Іммобілізовані на кремнеземі іонні асоціати молібденових гетерополікислот – нові аналітичні форми для визначення Р, Si, Sb, окисників та відновників - Автореферат

Незважаючи на бурхливий розвиток новітніх інструментальних методів аналізу, гетерополікислоти (ГПК) дотепер залишаються основною аналітичною формою при визначенні гетероатомів, зокрема, фосфору, силіцію та арсену, а також широко застосовуються як індикаторні речовини при визначенні ряду окисників і відновників органічної та неорганічної природи. Основним недоліком спектрофотометричних методик, що базуються на реакціях утворення та відновлення ГПК у розчині, є незадовільна відтворюваність результатів аналізу, яка зумовлена лабільністю ізомерних форм ГПК та псевдоколоїдним станом їх відновлених форм у водних розчинах. Ліпшими з точки зору чутливості є комбіновані методики, що включають попереднє екстракційне концентрування аналіту у формі ГПК або їхніх іонних асоціатів (ІА) з гетероциклічними та аліфатичними четвертинними амонієвими солями (ЧАС). Таким чином, актуальність роботи обумовлена нагальною потребою розробки комбінованих спектроскопічних і тест-методик визначення фосфору, силіцію, стибію, аскорбінової кислоти, гідразину, катехоламінів та йодату, насамперед, в тих обєктах (природних та біологічних, харчових продуктах та лікарських препаратах), для аналізу яких визначальною є високі чутливість, вибірковість та експресність у поєднанні з доступністю, простотою та економічністю. Окремі матеріали дисертаційної роботи, а саме: методики сорбційно-спектроскопічного визначення фосфору в природній воді, твердофазно-спектрофотометричного визначення фосфору в природних обєктах та харчових продуктах, візуального тест-визначення силіцію в природній воді, сорбційно-спектроскопічного визначення силіцію в природній воді впроваджено до спецпрактикумів «Методи молекулярної спектроскопії» та «Фотометричний та люмінесцентний аналіз обєків довкілля» для студентів IV курсу кафедри аналітичної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.У першому розділі (огляд літератури) наведено відомості щодо властивостей ГПК як аналітичних реагентів і наведено систематизовані дані щодо методик визначення фосфору та силіцію, а також аскорбінової кислоти, гідразину, катехоламінів та йодату. Третій розділ присвячено дослідженню взаємодії аліфатичних та гетероциклічних ЧАС з поверхнею КЗ, а також відновлених форм молібдофосфорної, молібдостибієвофосфорної та молібдосиліцієвої ГПК з іммобілізованими ЧАС. З таблиці видно, що серед аліфатичних ЧАС вищу спорідненість до поверхні СГ проявляє ЧАС1, тобто при збільшенні довжини аліфатичного радикалу в молекулі модифікатора взаємодія з поверхнею дещо послаблюється. Обидва сорбенти Лг-СГ та ЧАС-СГ ефективно вилучають фосфор та силіцій у формі відновлених ГПК за оптимальних умов їх утворення у розчині. Зі збільшенням вмісту адсорбованої ГПК на поверхні кольори сорбентів змінюються від білого до синього (у випадку ЧАС-СГ) або від жовтого до темно-зеленого (у випадку Лг-СГ), що було покладено в основу розробки кольорових шкал для візуального тест-визначення P в діапазоні концентрації 6.0 - 170 мкг/л (ЧАС-СГ) і 90 - 500 мкг/л (Лг-СГ), а також Si в діапазоні концентрацій 33-840 мкг/л (ЧАС-СГ) і 120-580 мкг/л (Лг-СГ).Іммобілізація ГПК на кремнеземній матриці супроводжується стабілізацією реагенту, що сприяє поліпшенню метрологічних характеристик твердофазних реагентів на їхній основі. Світлопоглинання концентратів у тонкому шарі зростає пропорційно вмісту фосфору, стибію та силіцію в розчині, що покладено в основу сорбційно-спектроскопічного визначення аналітів. Застосування розроблених ТСФ методик призводить до підвищення чутливості та поліпшення відтворюваності результатів аналізу, що досягається завдяки трьом чинникам: стабілізації ГПК на поверхні КЗ у формі ІА з аліфатичною ЧАС, концентруванню продуктів реакції у фазі сорбенту та вимірюванню аналітичного сигналу безпосередньо у фазі концентрату. Встановлено, що ГПК, адсорбційно закріплені на силікагелі у формі іонних асоціатів, не втрачають здатності до окисно-відновної взаємодії і є ефективними аналітичними формами для визначення окисників та відновників. Методики твердофазно-спектрофотометричного і тест-визначення аскорбінової кислоти (МВ=1 мкмоль/л) та йодату (МВ=8 мкмоль/л) у продуктах харчування характеризуються експресністю і простою виконання.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Показано можливість адсорбційного вилучення та концентрування окиснених та відновлених форм молібденових одно- та різнолігандних ГПК силікагелями, модифікованими ЧАС аліфатичної та гетероциклічної природи. Спектроскопічними методами встановлено, що міцне закріплення ГПК на модифікованій поверхні обумовлене не лише іон-асоціативним механізмом вилучення, а й взаємодією гетерополіаніону з активними групами немодифікованої поверхні кремнезему.

