Спектроскопическое исследование взаимодействия Co(II) и Ni(II) с магнезоном-ХС в растворе и фазе сорбента Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ CO(II) И NI(II) С МАГНЕЗОНОМ-ХС В РАСТВОРЕ И ФАЗЕ СОРБЕНТА

Татаева Сарижат Джабраиловна

канд. хим. наук, профессор кафедры аналитической и фармацевтической

химии Дагестанского государственного университета

E-mail: anchemist@yandex. ru Магомедов Курбан Эдуардович аспирант 3 года обучения кафедры аналитической и фармацевтической химии

Дагестанского государственного университета

E-mail: [email protected] Ойболатова Саламат Ибрагимовна студентка 5 курса дневного обучения химического факультета Дагестанского

государственного университета E-mail: anchemist@yandex. ru

SPECTROSCOPIC STUDY OF THE INTERACTION OF CO (II) AND NI (II)

WITH MAGNEZON-HS IN SOLUTION AND SORBENT PHASE

Sarijat Tataeva

Ph.D., Professor, Department of Analytical and Pharmaceutical Chemistry,

Dagestan State University Kurban Magomedov

3 years post-graduate Department of Analytical and Pharmaceutical Chemistry,

Dagestan State University Salamat Oybolatova

5th-year student full-time study chemistry department of Dagestan State University

Работа выполнена при финансовой поддержки проекта: «Разработка химических технологий и методик для решения комплексных проблем по охране и рациональному использованию сырьевых ресурсов Республики Дагестан на базе НОЦ «Химия и химическая технология», Инновационнотехнологического центра и ЦКП «Аналитическая спектроскапия» 2011—2014

АННОТАЦИЯ

Исследовано взаимодействие кобальта и никеля с магнезоном-ХС в растворе и фазе анионита АВ-17х8. Определены химико-аналитические характеристики комплексообразования магнезона-ХС с ионами Co(II) и Ni(II) в растворе. Изучены сорбционные характеристики анионита

модифицированного магнезоном-ХС и полимерного комплексного сорбента с ионами Co(II) и Ni(II).

ABSTRACT

The interaction of cobalt and nickel magnezonom-HS in the solution phase and anion exchanger HBAE-17x8 (highly basic anion exchanger). Defined chemical and analytical characteristics of complex magnezon-HS with ions Co (II) and Ni (II) in solution. The sorption characteristics of anion-modified magnezon-HS and polymer complex sorbent with ions Co (II) and Ni (II).

Ключевые слова: спектроскопия; анионит; модификация; магнезон; сорбция кобальт; никель.

Keywords: spectroscopy; anionit; modification; magnezon; sorption; cobalt; nickel.

Введение.

Цветные металлы, в частности, кобальт и никель широко используются в технике. Кобальт применяется для легирования сталей, никель являются составными компонентами многих цветных сплавов, используются в качестве антикоррозионных покрытий. В связи с этим очевидны высокие требования к методам определения этих металлов в технических объектах. Тяжелая экологическая обстановка обуславливает повышенное внимание к контролю природных объектов, в частности, воды.

Наиболее популярными методами определения этих металлов являются спектрофотометрические и атомно-абсорбционные. Чувствительность обоих методов сопоставима и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Благодаря хорошей приборной оснащенности лабораторий, экономичности и простоте более широкое применение находят спектрофотометрические методы [2].

Одним из перспективных методов выделения и концентрирования при определении микроколичеств элементов является их сорбционное извлечение

из растворов полимерными комплексообразующими сорбентами (ПКС). Поэтому получение ПКС на основе синтетических материалов органического и неорганического происхождения и разработка на их основе методов концентрирования и выделение микроколичеств элементов является одной из важных проблем аналитической химии. Способам иммобилизации аналитических реагентов на поверхности различных сорбентов и их аналитическому использованию посвящен ряд работ [3, 5, 7, 8].

