CC BY
65
УДК 541.64:543.42.061:544.169
Р. С. Давлетбаев, А. И. Ахметшина, А. П. Тупиков,
А. М. Гумеров, И. М. Давлетбаева
ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ МЕЗОПОРИСТЫХ ПОЛИМЕРОВ
Ключевые слова: макроинициаторы анионной природы, тест-методы, 1-(2-пиридилазо)-2-нафтол, 2,4-толуилендиизоцианат, мезопористые полимеры, электронная спектроскопия.
Изучена способность мезопористых полимеров к сорбции аналитического органического реагента 1-(2-пиридилазо)-2-нафтола. Установлено, что аналитический реагент, иммобилизованный на полимерном носителе, вступает в реакцию комплексообразования с катионами кобальта и меди.
Key words: anionic macroinitiators, test-methods, 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol, 2,4-toluene diisocyanate, mesoporouspolymers,
electronic spectroscopy.
^e ability to the sorption of organic reagent 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol into mesoporous polymers was carried out.
It was established that the analytical reagent, immobilized in polymer media, entered into reaction of complex formation with cobalt and copper cations.
Введение
Современный уровень развития промышленности и технологии требует разработки простых, экономичных, точных методов контроля окружающей среды. Для определения низких содержаний элементов используют предварительное сорбционное концентрирование и последующее определение химическими или физико-химическими методами. Оптическая прозрачность сорбента позволяет проводить аналитические реакции на поверхности сорбента и разрабатывать на их основе сорбционнофотометрические и тест-методы определения веществ.
Основой химических тест-методов на катионы металлов служат реакции комплексообразо-вания органических реагентов и определяемого иона, сопровождающиеся изменением цвета реакционной системы. Данные реакции проводят в жидких растворах или на твердотельной подложке. В качестве подложки возможно использование индикаторных бумаг, индикаторных таблеток, порошков, растворов в ампулах [1]. Существует ряд подложек, на которых возможна иммобилизация комплексообразующего реагента, таких как целлюлоза, ионообменные смолы, высокодисперсные кремнеземы, по-ливинилхлоридые мембраны и другие [2]. Основными требованиями к материалу носителя реагента являются оптическая прозрачность, высокие сорбционные показатели, простота синтеза, технологичность, инертность по отношению к реагентам, устойчивость в кислотных и щелочных средах, высокая чувствительность к аналитам. Большинство носителей не удовлетворяют данным требованиям, поэтому поиск новых подложек для сорбционнофотометрических и тест-методов определения веществ является актуальной задачей химии. Один из подходов к разработке оптически прозрачных, механически прочных, химически устойчивых носителей с развитой поверхностью основан на создании материалов с мезопористой структурой.
Целью данной работы является исследование мезопористых полимеров, модифицированных органическими реагентами, в качестве подложки
для тест-методов определения ионов тяжелых металлов.
Экспериментальная часть
Мезопористые полимерные материалы получали на основе макроинициатора анионной природы - блок-сополимера оксида пропилена с оксидом этилена строения
Н0[СН2СН20]15[СН2(СНз)СН20]51[СН2СН20]150К, содержащего 10 % концевых калий-алкоголятных групп от общего числа функциональных групп (ППЭГ-К). В качестве реагента, проявляющего способность к полиприсоединению по анионному механизму, был использован 2,4-толуилендиизоцианат (ТДИ) [3-4].
ППЭГ-К предварительно обезвоживали путем вакуумирования при Т=100 °С и остаточном давлении 0,07 кПа в течении 4 ч. 2,4-толуилендиизоцианат очищали вакуумной перегонкой при остаточном давлении 0,07 кПа.
Органический реагент 1-(2-пиридилазо)-2-нафтол (ПАН) имел марку МРТУ 6-09-1075-64
ч.д.а.. Использованы сульфат меди СиБ04-5Н20 марки А Сорт 1 ГОСТ 19347-99 и хлорид кобальта СоС12 ТУ 6-09-2328-77.
Электронные спектры растворов и полимерных плёнок снимали на спектрофотометре СБ-2000 в спектральном диапазоне от 200 до 1000 нм.
