WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

БЕКЛЕМИШЕВ МИХАИЛ КОНСТАНТИНОВИЧ

НОВЫЕ ИНДИКАТОРНЫЕ СИСТЕМЫ В КИНЕТИЧЕСКИХ МЕТОДАХ АНАЛИЗА. СОРБЦИОННО-КИНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД

02.00.02 – аналитическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

Москва – 2011 г.

Работа выполнена на кафедре аналитической химии Химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор В.В.Кузнецов доктор химических наук, профессор С.П.Муштакова доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Л.П.Тихонова

Ведущая организация: Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В.Ломоносова

Защита состоится апреля 2011 г. в 1500 на заседании диссертационного Совета Д 501.001.88 по химическим наукам при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва, Ленинские горы, МГУ, химический корпус, ауд. 446.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Химического факультета МГУ.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 119991, г. Москва, Ленинские горы, 1, стр. 3, МГУ, Химический факультет, Ученый совет.

Автореферат разослан "___"________ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент И.И.Торочешникова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный этап развития аналитической химии характеризуется господством инструментальных методов анализа. При этом сохраняют свое значение химические методы, применение которых для решения конкретной задачи зачастую бывает более оправданным. Это вызвано не только возможным отсутствием у пользователя современного аналитического оборудования (фактор доступности), но и тем, что при решении многих задач можно обойтись более простыми и дешевыми средствами (фактор экономичности), часто затратив при этом меньшее время на проведение анализа (фактор экспрессности). Поскольку число необходимых анализов растет, целесообразно проводить предварительные скрининговые исследования упрощенными методами, позволяющие, например, отбросить пробы, в которых отсутствует искомый компонент или оценить его приблизительное количество. В связи с этим, несмотря на все большее распространение современных инструментальных методов анализа, существует потребность в экспрессных и простых методах, основанных на "мокрой химии".

Среди таких методов выделяются кинетические, в которых аналитическим сигналом служит скорость реакции, в том числе каталитические методы, позволяющие определять низкие концентрации катализатора или взаимодействующих с ним веществ – активаторов и ингибиторов.

Однако широкому распространению кинетических методов препятствуют, на наш взгляд, их однокомпонентность и недостаточная селективность (известные примеры одновременного определения двух и даже трех компонентов не отменяют этот тезис). Это заставляет применять кинетические методы в комбинации с методами разделения и концентрирования. Известен способ повышения селективности кинетических методов, основанный на использовании гибридного экстракционнокинетического метода: в этом случае аналит определяют непосредственно в экстракте (обычно после добавления к нему смешивающегося с водой растворителя). Что касается сочетания кинетических методов с сорбцией, этот подход применяли лишь в варианте десорбции аналита перед его кинетическим определением. В литературе не было сведений о динамическом сорбционном концентрировании аналитов с их последующим определением на сорбенте (без десорбции) кинетическим методом, хотя такой подход мог бы обеспечить сочетание селективной сорбции с чувствительным каталитическим определением, давая возможность создавать простые и экспрессные методики анализа, включая тест-методики. Индикаторные реакции на поверхности носителей различной природы (в капельном варианте нанесения аналита) описаны в литературе, однако число их невелико; эти работы выполнены в разное время разными авторами, и систематических исследований в этой области не проводили.

Кроме того, отнюдь не любые аналиты могут быть определены кинетическими методами. Особенно это относится к органическим соединениям: количество реакций, в которых органические аналиты выступают как катализаторы, невелико, а по активирующему или ингибирующему действию возможно определение лишь соединений–лигандов, способных связываться с ионом металла–катализатора. В то время как в области определения неорганических аналитов кинетическими методами вряд ли стоит рассчитывать на существенное расширение круга определяемых соединений, в отношении органических веществ верно обратное. Поиск новых индикаторных реакций для расширения круга соединений, определяемых кинетическими методами, ведется, как правило, эмпирически, остаются неясными сами принципы этого поиска, а число новых органических аналитов увеличивается медленно.

Цель работы: создание новых подходов к улучшению аналитических характеристик кинетических методов анализа, прежде всего селективности, и к расширению круга соединений, определяемых кинетическими методами.