Важным направлением в практике применения ПКС является целенаправленный синтез новых избирательных сорбентов и улучшение аналитических характеристик уже известных природных и синтетических материалов введением в матрицу сорбента функциональных аналитических группировок, способных взаимодействовать с ионами металлов с образованием комплексов, хелатов или ионных ассоциатов.

Сорбционно-спектроскопические и тест-методы определения просматриваются в совершенствовании методологии определения, синтезе новых и модернизации зарекомендовавших себя реагентов, целенаправленно к использованию на твердой фазе, с целью прямого определения следовых концентраций ионов металлов, ПДК которых ниже 10- мг/л [1, 6].

Цель: работа посвящена изучению химико-аналитических характеристик комплексообразования Со(11) и N1(11) в растворе и фазе анионообменника с целью концентрирования и определения в различных объектах.

Результаты и обсуждение.

Предварительно изучали комплексообразование магнезона ХС (МХС) с кобальтом и никелем в растворе. Для системы №-МХС максимум светопоглащения батохромно сдвинут относительно чистого реагента на 50 нм, а для комплекса кобальта наблюдали батохромный эффект сопровождающийся

гипсохромией. Контрастность реакции составляет 60 нм. Соотношение

2+

Ме :МХС, определенное методами изомолярной серии, Асмуса и переменных концентраций равно 1:1. Комплексы в водных средах достаточно устойчивы,

окраска интенсивна и стабильна во времени. Основные химико-аналитические характеристики комплексов кобальта и никеля представлены в таблице 1.

Таблица 1

Спектрофотометрические характеристики комплексов кобальта и никеля.

№ Система pHопт ^макс.нм ^ 2 < Я Ме^ 1 о М н и о = а &

пп реагента комплекса

1 N1 - МХС 6,0 490 540 50 1:1 1,30 8,7бх10-6 15,90

2 Со -МХС 5,5 490 590 100 1:1 0,60 3,89*10° 16,88

В качестве сорбента для иммобилизации МХС выбран высокоосновный анионит АВ-17*8. Анионит измельчали при помощи сит и разделяли на фракции. В работе использована фракция 0,16—0,25 мм. Сорбент массой 4 г очищали по методике [4], модифицирование проводили по схеме:

Модифицированный сорбент и его комплексы с ионами металлов изучали в статическом режиме и методом твердофазной спектрофотометрии (рис. 1).

А

1,8 п

540 560 580 600 620 640

А,НПЛ

Рисунок 1. Спектры поглощения компонентов твердой фазы.

Спектр комплексов ионов никеля в фазе модифицированного анионита батохромно сдвинут, а-кобальта гипсохромно относительно полимерного хелата АВ-МХС.

Для определения оптимальной скорости (время контакта фаз - тсек), кислотности среды (рНопт.) в конические колбы помещали по 0,03 г модифицированного сорбента и приливали растворы металлов с концентрацией 0,1 мг/мл, создавали разные значение рН и перемешивали на механическом устройстве до достижения равновесия.

Изучен процесс модификации анионита азосоединением при различных значениях рН (рис. 2).

Рис.2. - Зависимость сорбции магнезона-ХС АВ-17 от кислотности среды.

Оптимальной областью рН модификации является диапазон от 4 до 8, а максимальная кислотность получения модифицированного сорбента составляет рН 5.

Расчет статистической емкости сорбента по реагенту проводилось по формуле:

а( мг / г) =

(Сисх Ср) V

C т

^исх "1е

где: сисх — исходная концентрация реагента, мг/мл;

сравн — концентрация реагента после сорбции, мг/мл;

V — объем раствора, мл; тс — масса сорбента, г.

Значение СЕС по реагенту составило 532 мг/г.

По полученному значению статической сорбционной емкости новой твердой фазы АВ-17 - магнезон ХС видно, что анионообменник АВ-17 имеет

достаточно высокую "поглотительную" способность по сравнению с другими отечественными и зарубежными анионитами этого типа.

Изучено влияние кислотности на образования полимерных хелатов с ионами кобальта и никеля (рис. 3).

