Помощь студентам в учебе
Определение фторидов методом капиллярного зонного электрофореза в растворах с высоким солесодержанием
|
РЕФЕРАТ 5
ВВЕДЕНИЕ 8
Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Нахождение фтора в природе. Его физиологическое действие 10
1.2 Методы определения фторид-ионов 11
1.3 Основы метода капиллярного электрофореза 14
1.4 Аппаратное обеспечение метода капиллярного электрофореза 17
1.5 Варианты метода капиллярного электрофореза 18
1.6 Эффективность разделения метода капиллярного электрофореза 20
1.7 Чувствительность метода капиллярного электрофореза 21
1.8 Разрешение и селективность разделения метода капиллярного электрофореза 22
1.9 Определение фторид-ионов с помощью капиллярного зонного
электрофореза 23
Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 25
2.1 Средства измерений 25
2.2 Реактивы 25
2.3 Приготовление растворов 25
2.3.1 Раствор гидроксида натрия для промывки капилляра 25
2.3.2 Раствор соляной кислоты для промывки капилляра 25
2.3.3 Раствор оксида хрома (VI) 25
2.3.4 Раствор диэтаноламина (ДЭА) 26
2.3.5 Раствор цетилтриметиламмония бромида (ЦТАБ) 26
2.3.6 Хроматный буферный раствор (ведущий электролит) 26
2.3.7 Раствор, содержащий фторид-ионы, аналогичный ГСО 26
2.3.8 Раствор хлорида натрия 26
2.3.9 Раствор сульфата натрия 26
2.3.10 Раствор нитрата калия 27
2.4 Проведение анализа 27
2.4.1 Подготовка капилляра к работе 27
2.4.2 Проведение измерений 27
Глава 3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 29
3.1 Определение фторид-ионов при мешающем влиянии сопутствующих
неорганических анионов 29
3.1.1 Определение фторид-ионов при мешающем влиянии сульфат-ионов .... 29
3.1.2 Определение фторид-ионов при мешающем влиянии хлорид-ионов 33
3.1.3 Определение фторид-ионов при мешающем влиянии нитрата калия 37
3.1.4 Определение фторид-ионов при суммарном влиянии анионов 41
3.1.5 Построение градуировочного графика для определения концентрации
фторид-ионов 45
3.2 Определение фторидов в реальном объекте с высоким солесодержанием ... 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 52
ABSTRACT 54
ВВЕДЕНИЕ 8
Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Нахождение фтора в природе. Его физиологическое действие 10
1.2 Методы определения фторид-ионов 11
1.3 Основы метода капиллярного электрофореза 14
1.4 Аппаратное обеспечение метода капиллярного электрофореза 17
1.5 Варианты метода капиллярного электрофореза 18
1.6 Эффективность разделения метода капиллярного электрофореза 20
1.7 Чувствительность метода капиллярного электрофореза 21
1.8 Разрешение и селективность разделения метода капиллярного электрофореза 22
1.9 Определение фторид-ионов с помощью капиллярного зонного
электрофореза 23
Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 25
2.1 Средства измерений 25
2.2 Реактивы 25
2.3 Приготовление растворов 25
2.3.1 Раствор гидроксида натрия для промывки капилляра 25
2.3.2 Раствор соляной кислоты для промывки капилляра 25
2.3.3 Раствор оксида хрома (VI) 25
2.3.4 Раствор диэтаноламина (ДЭА) 26
2.3.5 Раствор цетилтриметиламмония бромида (ЦТАБ) 26
2.3.6 Хроматный буферный раствор (ведущий электролит) 26
2.3.7 Раствор, содержащий фторид-ионы, аналогичный ГСО 26
2.3.8 Раствор хлорида натрия 26
2.3.9 Раствор сульфата натрия 26
2.3.10 Раствор нитрата калия 27
2.4 Проведение анализа 27
2.4.1 Подготовка капилляра к работе 27
2.4.2 Проведение измерений 27
Глава 3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 29
3.1 Определение фторид-ионов при мешающем влиянии сопутствующих
неорганических анионов 29
3.1.1 Определение фторид-ионов при мешающем влиянии сульфат-ионов .... 29
3.1.2 Определение фторид-ионов при мешающем влиянии хлорид-ионов 33
3.1.3 Определение фторид-ионов при мешающем влиянии нитрата калия 37
3.1.4 Определение фторид-ионов при суммарном влиянии анионов 41
3.1.5 Построение градуировочного графика для определения концентрации
фторид-ионов 45
3.2 Определение фторидов в реальном объекте с высоким солесодержанием ... 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 52
ABSTRACT 54
В общем балансе загрязнений окружающей среды соединения фтора занимают третье место. Уступая по массе выбросов соединениям серы и азота, они во много раз превосходят их в токсичности. В XX веке такие соединения, как газообразный фтор, гексафторид урана, фтороводород, приобрели значение стратегического сырья, поскольку стала развиваться алюминиевая промышленность, технология редких металлов и атомная энергетика. Разнообразные материалы содержат этот элемент: фармацевтические препараты, минepальноесырьe, товары, использующиеся в быту (зубная паста), растворы для элeктpoпокрытий, удобрения, стекло, почва и многие другие. Фтор является жизненно важным компонентом питьевых вед, также примесью в особо чистых веществах. Можно назвать много разных отраслей, где фтор играет большую роль и, следовательно, существует необходимость определять содержание фтора в различных соединениях и материалах. Фтор относится к числу микроэлементов, для которых характерен относительно быстрый переход от физиологически полезных до токсических концентраций, как избыток, так и недостаток фтора вызывают различные заболевания.