Задачи работы:

• Выявить взаимосвязь между природой промежуточных частиц, обраузющихся в индикаторной реакции, и природой органических соединений, которые можно определять по влиянию на ее скорость. Предложить подход к созданию новых индикаторных систем с целью расширения круга аналитов, прежде всего органических соединений, в том числе ранее не определявшихся кинетическими методами. Распространить кинетические методы на определение синтетических водорастворимых полимеров.

• Выявить особенности протекания индикаторных реакций на поверхности носителей (бумаг, кремнеземов и мембранных материалов) и тенденции изменения аналитических характеристик методик определения аналитов при проведении реакций на носителях.

• С целью повышения селективности и чувствительности определения ионов металлов реализовать сочетание их концентрирования на подходящих сорбентах с определением на этих носителях (без десорбции) каталитическим методом. Использовать для этих целей сорбенты с привитыми комплексообразующими группами и с нековалентно закрепленными органическими реагентами.

• Для повышения селективности определения органических соединений использовать сочетание планарной хроматографии и концентрирования на металлсодержащих сорбентах с определением аналитов на этих носителях кинетическим методом. Реализовать сочетание концентрирования аналитов методом диффузии через нанопористые мембраны (в том числе модифицированные полиэлектролитными комплексами) с проведением индикаторных реакций в фазе мембраны и принимающем растворе.

• Продемонстрировать эффективность предложенных подходов путем разработки простых и экспрессных методик определения ионов металлов и органических соединений в различных объектах, в том числе тест-методик с визуальным наблюдением окраски продуктов реакции.

Научная новизна:

• На примере реакций окисления 3,3’,5,5’-тетраметилбензидина различными окислителями показана взаимосвязь между природой промежуточных частиц, образующихся в радикальной индикаторной реакции и природой органических соединений, влияющих на ее скорость. Предложен подход к созданию индикаторных систем, основанный на выборе классов аналитов, способных взаимодействовать с известными промежуточными частицами и позволяющий расширить круг органических соединений, определяемых кинетическим методом по их собственному действию.

• Показана возможность использования кинетических методов для определения полиэлектролитов – по их собственному ускоряющему или замедляющему действию, в том числе в условиях образования полиэлектролитного комплекса, а также за счет связывания с ионом металла, катализирующим индикаторную реакцию.

• Обнаружено ингибирующее действие ряда двухзарядных ионов (Zn(II), Cd(II), Ni(II), Fe(II)) и каталитическое – диметилглиоксимата никеля в реакции окисления 3,3’,5,5’-тетраметилбензидина периодатом, проводимой в растворе и на поверхности носителей, что позволило расширить аналитические возможности этой индикаторной системы. На основе кинетических данных предложена схема протекания названной реакции и объяснено действие в ней катализаторов (Mn(II), диметилглиоксимат никеля) и ингибиторов (Zn(II), Cd(II), Ni(II)).

• На примере индикаторной реакции окисления гидрохинона пероксидом водорода реализован прием модификации промежуточного продукта реакции, позволяющий получить соединения, окрашенные в различные цвета в зависимости от концентрации катализатора – меди(II) – и разработать тест-методики ее определения.

• Выявлены особенности протекания индикаторных реакций на носителях (кремнеземах, бумагах, в том числе с привитыми комплексообразующими группами, и лавсановых мембранах) и показана возможность изменения чувствительности и селективности определения аналитов разных классов при проведении реакции на носителях. Установлено, что аминные и аминокарбоксильные группы носителя могут активировать каталитическое действие ионов металлов.

• Предложено использовать сорбционное концентрирование аналитов (динамический вариант) в сочетании с последующим проведением индикаторных реакций на сорбенте, что позволяет повысить чувствительность и селективность определения металлов. Показана перспективность использования для этих целей сорбентов с ковалентно привитыми (алкиламинными и аминокарбоксильными) группами и нековалентно закрепленными органическими реагентами. В таком варианте факторы селективности на 1–4 порядка выше, чем при проведении этих индикаторных реакций в растворе.

• Для повышения чувствительности и селективности определения органических соединений кинетическим методом предложено концентрировать их на металлсодержащих сорбентах (для определения азотсодержащих соединений – на носителях с закрепленными ионами меди).