2. Встановлено, що для іммобілізації ГПК ліпшими, порівняно з широкопористими та непоруватими кремнеземами, є мезопористі силікагелі. За здатністю вилучати ГПК з розбавлених водних розчинів іммобілізовані водорозчинні гетероциклічні ЧАС поступаються аліфатичним. Іммобілізація ГПК на кремнеземній матриці супроводжується стабілізацією реагенту, що сприяє поліпшенню метрологічних характеристик твердофазних реагентів на їхній основі.

3. Доведено, що ліпшою аналітичною формою для комбінованого спектроскопічного і тест-визначення фосфору та стибію є відновлена різнолігандна молібдостибієвофосфорна ГПК. Для ТСФ і тест-визначення силіцію оптимальною аналітичною формою з точки зору стійкості, простоти отримання у розчині та сорбційної здатності виявилась відновлена молібдосиліцієва ГПК. Світлопоглинання концентратів у тонкому шарі зростає пропорційно вмісту фосфору, стибію та силіцію в розчині, що покладено в основу сорбційно-спектроскопічного визначення аналітів. Застосування розроблених ТСФ методик призводить до підвищення чутливості та поліпшення відтворюваності результатів аналізу, що досягається завдяки трьом чинникам: стабілізації ГПК на поверхні КЗ у формі ІА з аліфатичною ЧАС, концентруванню продуктів реакції у фазі сорбенту та вимірюванню аналітичного сигналу безпосередньо у фазі концентрату.

4. Встановлено, що ГПК, адсорбційно закріплені на силікагелі у формі іонних асоціатів, не втрачають здатності до окисно-відновної взаємодії і є ефективними аналітичними формами для визначення окисників та відновників. Показано, що для відновників, які взаємодіють з ГПК у кислому середовищі, індикаторна реакція може бути реалізована двома способами. Перший передбачає відновлення ГПК у розчині з наступним вилученням і концентруванням продукту ЧАС-СГ. Другий ґрунтується на гетерофазній взаємодії аналіту з ГПК, іммобілізованою на КЗ у формі ІА. Для визначення відновників, що взаємодіють з ГПК у лужному середовищі, а також окисників, ефективнішою є гетерофазна індикаторна система з використанням як ТР іммобілізованого ІА окисненої чи відновленої ГПК відповідно. Важливою перевагою такого підходу є більша вибірковість реакції та можливість проведення аналізу поза межами лабораторії завдяки застосуванню готової аналітичної форми ГПК.

5. Розроблені методики сорбційно-спектрофотометричного й тест-визначення фосфору (МВ=1.7 мкг/л) та силіцію (МВ=5.3 мкг/л) переважають відомі аналоги за чутливістю, вибірковістю та відтворюваністю і придатні для визначення співіснуючих форм елементів в природних водах. Методики твердофазно-спектрофотометричного і тест-визначення аскорбінової кислоти (МВ=1 мкмоль/л) та йодату (МВ=8 мкмоль/л) у продуктах харчування характеризуються експресністю і простою виконання. Методика тест-визначення гідразину (МВ=0.2 ммоль/л) характеризується низьким впливом з боку розчинних компонентів ґрунтів і придатна для застосування безпосередньо на місці пробовідбору. Тест-методика визначення суми катехоламінів у сечі (МВ=2.7 мкмоль/л) не має аналогів у світовій літературі. Методика може бути застосована в клінічному аналізі для проведення експрес-оцінки вмісту катехоламінів в біологічних рідинах.

РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

О.А. Запорожець, Л.С. Іванько, І.А. Качан. Твердофазний реагент на основі молібдофосфорної гетерополікислоти для сорбційно-спектроскопічного визначення аскорбінової кислоти // Вопросы химии и химической технологии. - №1, 2005. - С. 9-13. (Особистий внесок автора: проведення експериментальних досліджень щодо розробки та апробації твердофазного реагенту для сорбційно-спектрофотометричного визначення аскорбінової кислоти у фруктових соках, участь в обговоренні результатів дослідження та написанні статті.)