Обсуждение результатов
Органические реагенты реагируют с ионами многих металлов, образуя интенсивно окрашенные хелатные комплексы. В данной работе в качестве реагента был использован 1-(2-пиридилазо)-2-нафтол, в качестве аналитов — водорастворимые соли меди (СиЭ04) и кобальта (СоС12). Согласно литературным данным, максимум спектра поглощения ПАН соответствует длине волны 460 нм. Комплекс ПАН с Си(11) максимально поглощает видимое излучение при длине волны 540 нм (рН=4-10), комплекс ПАН с Со(11) - при длине волны 560 нм [5].
Иммобилизацию органического реагента ПАН на мезопористых носителях, полученных на
основе [ППЭГ-К]:[ТДИ]=1:15, проводили путем его сорбции из раствора в этаноле. Было установлено, что электронный спектр ПАН на полимерном носителе не претерпел существенных изменений по сравнению со спектром его раствора (рис. 1).
й (Б)
Рис. 1 - Электронный спектр ПАН в полимере на основе [ППЭГ-К]: [ТДИ]=1:15
Для определения пределов чувствительности реакций комплексообразования органического реагента с катионами металлов, был приготовлен ряд растворов с концентрациями солей 10-1 г/л, 10-3 г/л, 10-4 г/л и 10-5 г/л. Полимерные носители, модифицированные органическим реагентом, выдерживались в растворах соответствующей соли в течение часа.
Комплекс меди и ПАН окрашивал полимер в красный цвет, комплекс кобальта и ПАН — в сиреневый. Значение Хтах комплексов ПАН с ионами Си(11) и Со(11) при переходе его из раствора в мезо-пористые полимеры не изменилось. Анализ спектров поглощения, представленных на рис. 2 и 3, позволил установить, что 1-(2-пиридилазо)-2-нафтол в мезопористых полимерах способен к взаимодействию с катионами металлов. Высота характеристической полосы комплекса ПАН - металл зависит от концентрации металла в растворе, что в дальнейшем позволит проводить не только качественный, но и количественный анализ содержания металлов.
Рис. 2 - Электронные спектры комплекса ПАН с СиЭО4, введенного в полимер на основе [ППЭГ-K]:[ТДИ]=1:15 путем сорбции из раствора, [Си-БО4]= 10-4 г/л (1), 10-5 г/л (2), 0,1 г/л (3), 10-3 г/л (4)
Рис. 3 - Электронные спектры комплекса ПАН с СоС12, введенного в полимер на основе [ППЭГ-K]:[ТДИ]=1:15 путем сорбции из раствора, [СоС12]= 10-4 г/л (1), 10-3 г/л (2), 0,1 г/л (3), 10-5 г/л (4)
Таким образом, показана возможность иммобилизации аналитического органического реагента в полимерные носители на основе мезопористых полимеров. Установлено, что аналитический реагент 1-(2-пиридилазо)-2-нафтол способен к взаимодействию с катионами металлов. Полученные мезопори-стые материалы перспективны в качестве носителей органических реагентов для тест-систем.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований №
12-03-97022.
Литература
1. Ю.А. Золотов, В.М. Иванов, В.Г. Амелин, Химические тест-методы анализа, Едиториал УРСС, Москва, 2002. 304 с.
2. О.А. Запорожец, О.М. Гавер, В.В. Сухан, Успехи химии, 66, 7, 702-710 (1997).
3. Р.С. Давлетбаев, А.И. Ахметшина, Д.Н. Авдеева, А.М. Гумеров, И.М. Давлетбаева, Вестн. Казанского технологического ун-та, 15, 20, 131-133 (2012).
4. А.И. Ахметшина, Р.С. Давлетбаев, И.М. Давлетбаева, Р.И. Крикуненко, Вестн. Казанского технологического ун-та, 19, 125-130 (2011).
5. С.Б. Саввин, В.П. Дедкова, О.П. Швоева, Успехи химии, 69, 3, 203-217 (2000).
© Р. С. Давлетбаев - канд. хим. наук, доц. каф. материаловедения, сварки и структурообразующих технологий КНИТУ-КАИ, [email protected]; А.И. Ахметшина - м.н.с. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, [email protected]; А. П. Тупиков - магистр КНИТУ; А. М. Гумеров - д.х.н., проф. каф. химической кибернетики КНИТУ, [email protected]; И. М. Давлетбаева - д.х.н., проф. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ.