• На примере использования нанопористых трековых мембран, в т. ч. модифицированных полиэлектролитными комплексами, показана эффективность сочетания мембранного концентрирования органических и неорганических аналитов с кинетическими методами их определения; обнаружен селективный перенос органических аминов через полиэлектролитные мембраны.

Практическая значимость работы:

• На основе проводимой в растворе реакции окисления 3,3’,5,5’тетраметилбензидина (ТМБ) периодатом разработаны методики определения никеля и марганца в водах и пищевых продуктах на уровне n·10–5–n·10–4 мг/л. С использованием реакций, проводимых на немодифицированных носителях, разработаны методики селективного определения: 1·10-7 – 0.1 мкг марганца(II) по каталитическому действию в реакции ТМБ – периодат в присутствии 2,2’-дипиридила;

микрограммовых количеств пестицидов – метафоса и фозалона – по их каталитическому действию в реакции о-дианизидин–Н2О2, гистамина в присутствии гистидина по реакции окисления ТМБ периодатом; цистеина по ингибирующему действию в реакции автоокисления 1,5-дифенилкарбазида.

• Разработаны методики простого и быстрого определения соединений, ранее не определявшихся кинетическим методом, в т. ч. глюкозы как ловушки гидроксильных радикалов – по реакции Фентона; соединений с бензильным радикалом – по реакции N-бромсукцинимида с метиловым фиолетовым; синтетических водорастворимых полимеров в водных растворах: 3,6-ионена, полианетолсульфокислоты, полиэтиленимина и хитозанов (~10–7–10–6 М по мономеру), полигексаметиленгуанидина (до 10–7 М по мономеру – одна из наиболее чувствительных методик определения полимеров этой группы).

• Для облегчения визуального наблюдения сигнала в индикаторной реакции гидрохинон – медь – H2O2 использовано взаимодействие ее промежуточного продукта (п-бензохинона) с динитрилом малоновой кислоты с образованием продуктов, окрашенных в разные цвета при различных концентрациях меди. Это позволило создать простую и чувствительную тест-методику определения меди в широком диапазоне концентраций (0.005–10 мг/л) и использовать ее для анализа сыворотки крови при диагностике патологий печени.

• Разработаны методики селективного и чувствительного определения металлов по каталитическому или ингибирующему действию после сорбционного концентрирования на бумажных фильтрах с химически привитыми комплексообразующими группами или нековалентно закрепленными реагентами: n·10–6 мг/л марганца и меди и 1·10–4 мг/л кадмия в водах и почвенных вытяжках. С использованием медьсодержащего сорбента разработана методика определения 1 мкг/л пестицида имазапир в морковном соке и почвенной вытяжке по ингибирующему действию в реакции гидрохинон – медь(II) – Н2О2.

• На основании сочетания бумажной и тонкослойной хроматографии с кинетическим детектированием разработаны методики простого и селективного (в т. ч. полуколичественного) определения ряда органических соединений (фосфорорганических пестицидов, бензойной кислоты, глюкозы) на уровне 10–5 М по реакциям окисления арилдиаминов и пирогаллола "А".

• Созданы предпосылки для разработки новых индикаторных систем и, соответственно, аналитических методик, основанных на проведении индикаторных реакций на носителях (сорбционно-кинетический метод) с учетом предложенных подходов к расширению круга органических аналитов, определяемых кинетическими методами.

На защиту выносятся:

• Принцип создания индикаторных систем для расширения круга органических соединений, определяемых кинетическим методом, основанный на взаимодействии аналитов с промежуточными частицами радикальных реакций.

• Схема протекания индикаторной реакции окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидина периодатом и предложенная на ее основе интерпретация ингибирующего и каталитического действия ионов металлов.

Результаты исследования влияния синтетических водорастворимых полимеров на скорость индикаторных реакций и методики определения кинетическим методом ряда полимеров (полиэтиленимина, полигексаметиленгуанидина и полианетолсульфокислоты).

