Особенности сорбции некоторых органических реагентов на оксидах металлов
Кубышев С.С., Головизнин В.А.
сотрудник
МГУ им. М.В. Ломоносова, Химический факультет, Москва, Россия
В последние годы наблюдается рост интереса аналитиков к металлооксидным
материалам как к сорбентам для хроматографии и концентрирования. Данные материалы
недороги, механически прочны, гидролитически стабильны в широком диапазоне рН,
устойчивы в
органических растворителях. Однако химическое
модифицирование
поверхности оксидов металлов изучено недостаточно. В нашей научной группе
развивается подход, основанный на закреплении на поверхности оксидных материалов
органических аналитических реагентов, образующих комплексы с металлами основы, с
перспективой использования полученных модифицированных сорбентов в хроматографии
и сорбционном концентрировании.
Предполагалось, что органические реагенты закрепляются на поверхности сорбента за
счет образования прочного внутрисферного комплекса, подобного комплексам в растворе.
C целью модифицирования поверхности оксида алюминия изучена сорбция таких
известных фотометрических реагентов
для
определения алюминия как
тайрон,
пирокатехиновый фиолетовый, пирогаллоловый красный, эриохромцианин R, алюминон,
ализариновый красный, ализарин, хинализарин, кверцетин. Методика модифицирования
отличается простотой. Для указанных реагентов изучены временные зависимости
сорбции, рН-зависимости, построены изотермы
сорбции
при
различных рН. В
большинстве случаев в процессе сорбции образуются окрашенные модифицированные
сорбенты, на
спектрах
диффузного
отражения
которых
имеются
полосы,
соответствующие комплексам алюминия, что может служить подтверждением сорбции
реагентов по комплесообразовательному механизму. В этом случае коэффициенты
распределения должны
уменьшаться
с уменьшением
рН, что
противоречит
экспериментальным данным. Поверхность оксидов металлов неоднородна, содержит
бренстедовские и льюисовские кислотные и основные центры, что обуславливает
возможность закрепления реагентов по нескольким конкурирующим механизмам.
На примере тайрона показано, что вклад в сорбцию вносят неспецифические
взаимодействия гидроксигрупп поверхности и сопряженной системы реагента и
электростатические взаимодействия положительно заряженной поверхности и аниона
реагента. Сорбционная емкость по тайрону при рН 2 значительно больше, чем при рН 8.
Модифицированный тайроном оксид алюминия способен к сорбции ионов металлов, что
свидетельствует о наличие на его поверхности свободных фенольных гидроксильных
групп. Изучена сорбция ионов меди, свинца, цинка, титана, железа и ванадия на
предложенном сорбенте. Показано, при сорбции образуются комплексы состава 1:1 для
Cu, Zn, V, Pb и преимущественно 1:2 для Fe. Образование комплексов доказано по
появлению характерных полос поглощения окрашенных комплексов меди и железа с
тайроном в спектрах диффузного отражения и совпадению емкостей носителя по тайрону
и модифицированных сорбентов по ионам металлов. Предложено проводить сорбционное
концентрирование ионов металлов из образцов вод на данных сорбентах с последующим
рентгено-флуоресцентным определением в матрице сорбента.
Возможность многократного применения предложенных сорбентов в сорбции и
хроматографии ограничена невысокой гидролитической стабильностью привитого слоя
при рН меньше 4. Это находится в полном соответствии с константами устойчивости
комплексов ионов алюминия с изучаемыми реагентами. Сорбенты на основе оксида
циркония более гидролитически устойчивы, а модифицирование возможно проводить в
кислых средах. Изучение возможности применения оксида циркония, модифицированного
ксиленоловым оранжевым, арсеназо I и арсеназо III, для сорбции переходных металлов
является перспективной задачей исследования.