На сегодняшний момент до сих пор актуальным является вопрос о достаточно экспрессных, чувствительных и надежных методах определения фтора в различных материалах и объектах окружающей среды. Среди большого многообразия методов, используемых сегодня в аналитической практике, капиллярный электрофорез снискал признание и активно используется при решении задач, связанных, прежде всего, с разделением и анализом многокомпонентых проб сложного и/или близкого по физико-химическим свойствам состава. Первые аналитические приложения капиллярного электрофореза были связаны с разделением полярных заряженных компонентов: наиболее подходящими оказались неорганические катионы и анионы. Развитие новых возможностей метода привело к расширению круга соединений, доступных для анализа с использованием капиллярного электрофореза.
Основные преимущества капиллярного электрофореза: за один анализ одновременно определяется несколько компонентов пробы, в кварцевом капилляре достигаются рекордные эффективности разделения (сотни тысяч теоретических тарелок); благодаря многообразию вариантов метода КЭ разделяются ионные, нейтральные, гидрофильные, гидрофобные, хиральные компоненты, от наночастиц до макромолекул; для проведения одного анализа требуется чрезвычайно малый расход реактивов (микролитры); дозируется минимальный объем анализируемого образца; достигаются высокие скорости анализа, для большинства объектов используется простая подготовка пробы (в основном фильтрование и дегазирование), в приборах с жидкостным охлаждением капилляра улучшается воспроизводимость результатов измерений; с использованием автоматического режима повышается точность анализа, снижается его трудоемкость и роль человеческого фактора, увеличивается производительность; обеспечивается надежная работа капилляра с экономичными водными буферами; реализуется возможность задания и/или изменения условий в ходе анализа; достигается рекордно низкая себестоимость анализа.
Наиболее востребованным метод капиллярного электрофореза оказался в анализе ионного состава воды, составив достойную конкуренцию ионной хроматографии. Тем не менее, возможности метода выходят далеко за рамки анализа ионов, открывая перспективу его применения в самых разных отраслях для решения стандартных и эксклюзивных задач.
На сегодняшний момент все методики капиллярного зонного электрофореза предложены для маломинерализованных растворов, отсутствуют стандартизированные методики по определению малых концентраций анионов в растворах с высоким солесодержанием, таких как минеральные или морские воды, технологические растворы и промышленные стоки.
Цель работы - изучение возможности определения фторид-ионов методом капиллярного зонного электрофореза в растворах с высоким солесодержанием.
Для достижения цели научно-исследовательской работыбыли выполнены следующие задачи.
1. Проведен литературный обзор по проблеме исследования.
2. Изучено влияние сульфат-, хлорид-, нитрат-ионов на определение фторид- ионов методом капиллярного электрофореза.
3. Показана возможность определения фторидов методом капиллярного зонного электрофореза в растворах с высоким солесодержанием на примере минеральных вод.
Область применения - полученные результаты могут применяться для разработки и аттестации методики выполнения измерений массовой концентрации фторидов в растворах с высоким солесодержанием: в технологических растворах, минеральной или морской воде.
На сегодняшний момент до сих пор актуальным является вопрос о достаточно экспрессных, чувствительных и надежных методах определения фтора в различных материалах и объектах окружающей среды. Среди большого многообразия методов, используемых сегодня в аналитической практике, капиллярный электрофорез снискал признание и активно используется при решении задач, связанных, прежде всего, с разделением и анализом многокомпонентых проб сложного и/или близкого по физико-химическим свойствам состава. Первые аналитические приложения капиллярного электрофореза были связаны с разделением полярных заряженных компонентов: наиболее подходящими оказались неорганические катионы и анионы. Развитие новых возможностей метода привело к расширению круга соединений, доступных для анализа с использованием капиллярного электрофореза.