Качан І.А., Іванько Л.С., Запорожець О.А. Визначення органічних відновників іммобілізованою на силікагелі фосфорномолібденовою гетерополікислотою // Маґістеріум, вип. 24. - 2006. - С. 51-53. (Особистий внесок автора: оптимізація умов іммобілізації сафраніну Т, люцигеніну та молібдофосфорної ГПК на немодифікованому та модифікованих силікагелях відповідно, дослідження гетерофазної окисно-відновної реакції іммобілізованої ГПК з органічними відновниками у розчині, участь в обговоренні результатів дослідження та написанні статті.)

И.А. Качан, О.А. Запорожец, Л.С. Зинько, А.А. Коваль. Твердофазноспектрофото-метрическое определение восстановителей в растворе по реакции образования «синей» гетерополикислоты // Методы и объекты химического анализа. - 2006. - Т.1, № 2. - С. 127-131. (Особистий внесок автора: оптимізація умов твердофазно-спектрофотометричного визначення відновників органічної та неорганічної природи за реакцією відновлення молібдофосфорної ГПК, участь в обговоренні результатів дослідження та написанні статті.)

О.А. Запорожец, Л.С. Зинько, И.А. Качан. Твердофазно-спектрофотометрическое и тест-определение сосуществующих форм фосфора в воде // Журнал аналитической химии. - 2007. - Т.62, № 12. - С.1271-1275. (Особистий внесок автора: розробка твердофазного реагенту та умов сорбційно-спектрофотометричного визначення фосфату, співіснуючих форм фосфору у природній воді, участь в обговоренні результатів дослідження та написанні статті.)

О.А. Запорожець, І.А. Качан, Л.С. Зінько, Ю.П. Євлаш, С.І. Левченко. Твердофазні аналітичні реагенти на основі іммобілізованих на кремнеземах гетерополікислот та їх іонних асоціатів // Вісник Харківського національного університету. Хімія. вип. 15(38). - 2007. - № 770 - С. 155-162. (Особистий внесок автора: дослідження сорбції окиснених та відновлених форм ГПК фосфору і силіцію кремнеземами, функціоналізованими ЧАС, розробка на цій основі методик твердофазно-спектрофотометричного й тест-визначення Р(V), Si(IV), Sb(III), гідразину, аскорбінової кислоти та адреналіну, участь в обговоренні результатів дослідження та написанні статті.).

Метод сорбційно-спектрофотометричного визначення аскорбінової кислоти: Пат. №19302. Україна. МПК8 G 01 N 21/31 A 61 K 31/375. О.А. Запорожець, Л.С. Зінько, І.А. Качан. - № u 2006 06113; заявлено 02.06.2006; надр. 15.12.2006; Бюл. №12. - 8 с. (Особистий внесок автора: проведення експериментальних досліджень та підготовка опису винаходу).

Спосіб тестового визначення аскорбінової кислоти у фруктових соках: Пат. №19303. Україна. МПК8 G 01 N 33/02 C 07 D 307/62. О.А. Запорожець, Л.С. Зінько, І.А. Качан. - № u 2006 06114; заявлено 02.06.2006; надр. 15.12.2006; Бюл. №12. - 4 с. (Особистий внесок автора: проведення експериментальних досліджень та підготовка опису винаходу).

Л.С. Іванько, І.А. Качан, О.А. Єгоров, О.А. Запорожець. Нова аналітична форма сафраніну-Т // Тези доп. IV Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». - Київ. - 2003. - С.7-8.

І.А. Качан, О.А. Запорожець, Л.С. Іванько. Контроль вмісту аскорбінової кислоти у соках твердофазним реагентом на основі іммобілізованої гетерополікислоти // Тези доп. 71-ї Наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - Київ. - 2005. - С. 80.

І.А. Качан, Л.С. Іванько, О.А. Запорожець. Використання іммобілізованої на кремнеземі молібдофосфорної гетерополікислоти для контролю вмісту вітаміну С у напоях // Тези доп. Міжнародної науково-практичної конференції «Екотрофологія. Сучасні проблеми». - Біла Церква. - 2005. - С. 205-206.

