научная статья по теме МИЦЕЛЛЯРНО-ЭКСТРАКЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ(III) ФЕНОЛ-ИНДУЦИРОВАННЫМИ ФАЗАМИ ХЛОРИДА ЦЕТИЛПИРИДИНИЯ Химия

Текст научной статьи на тему «МИЦЕЛЛЯРНО-ЭКСТРАКЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ(III) ФЕНОЛ-ИНДУЦИРОВАННЫМИ ФАЗАМИ ХЛОРИДА ЦЕТИЛПИРИДИНИЯ»

ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 70, № 2, с. 121-126

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ =

УДК 543.2:542.61:611.185.1

МИЦЕЛЛЯРНО-ЭКСТРАКЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ(Ш) ФЕНОЛ-ИНДУЦИРОВАННЫМИ ФАЗАМИ ХЛОРИДА ЦЕТИЛПИРИДИНИЯ © 2015 г. М. Г. Мандзюк1, С. А. Куличенко

Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, химический факультет 01601 Украина, Киев, ул. Владимирская, 64 1Е-таИ: shcherbina@univ.kiev.ua Поступила в редакцию 24.10.2013 г., после доработки 29.01.2014 г.

Выбраны оптимальные условия получения модифицированных фенолом и электролитом компактных жидких фаз из растворов хлорида цетилпиридиния. На примере комплекса алюминий(Ш)-хрома-зурол 8 показана целесообразность применения таких фаз для аналитического концентрирования. Изучено влияние концентраций мицеллярно-экстракционной системы на светопоглощение комплекса в растворах, найдены оптимальные условия его извлечения. Показано улучшение метрологических характеристик гибридной методики при сочетании мицеллярной экстракции катионными фазами с оптическими методами определения. Разработанные методики спектрофотометрического и цвето-метрического определения алюминия в виде комплекса с хромазуролом 8 с предварительным ми-целлярно-экстракционным концентрированием апробированы при анализе мочи и плазмы крови.

Ключевые слова: мицеллярная экстракция, алюминий, хромазурол хлорид цетилпиридиния.

Б01: 10.7868/80044450215020115

Мицеллярную экстракцию микрокомпонентов фазами неионных поверхностно-активных веществ (НПАВ) рассматривают в настоящее время как "зеленую" альтернативу экстракции органическими растворителями [1, 2]. Метод обеспечивает достижение высоких коэффициентов концентрирования (К > 100) при использовании небольших объемов пробы, позволяет извлекать как гидрофильные, так и гидрофобные субстраты, хорошо сочетается с современными физико-химическими методами определения. Однако необходимость нагревания растворов до температуры помутнения ограничивает применение метода для концентрирования лабильных биологических субстратов и легко гидролизующихся ионов металлов.

Фазообразование в растворах ионных ПАВ (ИПАВ) происходит при охлаждении ниже температуры Крафта, мицеллярная составляющая растворимости исчезает, а избыток ПАВ формирует твердый осадок [3]. Фазовые переходы в растворах ИПАВ стимулируют введением минеральных кислот [4], электролитов [5] и органических гидротропных добавок [6]. В зависимости от условий в растворах ИПАВ возможно образование твердых или жидких фаз. Агрегатное состояние ионных фаз регулируют варьированием температуры системы, природы и концентрации добавок. Твердые фазы из растворов ИПАВ имеют

значительный объем и не позволяют достичь предельных коэффициентов концентрирования. Жидкие фазы технологически удобны и обеспечивают высокие параметры извлечения и концентрирования микрокомпонентов.

Из всего многообразия органических добавок, испытанных для регулирования условий фазооб-разования в растворах ПАВ, наиболее эффективны фенол (РИОИ) и салициловая кислота [7, 8]. Введение этих гидротропов в растворы индивидуальных ПАВ снижает температуру фазообразова-ния. В трехкомпонентных системах ПАВ—электролит—фенол действие гидротропа может быть противоположным. Для таких систем отмечается изменение агрегатного состояния выделяющихся фаз, их лиофильных и экстракционных свойств [9, 10]. Так, в присутствии фенола и салициловой кислоты в системах на основе ПАВ образуются компактные жидкие фазы, обеспечивающие высокие показатели концентрирования. Индуцированные гидротропами мицеллярные фазы неионных и анионных ПАВ используют для извлечения лекарственных веществ и белков [11, 12]. Информация о закономерностях образования фенол-индуцированных фаз на основе катионных ПАВ (КПАВ) и их использовании для концентрирования отсутствует. Перспективность применения катионных мицеллярных фаз обусловлена спо-

50

40 -

Умф, мл • -1 10

8

6

30 -

20

0.01 0.02 0.03 0.04

0.05

"ЦПХ,

М

Рис. 1. Зависимость температуры фазообразования (1) и объема фазы (2) в системе ЦПХ-PhOH-NaNO3 от концентрации катионного ПАВ. Cphoн = 0-01 М, = 0-5 М, К0 = 10 мл.

собностью КПАВ к рациональной модификации комплексов металлов с органическими реагентами. Такая модификация сопровождается усилением светопоглощения комплексов и батохромным сдвигом максимума, что обеспечивает улучшение метрологических характеристик соответствующих методик. Связанные с применением КПАВ аналитические эффекты наиболее значимы для комплексов металлов с фенолкарбоновыми кислотами трифенилметанового ряда. Такие системы ха-рактеризируются высокой контрастностью и позволяют максимально раскрыть возможности одновременного модифицирующего и фазообра-зующего действия КПАВ.

