Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Классный час'
Форма проведения: Особенностью оформления данного классного часа является наличие государственной символики: герба и флага Российской Федерации. Для ...полностью>>
'Программа'
В настоящее время на всех ступенях образования считается прогрессивным метод обучения, сообщающий знания не только по истории культуры в целом, но и ...полностью>>
'Урок'
Оценка: оценивать роль организмов для сохранения жизни в биосфере, отбирать материал для уроков в начальной школе, использовать данные урока в своей ...полностью>>
'Документ'
Следователями военных прокуратур проводится значительная работа по раскрытию и расследованию преступлений, совершенных в условиях неочевидности. При ...полностью>>

М. В. Ломоносова химический факультет Кафедра аналитической химии сорбция тимолового синего пенополиеретаном курсовая

Главная > Курсовая
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Экспериментальная часть

1.Реагенты, аппаратура, техника эксперимента

В работе использовали органический краситель тимоловый синий, относящийся к группе сульфофталеиновых красителей. Некоторые характеристики тимолового синего приведены в табл. 5. Раствор тимолового синего готовили растворением точной навески в определенном объеме дистиллированной воды с добавлением некоторого количества (3 мл) 0,05 М NaOH.

В качестве сорбента применяли ППУ. Полиуретановым пенам придавали необходимую для их использования в методе спектрометрии диффузного отражения форму (в соответствии с формой кюветы). Масса таблеток ППУ изменялась от 30 до50 мг. ППУ очищали следующим образом: выдерживали в 0,1 М растворе серной кислоты в течение 30 мин., затем промывали водой до рН последней 4–5, подсушивали на воздухе, промывали ацетоном и высушивали до воздушно-сухого состояния.

Изучение сорбции красителя проводили в статическом режиме по следующей методике. В колбы с притертыми пробками вносили необходимые количества красителя и разбавляли водой до 25 мл. Нужные значения рН водной фазы создавали введением 0,05 М NaOH и 0,01 M HCl. Затем в раствор опускали обработанную по указанной выше методике пену, прожимали ее стеклянной палочкой в течение 1 мин. Для удаления пузырьков воздуха и встряхивали колбы на механическом вибраторе в течение времени, необходимого для установления равновесия (60 мин.). Раствор над сорбентом сливали и использовали для определения равновесной концентрации красителя с помощью спектрофотометрического метода анализа. Образцы для спектроскопических исследований сорбированного красителя получали аналогично с дополнительным их высушиванием до воздушно-сухого состояния.

Оптические плотности измеряли на фотоэлектроколориметре КФК-2, рН растворов – на рН-метре рН-121. Значения диффузного отражения в видимой области регистрировали на колориметре «Спектротон».

Таблица 5

Некоторые характеристики тимолового синего

Краситель

Молекулярная масса

рКа2, (рКа1)

Интервал перехода рН и окраска индикатора

Тимоловый синий

466,59

9,30

8,0–9,6

желтая– синяя

мах 430– 575

(1,56)

(1,2–2,8)

красная –желтая

мах 544– 430

2. Сорбция разных форм тимолового синего

Ранее было показано [15], что время установления сорбционного равновесия и степень извлечения красителя зависят от формы существования его в растворе. Молекулярная форма красителя H2R сорбируется ППУ-140 за 15-20 мин. количественно, тогда как степень извлечения анионной формы HR составляет 40 %, сорбционное равновесие устанавливается при этом за 45- 60 мин. Двухзарядная анионная форма ТС не извлекается ППУ. Из щелочных растворов, окрашенных в синий цвет, характерный для этой формы, ППУ в незначительной степени (менее 5%) извлекает желтую форму.

Изучена сорбция нейтральной и однозарядной форм тимолового синего в зависимости от его концентрации из 0,3 М HCl и водного раствора с рН 4 соответственно. В табл. 6, 7 приведены рассчитанные значения равновесных концентраций красителя, степеней извлечения (R, %) и величин предельной сорбции.

Таблица 6

Сорбция нейтральной формы тимолового синего на ППУ 5-30 в зависимости от его концентрации ( =560 нм)

CH3R, M

A до сорбции

А после сорбции

1, см

MППУ, г

[H2R]водн, М

R,%

а*107

1*10-6

0,165

0,025

5

0,0489

1,5*10-7

85

4,3

2*10-6

0,300

0,035

5

0,0474

2,3*10-7

89

9,3

4*10-6

0,580

0,060

5

0,0475

4,1*10-7

90

18,9

6*10-6

0,830

0,080

5

0,0480

5,8*10-7

90

28,2

1*10-5

0,340

0,035

1

0,0484

1,0*10-6

90

46,5

2*10-5

0,590

0,055

1

0,0477

1,8*10-6

91

95,4

4*10-5

1,400

0,075

1

0,0489

2,0*10-6

95

194,3

1*10-4

1,450

0,21

1

0,0474

1,4*10-5

86

450,6

2*10-4

1,500

0,43

1

0,0485

5,7*10-5

72

737,1

Таблица 7

Сорбция однозарядной формы тимолового синего на ППУ 5-30 в зависимости от его концентрации (=440 нм)

