 40-50 мг промывали 50 мл 0,1 М HN03, 10 мл ацетона, погружали на 15 мин в 10 мл 5*10"5М раствора PAAR, промывали 50 мл 0.1 М H2S04 и хранили во влажном состоянии. Емкость сорбента относительно PAAR составляла 5 10"6 моль г-1.

1.3 Аналитическое применение модифицированных сорбентов

1.3.1 Органические реагенты

а. Азотсодержащие реагенты

Изучена сорбция [34] газообразных веществ -- сероводорода, сероуглерода, метилсероводорода и диоксида серы -- на силикагеле, пропитанном диэтанол- или моноэтаноламином. Емкость сорбента по диэтаноламину составляла 1,51-2,06 ммольг-1. Сорбция газов обусловлена их химическим взаимодействием с аминами. В отличие от газов кислотного характера, метилсероводород инертен по отношению к моноэтаноламину и диэтаноламину, поэтому он адсорбируется на модифицированном силикагеле значительно хуже, чем на чистом носителе.

Разработана методика [35] определения следовых количеств Со(П), Ni(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) и РЬ(П) в речной воде и промышленных сточных водах. Она заключается в предварительной сорбции катионов металлов про-питанным М,М,Ы',М'-тетра(2-аминофенил)этилендиамином силикагелем и последующей десорбции 0,13 М раствором винной кислоты при рН 3. Содержание металлов определяют спектрофотометрическим методом. Градуировочные графики являются прямолинейными в интервале концентраций ионов металлов от 1 * 10"8 до 3 * 10"6 мольл-1.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5