Kachan I.A, Ivanko L.S., Zaporozhets O.A. The interaction of immobilized on silica gel quarternary ammonium salts of different nature with molibdophosphoric heteropolyacid // The III joint scientific conference in chemistry Kyiv national Taras Shevchenko University and Paule Sabatier University (Toluese). - Kyiv (Ukraine). - 2005. - P. 88.

Zaporozhets O.A, Ivanko L.S, Kachan I.A., Egorov O.A, Roschina M.O. The solid-phase reagents for the determination of phosphorus and organic reductants // International conference «Analytical chemistry and chemical analysis» (Devoted to centenary of Anatoly Babko). - Kyiv. - 2005. - Р. 60.

І.А. Качан, А.В. Шемет. Контроль вмісту вітамінів у продуктах харчування. // Тези доп. 72-ї Наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - Київ. - 2006. - С. 87.

О.А. Запорожець, Л.С. Іванько, І.А. Качан, О.А. Єгоров. Контроль рівня забруднення обєктів довкілля фосфоровмісними добривами та отрутохімікатами // Тези доп. 72-ї Наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - Київ - 2006. - С. 80-81.

Качан І.А. Іммобілізовані на кремнеземі гетерополікислоти - твердофазні реагенти для сорбційно-спектроскопічного й тест-визначення P, Si, Sb та органічних відновників // Тези доп. VII Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». - Київ. - 2006. - С. 242.

Качан І.А., Коваль О.О., Іванько Л.С., Запорожець О.А. Твердофазний реагент на основі молібдофосфорної гетерополікислоти для визначення гідразину та його похідних // Тези доп. VII Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». - Київ. - 2006. - С. 243.

Качан І.А., Левченко С.І., Іванько Л.С., Запорожець О.А. Сорбційно-спектроскопічне визначення адреналіну іммобілізованою на кремнеземі молібдовольфрамофосфорною гетерополікислотою // Тези доп. VII Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». - Київ. - 2006. - С. 246.

Качан І.А., Євлаш Ю.П., Іванько Л.С., Запорожець О.А. Сорбційне концентрування силіцію у формі молібдосиліцієвої ГПК на функціоналізованому ЧАС кремнеземі // Тези доп. VII Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». - Київ. - 2006. - С. 237.

С.І. Левченко, І.А. Качан, Л.С. Зінько, О.А. Запорожець. Твердофазний реагент для сорбційно-спектрофотометричного визначення катехоламінів в фармпрепаратах та біологічних рідинах // Тези доп. 73-ї Наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - Київ. - 2007. - С. 112.

І.А. Качан, Ю.П. Євлаш, Л.С. Зінько, О.А. Запорожець. Новий твердофазний реагент на основі модифікованого кремнезему для визначення силіцію у природних водах // Тези доп. 73-ї Наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - Київ - 2007. - С. 112.

Євлаш Ю.П., Качан І.А., Зінько Л.С., Запорожець О.А. Твердофазно-спектрофотометричне й тест-визначення силіцію у природних водах // Тези доп. VIII Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». - Київ. - 2007. - С. 159.

Левченко С.І., Качан І.А., Зінько Л.С., Запорожець О.А. Тест-системи для контролю вмісту катехоламінів на основі реактиву Фоліна // Тези доп. VIII Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». - Київ. - 2007. - С. 166.

Качан І.А., Зінько Л.С., Запорожець О.А., Левченко С.І., Євлаш Ю.П. Твердофазні аналітичні реагенти на основі іммобілізованих на кремнеземах гетерополікислот та їх іонних асоціатів // Тези доп. Сесії наукової ради НАНУ з проблеми «Аналітична хімія». - Харків. - 2007. - С. 27.

O.A. Zaporozhets, I.A. Kachan, L.S. Zinko, J.P. Evlash, S.I. Levchenko. Indicator systems for optical Sensors for determination of P, Si, Sb and bioactive substances // XI-th International seminar on Inclusion compounds ISIC-11. Kiev (Ukraine). - 2007. - Р. 171.

O.A.Zaporozhets, I.A.Kachan, L.S.Zinko, J.G.Evlash. Sorption-spectrophotometric and visual-test determination of silicate in natural waters // The IV joint scientific conference in chemistry Kyiv national Taras Shevchenko University and Paule Sabatier University (Toluese). - Toluese (France). - 2007. - P. 14.

O.A. Zaporozhets, I.A. Kachan, L.S. Zinko, S.I. Levchenko. Solid-phase spectrophotometric and visual-test determination of catecholamines in urine // The IV joint scientific conference in chemistry Kyiv national Taras Shevchenko University and Paule Sabatier University (Toluese). - Toluese (France). - 2007. - P. 1

Размещено на .ru