CHR-, М

А до сорбции

А после сорбции

1, см

MППУ, г

[HR-]водн

R,%

а*107

1*10-6

0,055

0,001

5

0,0486

1,0*10-8

99

5,3

2*10-6

0,170

0,002

5

0,0480

2,3*10-8

99

21,5

4*10-6

0,240

0,005

5

0,0500

8,3*10-8

98

19,5

6*10-6

0,355

0,030

5

0,0481

5,0*10-7

92

28,6

1*10-5

0,580

0,260

5

0,0485

4,5*10-6

55

28,8

2*10-5

0,930

0,490

5

0,0483

1,0*10-5

50

51,7

4*10-5

0,600

0,280

1

0,0478

1,8*10-5

45

111,5

1*10-4

1,500

0,88

1

0,0497

5,8*10-5

41

207,9

Из сравнения данных видно, что в области низких концентраций (~10-6М) и нейтральная и однозарядная формы тимолового синего сорбируются количественно. При концентрациях ~10-5М однозарядная форма красителя сорбируется на 50%, в то время как нейтральная– на 90%. Двухзарядная форма тимолового синего из водного раствора с рН 11,5 в изученном интервале концентраций не сорбируется. Приведенные данные хорошо согласуются с результатами, полученными в лаборатории ранее для других типов ППУ.

3. Изотермы сорбции

Одним из традиционных подходов к исследованию состояния соединений на поверхности твердых тел является построение изотерм сорбции в системе раствор– твердое тело.

На рис. 1 приведены изотермы сорбции нейтральной и однозарядной форм тимолового синего. Обе они относятся к изотермам Ленгмюра. Считается, что сорбция описывается изотермой L-типа, когда энергия взаимодействия сорбата с сорбентом дольше энергии взаимодействия молекул растворителя с сорбентом. На основании работ, выполненных в лаборатории ранее, можно предположить, что более высокая сорбируемость нейтральной формы тимолового синего связана с тем, что наряду с гидрофобными взаимодействиями образуются и водородные связи с донорными атомами сорбента. Основными типами межмолекулярных взаимодействий при сорбции однозарядного аниона являются гидрофобные и электростатические.



Рис. 1. Изотермы сорбции нейтральной и однозарядной форм тимолового синего

4. Спектры поглощения и диффузного отражения разных форм тимолового синего

С применением спектроскопии диффузного отражения изучено состояние красителя в фазе ППУ 5-30. Для получения спектра двухзарядной формы красителя, образцы ППУ после сорбции однозарядной формы обрабатывали тетрабутиламмонийгидроксидом. На рис. 2 приведены спектры диффузного отражения разных форм тимолового синего. Из сравнения этих спектров со спектрами поглощения водных растворов красителя, приведенных на рис. 3, видно, что при переходе в фазу сорбента не наблюдается существенных изменений ни в форме спектров, ни в положении их максимумов (табл. 8), что свидетельствует об отсутствии сильных взаимодействий в системе сорбент- сорбат.

Таблица 8

Значения max для водных растворов разных форм красителя и сорбатов

Форма красителя

макс, нм

Водный раствор

ППУ 5-30

H2R (0,3 М HCl)

545

550

HR (pH~4)

430

430

R2– (pH~11)

605

610

Р
ис. 2

Р
ис. 3

5. Методические вопросы количественных измерений в спектроскопии диффузного отражения с применением пенополиуретанов

Были изучены факторы, влияющие на диффузное отражение: толщина слоя образца, его влажность и концентрация сорбатов.

5.1 Толщина поглощающего слоя

Проблема измерения диффузного отражения сорбатов на ППУ при различной толщине слоя возникает при практической реализации сорбционно-спектроскопических методик анализа, поскольку полимеры выпускаются промышленностью в виде листов различной толщины, объемных упаковочных и набивочных материалов и др. Поэтому геометрические параметры таких сорбентов весьма разнообразны.

В работе [16] показано, что независимо от  красителя и типа ППУ с увеличением толщины слоя l диффузное отражение уменьшается, а оптические артефакты, связанные и изменением l, исчезают при l>4 мм.

Эксперимент состоял в следующем: после установления равновесия, таблетку ППУ извлекали из раствора, высушивали фильтровальной бумагой до влажного состояния и измеряли диффузное отражение, затем таблетку разрезали и вновь проводили измерения.