Основные преимущества капиллярного электрофореза: за один анализ одновременно определяется несколько компонентов пробы, в кварцевом капилляре достигаются рекордные эффективности разделения (сотни тысяч теоретических тарелок); благодаря многообразию вариантов метода КЭ разделяются ионные, нейтральные, гидрофильные, гидрофобные, хиральные компоненты, от наночастиц до макромолекул; для проведения одного анализа требуется чрезвычайно малый расход реактивов (микролитры); дозируется минимальный объем анализируемого образца; достигаются высокие скорости анализа, для большинства объектов используется простая подготовка пробы (в основном фильтрование и дегазирование), в приборах с жидкостным охлаждением капилляра улучшается воспроизводимость результатов измерений; с использованием автоматического режима повышается точность анализа, снижается его трудоемкость и роль человеческого фактора, увеличивается производительность; обеспечивается надежная работа капилляра с экономичными водными буферами; реализуется возможность задания и/или изменения условий в ходе анализа; достигается рекордно низкая себестоимость анализа.
Наиболее востребованным метод капиллярного электрофореза оказался в анализе ионного состава воды, составив достойную конкуренцию ионной хроматографии. Тем не менее, возможности метода выходят далеко за рамки анализа ионов, открывая перспективу его применения в самых разных отраслях для решения стандартных и эксклюзивных задач.
На сегодняшний момент все методики капиллярного зонного электрофореза предложены для маломинерализованных растворов, отсутствуют стандартизированные методики по определению малых концентраций анионов в растворах с высоким солесодержанием, таких как минеральные или морские воды, технологические растворы и промышленные стоки.
Цель работы - изучение возможности определения фторид-ионов методом капиллярного зонного электрофореза в растворах с высоким солесодержанием.
Для достижения цели научно-исследовательской работыбыли выполнены следующие задачи.
1. Проведен литературный обзор по проблеме исследования.
2. Изучено влияние сульфат-, хлорид-, нитрат-ионов на определение фторид- ионов методом капиллярного электрофореза.
3. Показана возможность определения фторидов методом капиллярного зонного электрофореза в растворах с высоким солесодержанием на примере минеральных вод.
Область применения - полученные результаты могут применяться для разработки и аттестации методики выполнения измерений массовой концентрации фторидов в растворах с высоким солесодержанием: в технологических растворах, минеральной или морской воде.
1. Исследовано влияние основных солеобразующих анионов на определение фторид-ионов методом капиллярного зонного электрофореза. Установлено, что фториды можно определять в присутствии: не более 2400 мг/л сульфат-ионов, не более 1400 мг/л хлорид-ионов, не более 1300 мг/л нитрат-ионов, не более 1950 мг/л общего солесодержания
2. Установлено, что для предельных концентраций градуировочные графики линейны в интервале содержания фторид-ионов от 0 до 90 мг/л, найдены пределы обнаружения фторидов и рассчитаны метрологические параметры градуировочных графиков.
3. Показано, что при высоком общем содержании и критическом содержании сульфат-ионов, следует учитывать их концентрацию. А в присутствии нитратов и хлоридов можно использовать градуировочный график стандартных растворов фторид-ионов.
4. Найдено содержание фторид-ионов в образцах минеральной воды «Новотерская целебная» и «Ессентуки № 20» методом градуировочного графика и методом множественных добавок 0,74 ± 0,05 мг/л и 0,29 ± 0,03 мг/л соответственно, что не противоречит ПДК для питьевой воды.
2. Установлено, что для предельных концентраций градуировочные графики линейны в интервале содержания фторид-ионов от 0 до 90 мг/л, найдены пределы обнаружения фторидов и рассчитаны метрологические параметры градуировочных графиков.
3. Показано, что при высоком общем содержании и критическом содержании сульфат-ионов, следует учитывать их концентрацию. А в присутствии нитратов и хлоридов можно использовать градуировочный график стандартных растворов фторид-ионов.
4. Найдено содержание фторид-ионов в образцах минеральной воды «Новотерская целебная» и «Ессентуки № 20» методом градуировочного графика и методом множественных добавок 0,74 ± 0,05 мг/л и 0,29 ± 0,03 мг/л соответственно, что не противоречит ПДК для питьевой воды.
