Сорбция элементов Cu, Gd, V, Mn и Fe гидрогелями с идентификацией их комплексов в твердой фазе полимерного лиганда методом ЭПР
Аннотация
Поиск новых сорбентов для концентрирования веществ – одна из важных задач аналитической химии в плане современного мониторинга водных объектов. Источники водоснабжения необходимо регулярно контролировать, качество природной воды также является показателем состояния экосистем. Применение сорбентов при отборе воды для анализа упрощает подготовку сложных проб, позволяет применять для определения абсорбата твердый концентрат и оперативно регистрировать результаты многоэлементными инструментальными методами в портативном исполнении in situ. Нами предложено в качестве сорбентов нового типа для этих целей использовать слабосшитые полимерные гидрогели (СПГ) на основе полиакриламида. В отличие от традиционных сорбентов, гидрогели сильно набухают в воде (рН 4-7), что позволяет проводить сорбцию элементов не только на поверхности, но и внутри гранул СПГ. Сорбцию проводят в статическом режиме, поместив навеску СПГ в определенный объем пробы воды, с последующим высушиванием на воздухе при 70-100°С.
Цель данной работы – получение и изучение методом ЭПР спектроскопии твердых полимерных концентратов СПГ в плане подтверждения сорбции элементов в СПГ для дальнейшей разработки методик пропободготовки различных водных объектов. Для этого получали индивидуальные и бинарные полимерные комплексы парамагнитных элементов Cu(II), Gd(III), V(IV), Mn(II) и Fe(III) из модельных растворов их солей (от 10-7 (ИНАА) до 10-3 (ЭПР) моль/дм3) и высушивали. Для подтверждения сорбции и надежного связывания элементов в полимерные комплексы использовали метод ЭПР-спектроскопии при 293 К. Экспериментально полученные новые спектры ЭПР сравнивали с теоретическими. Моделирование сложных спектров ЭПР проводили с использованием оригинального программного пакета, разработанного в ИОНХ РАН.
Показано, что при высушивании СПГ полностью освобождается от молекул воды, а сорбция металлов зависит от рН, увеличиваясь с увеличением рН раствора. При совместном присутствии ионы металлов образуют более сложные соединения, чем в случае индивидуальной сорбции. Для спектров комплексов с СПГ были посчитаны константа сверхтонкой структуры (СТС) и g-фактор для всех образцов. Определено, что при комплексообразовании металлов с СПГ ближайшая координационная сфера сильно искажается, причем природа искажения лигандного окружения зависит от элемента. В случае системы Cu(II) и V(IV) наблюдается аддитивность спектров ЭПР, а в случае Cu и Gd(III) – нет. В любом случае подтверждается образование прочных и устойчивых полимерных комплексов.
Сорбционное концентрирование с использованием СПГ предложено в качестве пробоподготовки природных и техногенных водных систем путем переведения определяемых ионов в твердый концентрат гидрогеля для дальнейшего его анализа многоэлементными инструментальными методами (например, рентгенофлуоресцентный анализ (РФА), инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА) и др.).
Скачивания
Литература
Dubrovskii C.A., Vasil'ev V.V. Davlenie nabukhaniya I uprugoe povedenie polimakromonomernykh setok s razlichnoi funktsional'nost'yu uzlov. Vysokomol. soedineniya. Ser. A. 2006; 48(9): 1595-1607. https://doi.org/10.1134/S0965545X06090070 (In Russ.)
Shcherbakova (Simakina) Ya.I., Efimov N.N., Mikhailova A.V., Savvin S.B., Minin V.V. Osobennosti kom-pleksoobrazovaniya perekhodnykh metal-lov s gidrogelyami. Zhurn. neorg. khimii. 2013; 58(7): 936-939. https://doi.org/10.7868/S0044457X13070210 (In Russ.)
Ahmed E.M. Hydrogel: Preparation, characterization, and applications. J. Adv. Res. 2015; 6(2): 105-121. https://doi.org/10.1016/j.jare.2013.07.006
SimakinaYa.I., Kuz'minaT.G., SeninV.G. Issledovanie sorbtsionnykh svoistv polimernykh gidrogelei na osnove akrilamida spektral'nymi metodami analiza. Zhurn. analit. khimii. 2021; 76(11): 997-1003. https://doi.org/10.31857/S0044450221110141 (In Russ.)
Khamizov R.Kh. Metody matematicheskogo modelirovaniya protsessov sorbtsionnogo kontsentrirovaniya i razdeleniya i vozmozhnosti ikhispol'zovaniya v analize rastvorov. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy.2012; 12(1): 5-22. (In Russ.)
Belford G.G., Belford R.L., Burkhaven J.F. Eigenfields: A practical direct calculation of resonance fields and intensities forfield-sweptfixed-frequency spectrometers. J. Magn. Res. 1973; 11(2): 251-265. https://doi.org/10.1016/0022-2364(73)90010-3.
Landau L.D., Lifshits E.M. Kvanto-vayamekhanika. Nerelyativistskaya teori-ya. M., Nauka, 1974. 752 p. (In Russ.)
Rakitin Yu.V., Larin G.M., Minin V.V. Interpretatsiya spektrov EPR koordi-natsionnykh soedinenii (Interpretation of EPR Spectra of Coordination Compounds), M., Nauka, 1993, 398 p. (In Russ.)
Lebedev Ya.S., Muromtsev V.I. EPR I relaksatsiya stabilizirovannykh radikalov (EPR and Relaxation of Stabilized Radi-cals), M., Khimiya, 1972, 256 p. (In Russ.)
Wilson R., Kivelson D. ESR lin-ewidths in solution. I. Experiments on ani-sotropic and spin – rotational effects. J. Chem. Phys. 1966; 44(1): 154-168. https://doi.org/10.1063/1.1726439
Lazarev A.I., Kharlamov I.P., Yakovlev P.Ya. Spravochnik khimika-analitika (Handbook for Analytical Chem-ists). M., Metallurgiya, 1976, 183 p. (In Russ.)
Ermolaeva V.N., Mikhailova A.V., Kogarko L.N., Kolesov G.M. Vyshchela-chivanie redkozemel'nykh I radioaktivnykh elementov iz shchelochnykh porod Lovezerskogo massiva (Kol'skii polu-ostrov). Geokhimiya. 2016;54(7): 651-658. https://doi.org/10.7868/S0016752516070049