Цель данной работы — разработка оптимальных условий образования жидких фенол-индуци-рованных фаз на основе катионного ПАВ и на примере комплекса алюминия с хромазуролом S (ХАЗ) оценка возможности применения таких фаз для концентрирования и последующего определения алюминия оптическими методами.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Реагенты и аппаратура. В качестве КПАВ в работе использовали хлорид цетилпиридиния (ЦПХ) с содержанием основного вещества >99% (Merck). Выбор ЦПХ обусловлен оптимальными значениями его растворимости, температуры Крафта, крической концентрации мицеллообразования, солюбилизационной емкости, а также широким применением в аналитической практике. Растворы ХАЗ (Merck), фенола, NaNO3 квалификации ч. д. а и ЦПХ готовили растворением точных навесок в дистиллированной воде. Рабочие раство-

ры алюминия готовили растворением высокочистого металла в конц. HCl согласно [13].

Кислотность растворов контролировали рН-мет-ром рН-340 со стеклянным электродом ЭСЛ-43-07. Спектры поглощения растворов измеряли на спектрофотометрах СФ-46 и КФК-3. Цветометриче-ские характеристики мицеллярных экстрактов измеряли c помощью сканера Mustek Scanner 1200 UB. Качественную оценку светлоты R, G, B каналов мицеллярных экстрактов проводили в графическом редакторе Adobe Photoshop 7.0: на сканированном изображении выделяли область окрашенного экстракта и считывали среднее значение каждого цветового канала.

Методика мицеллярно-экстракционного концентрирования. Водные растворы ЦПХ, содержащие все необходимые компоненты, помещали в градуированные мерные цилиндры емк. 10 мл, закрепляли в штативе и помещали в водяную баню. Температуру растворов контролировали с помощью термометров, погруженных в цилиндры и непосредственно в водяную баню. Растворы постепенно нагревали до гомогенизации системы, затем охлаждали в водяной (ледяной) бане и при появлении характерной опалесценции измеряли температуру фазообразования (?ФО). После полного фазового разделения фиксировали объем (Умф) и агрегатное состояние фазы ЦПХ и отделяли водную фазу декантацией.

Межфазовое распределение комплекса алюминия с ХАЗ контролировали спектрофотомет-рическим методом, измеряя светопоглощение растворов до и после расслоения фаз, а также ми-целлярной фазы после ее разбавления.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Добавки фенола в индивидуальные растворы ЦПХ снижают температуру фазообразования. Введение электролитов, наоборот, повышает температуру фазообразования. При этом в системе формируются обильные кристаллические осадки, и предельные возможности мицелляр-но-экстракционного концентрирования не реализуются.

Жидкие катионные мицеллярные фазы формируются при совместном присутствии в системе электролита и фенола. С ростом содержания ЦПХ в трехкомпонентной системе температура фазообразования уменьшается, а объем мицел-лярных фаз увеличивается (рис. 1). Изменение угла наклона зависимости УМФ=/(Сцпх) при Сцпх > > 0.04 М связано с перестройкой жидкой компактной фазы в твердую кристаллическую. Аналогичные процессы фазообразования описаны в работе [10] для трехкомпонентной системы на основе додецилсульфата натрия, где в качестве электролита использовали NaCl.

4

2

МИЦЕЛЛЯРНО-ЭКСТРАКЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ(Ш)

123

КМф, мл 10

8

6

4

2 I-

?фо, °C Д

640

LNaNO3

М

- 60

- 40

- 20

Рис. 2. Зависимость температуры фазообразования (1) и объема фазы (2) в системе ЦПХ-PhOH-NaNO3 от концентрации электролита. Сцпх = 0-01 М, срюн = 0.01 М, У0 = 10 мл.

10

15

100

150 200

сЦПХ/сА1

Рис. 3. Зависимость поглощения растворов Al—ХАЗ— ЦПХ от мольного соотношения сцдх/са • СА1 = 5 х 10-5 М, сХАЗ = 1.5 х 10-4М, cPhOH = 0.01 М, pH 5, l = 1.0, измерено относительно воды.

С увеличением концентрации электролита или фенола в трехкомпонентной системе ЦПХ— PhOH—NaNO3 температура фазообразования увеличивается, а объем образующейся мицелляр-ной фазы, наоборот, уменьшается (рис. 2). Излом на зависимостях ¥Мф = /() и ¥Мф = /(Ср!он) при > 0.1 М и срюн > 0.005 М соответственно также объясняется изменением агрегатного состояния фазы.

Жидкие компактные катионные мицеллярные фазы образуются в интервале рН 2—5. При выходе за пределы оптимального интервала рН в системе формируются твердые осадки. На основе полученных данных показано, что наиболее перспективны для концентрирования фазы из растворов

с соотношением концентрации СцПХ

: с

PhOH

1 : 1

при > 0.3 М. Такие фазы формируются при

температурах, близких к комнатным, что удобно при работе с лабильными субстратами и биообъектами, в частности при анализе физиологических сред.

На примере комплекса алюминия с ХАЗ оценена возможность одновременного модифицирующего и фазообразующего действия КПАВ. Выбор системы А1—ХАЗ обусловлен высокой чувствительностью и контрастностью реакции образования комплекса в присутствии КПАВ, ее широким применением для определения алюминия [14]. Изучено влияние компонентов мицеллярно-экс-тракционной системы на светопоглощение растворов А1—ХАЗ. Установлено, что изменение концентрации фенола практически не влияет на оптические характеристики образующегося комплекса. При введении ЦПХ в спектрах поглощения растворов А1-ХАЗ-Р!ОН наблюдается значительный

батохромный сдвиг максимума (Дтах ~ 180 нм). С ростом содержания ЦПХ светопоглощение увеличивается (рис. 3) и при соотношении компонентов А1 : ХАЗ : ЦПХ = 1 : 3 : 6 выходит на плато, чт

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком