ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2011, том 66, № 11, с. 1135-1143
= ОБЗОРЫ =
УДК 543
РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МИКРОКОМПОНЕНТОВ
В РОССИИ (1991-2010 гг.) © 2011 г. Г. И. Цизин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет 119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1, стр. 3 Поступила в редакцию 02.11.2010 г.
В обзоре представлены основные достижения российских ученых за последние десятилетия в области сорбционных, экстракционных и других методов аналитического концентрирования неорганических и органических микрокомпонентов.
Ключевые слова: методы концентрирования микрокомпонентов.
Концентрирование микрокомпонентов в химическом анализе — это не самоцель, оно по сути дела является вынужденной вспомогательной операцией перед собственно определением тем или иным методом. Микрокомпоненты (ионы и комплексы элементов, органические вещества в ионном и молекулярном состоянии) концентрируют при их определении прежде всего в тех случаях, когда чувствительность методов прямого определения этих компонентов недостаточна. Концентрирование также необходимо, если компонент распределен в анализируемом образце негомогенно. Кроме того, при использовании физических методов анализа концентрирование дает возможность обойтись без большого числа образцов сравнения, в том числе стандартных образцов, поскольку в результате концентрирования можно получать концентраты на единой основе, например на угольном порошке в случае атомно-эмиссионного анализа. В процессе концентрирования удобно также вводить внутренние стандарты, если они нужны.
Методы концентрирования разнообразны и основаны на разных принципах — химических, физических и даже биологических. Наиболее широко применяют химические методы, хотя четкую границу между химическими и физическими методами иногда провести трудно. В числе химических методов — методы сорбционные; экстракционные; методы, основанные на осаждении, соосаждении и направленной кристаллизации; отгонка после химического преобразования; электрохимические методы.
Вклад российских ученых в развитие методов разделения и концентрирования микрокомпонентов весьма существенен, этому есть целый ряд причин. Одна из них — существование ряда устоявшихся, признанных на мировом уровне "старых" школ, зародившихся в 50-е и 60-е гг. прошлого века на волне интереса к радиохимическим проблемам, про-
блемам анализа особочистых веществ, позже — к проблемам экологии. Другая — постоянный дефицит мощного дорогостоящего оборудования для прямого инструментального анализа важных объектов. Эти и другие причины, по мнению автора обзора, обусловливают и поддерживают на высоком уровне интенсивное развитие методов концентрирования микрокомпонентов, разработку новых сорбентов, экстрагентов, новых приемов проведения концентрирования, да и вообще методологии концентрирования.
В связи с особым интересом к развитию методов концентрирования был организован ряд всероссийских профильных конференций, например в Черноголовке (1990 г.), Краснодаре (2002 и 2005 гг.), планируется проведение следующей конференции в 2011 г. На конференциях по общим вопросам аналитической химии практически всегда представлена крупная секция, посвященная вопросам концентрирования. Общие вопросы концентрирования рассмотрены в ряде опубликованных российскими учеными монографий [1—7] и большом числе статей обзорного характера, например, в [8, 9].
Сорбционные методы. Развитие методов концентрирования, особенно в последние два десятилетия, продемонстрировало значительные достоинства сорбционного концентрирования. Сорбционное концентрирование — недорогой метод; оно обычно обеспечивает хорошую избирательность разделения, высокие коэффициенты концентрирования; им относительно легко управлять, для его осуществления не требуется высоких температур и сложных приборов, концентрирование легко автоматизировать. Поэтому сорбционные методы удобны также в полевых условиях. Сорбция позволяет осуществлять групповое концентрирование микрокомпонентов. При этом используют разнообразные сорбенты, которые наряду с хорошей поглотительной способно-
стью и избирательностью должны быть по возможности легко регенерируемыми, химически и механически устойчивыми.
Полимерные сорбенты. С начала 70-х годов в лаборатории органических реагентов ГЕОХИ РАН проводятся систематические исследования, направленные на разработку способов синтеза комплексо-образующих сорбентов на основе полимерных органических матриц с химически закрепленными функциональными группами, предназначенных для избирательного извлечения благородных, редких и других металлов [4, 9—11]. Сорбенты синтезировали главным образом методом полимераналогич-ных превращений полимерных матриц, в качестве которых используются пористые, гидрофильные и волокнистые полимеры, что позволяет получать сорбенты, обладающие наряду с селективностью извлечения металлов и высокой сорбционной емкостью, хорошими кинетическими свойствами. Синтезировано свыше 30-ти новых комплексообразующих сорбентов, получивших товарный знак ПОЛИОРГС. С использованием сорбентов ПОЛИОРГС разработаны высокочувствительные комбинированные методы определения металлов в рудах, породах, природных и сточных водах, технологических растворах, промышленных и растительных материалах. Для концентрирования платиновых металлов, золота и серебра предложены ПОЛИОРГС IV, V VI, XI, XVII, XXVII и другие; для редких, актинидных и тяжелых— ПОЛИОРГС VII, IX, XII, XXIV, XXV, XXXIII и другие сорбенты. Авторами опубликовано свыше 100 статей по этому направлению.
Сначала в ГЕОХИ РАН, а затем на кафедре аналитической химии МГУ имени М.В. Ломоносова (КАХ МГУ) предложены сорбенты с конформаци-онно подвижными аминокарбоксильными, дитио-карбаминатными и аминометилфосфоновыми группами на основе целлюлозы и сшитого полистирола [12, 13]. Эти сорбенты в виде порошков и волокнистых фильтров нашли широкое применение для концентрирования тяжелых металлов при анализе природных вод, почвенных вытяжек, растворов, полученных после разложения почв, пищевых продуктов и биологических объектов [14, 15]. Разработаны комбинированные и гибридные методы анализа указанных объектов, включающие сорбцион-ное концентрирование, в том числе проточные и автоматизированные [16, 17].
На КАХ МГУ предложен оригинальный способ концентрирования платиновых металлов на азотсодержащих полистирольных сорбентах из хлоридных растворов в виде неравновесных форм в динамических условиях [18, 19]. Способ основан на разбавлении сильнокислых растворов платиновых металлов в потоке непосредственно перед колонкой с сорбентом. Разработан сорбционно-атомно-абсорбцион-ный с электротермической атомизацией концентра-
та метод определения платиновых металлов в рудах и горных породах.
Для концентрирования нафталина, бифенила, аценафтена, антрацена и пирена из водных растворов предложено использовать фторопластовые сорбенты и внутренние стенки капилляров из политетрафторэтилена (ПТФЭ) [20, 21]. Рассчитаны оптимальные условия извлечения микрокомпонентов, найдены условия десорбции и "вырезания" зоны концентрата из потока. Предложен проточный сорбционно-жидкостно-хроматографический метод определения этих веществ в водных растворах.
Изучены сорбционные и хемосорбционные свойства пенополиуретанов (ППУ), разработан ряд сорбционно-спектроскопических и тест-методов определения неорганических и органических веществ, основанных на использовании немодифици-рованных и химически модифицированных ППУ [6—8, 22]. Систематическое исследование химических свойств функциональных групп макромолекул ППУ позволило обнаружить не описанные ранее гетерогенные химические реакции, протекающие с участием концевых толуидиновых групп ППУ, и использовать пенополиуретаны в качестве нового типа полимерных хромогенных реагентов для получения полимерных диазо- и азосоединений, которые можно использовать в аналитических целях для разработки новых методик определения свободного активного хлора, нитрит- и нитрат-ионов, фенолов, 1- и 2-нафтолов, фенолкарбоновых кислот, ароматических альдегидов и аминов [23—25].
Для селективного выделения органических соединений из водных растворов предложено использовать полимеры с молекулярными отпечатками (ПМО) — новое поколение наноструктурированных полимерных сорбентов. Методом термической блочной полимеризации и фотополимеризации с использованием нековалентного подхода синтезированы ПМО с отпечатками структурно родственных гидроксибензойных кислот, хлорсодержащих пестицидов, кверцетина и ряда других соединений на основе 4-винилпиридина, акриламида и метакриловой кислоты и соответствующие полимеры сравнения (около 90 пар полимеров) и изучены их сорбционные свойства [6, 26—28]. Выявлены и обсуждены основные факторы, варьируемые на стадии синтеза этих материалов и влияющие на эффективность и селективность сорбции органических соединений.
Полистирольные полимерные хелатообразую-щие сорбенты с функциональными группами, содержащими -ОН, -СООН, -КН2, =0, =8, —8Н, =N— и другие активные фрагменты, синтезированы в ИГЕМ РАН [5, 29, 30]. Разработано большое число методик концентрирования ионов элементов из растворов, установлена взаимосвязь структуры функциональной группировки и устойчивости образующегося в фазе сорбента соединения.
В Санкт-Петербургском государственном технологическом институте исследована сорбция платиновых металлов из солянокислых, хлоридных и сульфатных сред волокнистыми и гранулированными сорбентами с азот-, азотсеро- и серосодержащими функциональными группами на основе сополимеров полиакрилонитрила с поливиниловым спиртом, с глицидилметакрилатом, стирола с дивинилбензолом, глицидилметакрилата с этилендиметакрилатом [31— 34]. Выявлены особенности комплексообразования платиновых металлов при сорбции от природы элек-тронодонорных атомов функциональных групп и матрицы сорбента. Полученные данные позволили оптимизировать и прогнозировать условия группового и индивидуального концентрирования и разделения платиновых металлов.
Для концентрирования платиновых металлов из хлоридных растворов, полученных после разложения обр
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.