А - ♦ Со

Основной -

Основной -

Основной -

Основной -

Основной -

Основной Осой) Осой) Отой) Одой) Оно Осой) Осой) вной

рН

Рисунок З.Зависимость сорбции Со(11) и N¿{11} модифицированным анионитом в зависимости от кислотности среды.

Максимальная сорбция для комплексов Со(11) и N1(11) наблюдается при pH 3 и 4. Кислотность определяющая возможность совместного определения ионов металлов составляет рНопт — 3—7.

Время сорбции ионов исследуемых элементов определяли экспериментально в интервале 10—100 сек. при оптимальной кислотности среды.

100 90 80 70 60 5 50

40 30 20 10 0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

^ сек.

Рисунок 4. Зависимость степени сорбции кобальта и никеля от времени

контакта фаз.

Анализ рис. 4 показал, что максимальная сорбция ионов меди и цинка достигается при контакте фаз длительностью 10 сек.

Со

Максимальную сорбцию ионов металлов полимерным хелатным сорбентом изучали при выбранных оптимальных условиях. Получена графическая зависимость сорбции (амг/г) от равновесной концентрации кобальта и никеля (рис. 5).

Эмг/ОДг

2.5 -|

2

1.5 1

0,5 0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

С м г/мл

Рисунок 5. Зависимость сорбции (амг/г) от концентрации кобальта и никеля

Ссо,м=МГ3 М.

Г радуировочные графики для комплексов кобальта и никеля описываются уравнениями:

y=0,158x+0.3038(Ni) y=0,1863x+0.1729 (^).

Предел обнаружения ионов кобальта 0,59 мкг, никеля 2,95 мгк.

Выводы

Спектрофотометрически исследовано комплексообразование ^(П) и №(П) c магнезоном ХС в растворе и в фазе анионита. Для системы №-МХС максимум светопоглощения батохромно сдвинут относительно спектра чистого реагента на 50 нм; а для комплекса ^-МХС контрастность реакции составляет ДХ=60 нм. Получен новый сорбент путем иммобилизации магнезона ХС на высокоосновный анионит АВ-17 с величиной сорбционной емкости по магнезону-ХС 532 мг/г при оптимальной кислотности рН 3—7. В статическом режиме определены условия сорбции ^(П) и №(П) твердой фазой АВ-17-МХС с величиной статической емкостью по ионам металла 15 и 18 мг/г, соответственно.

Список литературы:

1. Басарагин Н.Н. и [др.] Предварительное концентрирование микроколичеств Pb и Mn на полимерных хелатных сорбентах и их атомноабсорбционное определение в природных и сточных водах // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2001. — Т. 67. — № 10. — С. 6—8.

2. Брыкина Г.Д., Крысина Л.С., Иванов В.М. Твердофазная спектрофотометрия // Журн. аналит. химии. — 1988. — Т. 43, — № 12. — С.1547.

3. Золотов Ю.А. и [др.] Сорбционное концентрирование микрокомпонентов для целей химического анализа // Успехи химии. — 2005. — Т. 74. — № 1. — С. 41—66.

4. Набиванец Б.И., Мазуренко Е.А. Хроматографический анализ. Киев: Вища школа, 1976. — 264 с.

5. Савин С.Б., Дедкова В.П., Швоева О.П. Сорбционно-спектроскопические и тест-методы определения ионов металлов на твердой фазе ионообменных материалов // Успехи химии. — 2000. — Т. 69. № 3. С. 204—217.

6. Татаева С.Д. и [др.]. Концентрирование и определение меди, свинца и кадмия с использованием модифицированных азосоединениями анионитов // Ж. аналит. химии. — 2011. — Т. 66. — № 4. — С. 373—377.

7. Burba P. Anion exchangers functionalized by chelating agents (AnChel) for preconcentration of trace elements: capabilities and limitations.// Fresenius J. Anal. Chem. — 1991. — V. 341. — P. 709—715.

8. Luisa Marina M., Gonzalez V., Rodriguez A.R. Retention of organic ligands on anionic and nonionic resins: application to the separation and preconcentration of metal ions. // Microchem. J. — 1986. — № 2. — P. 275—294.