Полученные зависимости говорят о том, что оптимальный размер образца соответствует размерам кюветы прибора, при толщине поглощающего слоя <4 мм в формировании сигнала участвуют дно и стенки кюветы.

На рис. 4 и в табл. 9 приведены зависимости величины диффузного отражения от толщины поглощающего слоя.



Рис. 4. Зависимость диффузного отражения тимолового синего, сорбированного на ППУ 5-30 от толщины поглощающего слоя

Таблица 9

Зависимость диффузного отражения от толщины поглощающего слоя

L, см

R(HR-)

R(H3R)

2

0.10775

0,037

4

0.07625

0,028

7

0.08625

0,0265

9

0.09225

0,0315

5.2 Влажность образцов

Показано [16], что диффузное отражение воздушно-сухих образцов по сравнению с влажными незначительно уменьшается, что обусловлено увеличением в этом направлении эффективной толщины поглощающего слоя и коэффициента рассеяния света; по этой же причине эффект влияния влажности больше при меньших длинах волн.

Для изучения изменения диффузного отражения в зависимости от влажности образцов, спектры сорбатов снимали по мере высыхания объектов на воздухе. Полученные данные отображены на рис. 5, 6.

Р
ис. 5. Спектры диффузного отражения сорбатов нейтральной формы красителя от времени хранения на воздухе (V=25 мл, с= 2*10-5)
Р
ис. 6. Спектры диффузного отражения сорбатов однозарядной формы красителя от времени хранения на воздухе (V=25 мл, С=1*10-5)

Видно, что изменения сигнала по мере высыхания таблетки не превышают 20%.

5.3 Концентрационные зависимости

Изучена зависимость функции Кубелки–Мунка от концентрации сорбатов в фазе ППУ 5-30. Полученные данные приведены в таблице 10. Градуировочные зависимости приведены на рис. 7. В табл. 11 приведены уравнения градуировочных графиков и рассчитанные по ним значения относительных (Сmin, моль/г) и абсолютных (Сmin ,моль) пределов обнаружения.

Таблица 10

Зависимость функции Кубелки–Мунка от концентрации сорбатов разных форм красителя

H2R

HR-

R2-

а*107, моль/г

F(=560 нм)

a*107, моль/г

F(=430 нм)

а*107, моль/г

F(=610 нм)

4,3

0,84

5,3

1,23

5,3

1,04

9,3

1,73

7,3

1,93

7,3

9,66

18,9

3,64

19,5

5,62

19,5

5,06

28,2

5,06

51,7

9,23

51,7

10,65

46,5

17,53

150,6

9,89

9
5,4

19,84

208,1

13,72

194,3

34,72

Рис. 7. Зависимость функции Кубелки-Мунка от концентрации сорбатов

Таблица 11

Метрологические характеристики сорбционно- фотометрических методик определения разных форм тимолового синего

Форма красителя

Молярный коэффициент поглощения

Уравнение градуировочного графика

Сmin, моль/г

Сmin, моль

Sp

H2R

2.8*104

F(R)=1.74*106C

1.2*10–8

6*10–10

0.016

HR

1.4*104

F(R)=6.5*105C

3.6*10–8

1.8*10–9

0.034

R2–

2.6*104

F(R)=2.1*106C

1.4*10–8

7*10–10

0.059

Из сравнения величин молярных коэффициентов поглощения и пределов обнаружения для разных форм тимолового синего видно, что, чем выше молярный коэффициент поглощения, тем ниже предел обнаружения. В литературе [16] показано, что коэффициенты чувствительности сорбционно- фотометрического определения красителей пропорциональны значениям их молярных коэффициентов поглощения в водных растворах.

Пределы обнаружения могут быть снижены, по крайней мере на порядок, при увеличении объема раствора на стадии сорбции.

Таким образом, по пределам обнаружения спектроскопия диффузного отражения относится к чувствительным методам аналитической химии.

выводы

  1. Изучена сорбция разных форм тимолового синего на ППУ 5-30. Показано, что нейтральная форма сорбируется на 90%, однозарядная– на 50%, а двухзарядная форма не сорбируется вовсе.

  2. Рассчитанные изотермы сорбции для нейтральной и однозарядной форм тимолового синего относятся к L-типу.

  3. Проведено сравнение спектров поглощения водных растворов красителя и спектров диффузного отражения сорбатов. Показано, что при переходе в фазу сорбента не наблюдается никаких существенных изменений ни в форме спектров, ни в положении максимумов.

  4. Показано, что функция Кубелки-Мунка линейно связана с концентрацией красителя в фазе ППУ при концентрациях красителя ~10-6–10-5 М. Рассчитанные пределы обнаружения для нейтральной, однозарядной и двухзарядной форм тимолового синего равны 1,2*10-8 моль/г, 1,4*10-8 моль/г и 2,6*10-8моль/г соответственно. Наблюдается корреляция между пределами обнаружения и значениями молярных коэффициентов поглощения для разных форм красителя: чем больше молярный коэффициент поглощения, тем ниже предел обнаружения.

  5. Сравнение абсолютных пределов обнаружения равных 6*10-10моль, 2*10-9моль, 7*10-10моль для нейтральной, однозарядной и двухзарядной форм соответственно, указывает на высокую чувствительность сорбционно-фотометрических методов анализа.

Литература

  1. Дмитриенко С.Г. Пенополиуретан. Старый знакомый в новом качестве // Соросовский образовательный журнал. 1998. №8.

  2. Braun T., Farag A.B.// Talanta. 1972. V.19. №6.P.828.

  3. Bowen H.J.M. // J. Chem. Soc. A. 1970. №7.P.1082.

  4. Lo V.S.K., Chow A. // Talanta. 1981. V.28. №3. P.157.

  5. Braun T., Farag A.B. // Talanta. 1975. V.22. №10. P.699.

  6. Oren J.J., Gough K.M., Gesser H.D. et.al. // J. Chem. Soc. 1979. V.57. №15. P.2032.

  7. Braun T., Farag A.B., Maloney M.B. // Anal. Chim. Acta. 1977. V.93. №1. P.191.

  8. Lo V.S.K., Chow A. // Anal. Chim. Acta. 1979. V.106. N1. P.161.

  1. Schumack L., Chow A. // Talanta. 1987. V.34. N11. P.957.

  2. Hamon R.F., Khan A.S., Chow A. // Talanta. 1982. V. 29. N4. P.313.

  3. Chow A., Branach W., Chance J. // Talanta. 1990. V37. N4. P.407.

  4. Christensen J.J., Eatough D.J., Izatt R.M. // Chem. Rev. 1974. V.74. P.351.

  5. Хираока М. Краун–соединения. М.: Мир. 1986. 363 с.

  6. Дмитриенко С.Г., Логинова Е.В., Мышак Е.Н., Рунов В.К.// Журн. физ. химии. 1994. Т. 68. № 7. С. 1296.

  7. Дмитриенко С.Г., Пяткова Л.Н., Малиновская Н.В., Рунов В.К.//Журн. физ. химии. 1997. Т. 71. № 4. С. 710.

  8. Дмитриенко С.Г., Логинова Е.В., Косырева О.А., Гурарий Е.Я., Рунов В.К.// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 1996. Т. 37. № 4. С. 368

  9. Дмитриенко С.Г., Логинова Е.В., Мышак Е.Н., Рунов В.К.// Журн. физ. химии. 1997. Т. 71. № 2. С. 318.

  10. Макроциклические соединения в аналитической химии/ Под ред. Ю.А. Золотова, Н.М. Кузьмина. М.: Наука, 1993. 320 с.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. М. В. Ломоносова Химический факультет Кафедра аналитической химии сорбция ароматических карбоновых кислот на пенополиуретанах курсовая

    Курсовая
    Пенополиуретаны (ППУ) – вспененные полимеры на основе простых или сложных эфиров – находят широкое применение для сорбционного концентрирования различных органических веществ: фенолов, моно- и полициклических ароматических углеводородов,
  2. И региональных научных и научно-технических совещаний, конференций, симпозиумов, съездов, семинаров и школ в области естественных и общественных наук на 2011 г

    Семинар
    Информационный Перечень международных, всероссийских и региональных научных и научно-технических совещаний, конференций, симпозиумов, съездов, семинаров и школ в области естественных и общественных наук на 2011 г.
  3. Секция 1 Аналитическая химия

    Доклад
    Many societies are becoming more and more reliant on natural products as opposed to synthetic products. Because of many benefits; helps to reduce the attack by diseases such as coronary heart diseases, high blood pressure and other
  4. Методология анализа объектов различного происхождения методами газовой хроматографии-масс-спектрометрии и элементного анализа на содержание следов среднелетучих органических веществ 02. 00. 02 Аналитическая химия

    Автореферат
    МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА ОБЪЕКТОВ РАЗЛИЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ МЕТОДАМИ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ И ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА НА СОДЕРЖАНИЕ СЛЕДОВ СРЕДНЕЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
  5. 1. Периодизация общей истории химии. Происхождение термина "химия"

    Документ
    Слово "химия" возникло еще за 3 лет до н. э. Чаще всего его происхождение связывают с наименованием Древнего Египта – «хем», что означает "темный" или "черный" (видимо, по цвету почвы в долине Нила) или

Другие похожие документы..