• Методические основы и примеры практического использования нового сорбционно-кинетического метода:

o особенности влияния носителей (бумаг и кремнеземов) на протекание реакций окисления арилдиаминов периодатом и пероксидом водорода и гидрохинона – пероксидом водорода, свидетельствующие о возможности повыше ния селективности и чувствительности определения аналитов за счет проведения реакции на носителе;

o способ повышения селективности и чувствительности определения ионов переходных металлов и органических соединений–лигандов, основанный на их динамическом сорбционном концентрировании на подходящем сорбенте с последующим проведением индикаторной реакции на этом сорбенте;

o использование тонкослойной и бумажной хроматографии как способа обеспечения селективности определения органических соединений кинетическим методом.

• Применение мембранного концентрирования в сочетании с индикаторной реакцией в фазе мембраны или принимающем растворе для селективного определения органических и неорганических соединений кинетическим методом.

• Методики определения аналитов в объектах, в том числе в полуколичественном и тест-вариантах: меди в крови, марганца, меди, кадмия и никеля в водах, никеля в маргарине, глюкозы и бензойной кислоты в напитках, пестицида имазапир в почве и морковном соке, полигексаметиленгуанидина в сточной воде.

Апробация работы: результаты исследований доложены на международных и российских конференциях и изложены в материалах: Международных конгрессов по аналитической химии (Москва, 1997, 2006), Всероссийских конференций по анализу объектов окружающей среды "Экоаналитика" (Краснодар, 1998, 2000, С.-Петербург, 2003), Международных симпозиумов "Kinetics in Analytical Chemistry" (Халкидики, 1998, Бухарест, 2001, Рим, 2004, Марракеш, 2006), Менделеевских съездов по общей и прикладной химии (Москва, 1998, 2007), Международного симпозиума "Медицина и охрана здоровья-98" (Тюмень, 1998), VII Всероссийской конференции "Органические реагенты в аналитической химии" (Саратов, 1999), Всероссийской конференции "Химический анализ веществ и материалов" (Клязьма, 2000), Всероссийской научнопрактической конференции "Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на севере" (Сургут, 2000), 10-го Российско-Японского симпозиума по аналитической химии (Москва – Ст.Петербург, 2000), IV конференции "Аналитика Сибири и Дальнего Востока" (Новосибирск, 2000), Всероссийского симпозиума "Тест-методы химического анализа" (Москва, 2001), Международного симпозиума "Разделение и концентрирование в аналитической химии" (Краснодар, 2002, 2005), Международных форумов "Аналитика и аналитики" (Воронеж, 2003, 2008), VI Международного симпозиума по загрязнению окружающей среды в Восточной Европе и СНГ (Прага, Чехия, 2003), Всероссийских конференций "Аналитика России" (Клязьма, 2004, Краснодар, 2007), II Всероссийского симпозиума "Тест-методы химического анализа" (Саратов, 2004), Международной конференции "Analytical Chemistry and Chemical Analysis" (Киев, 2005), Всероссийской конференции "Химический анализ" (Москва, 2008), I Всероссийской конференции "Современные методы химикоаналитического контроля фармацевтической продукции" (Москва, 2009).

Публикации: основные материалы диссертации опубликованы в 66 работах, включая 19 статей в рецензируемых журналах, 1 патент и 46 тезисов докладов.

Личное участие автора заключалось в постановке задач, планировании экспериментов, систематизации и интерпретации полученных результатов. Работа проводилась совместно с аспирантами Т.А.Стоян, Ю.Ю.Петровой и Е.Н.Кирющенковым, соискателями А.Л.Капанадзе, Л.Ю.Беляевой, А.А.Белковой и студентами 2–5 курсов химфака МГУ.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы из 577 наименований. Объем диссертации составляет 363 страницы, в том числе 72 рисунка и 104 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В литературном обзоре (глава 1) охарактеризовано состояние кинетических методов анализа и обсуждены имеющиеся в этих методах проблемы. Дан обзор кинетических методов определения ионов металлов, затронутых в работе (Mn(II), Cu(II), Ni(II), Cd(II)); процитированы методики определения примерно ста органических соединений (или групп родственных соединений) и отмечено, что круг органических аналитов может быть расширен. Подчеркнуто, что при анализе объектов сложного состава целесообразно сочетать кинетические методы с методами разделения, из которых чаще всего использовали жидкостную экстракцию и хроматографию; опубликовано несколько работ по определению аналитов кинетическим методом на твердых носителях (определение V, Mn, Co, Cu, Ru, Pd, Ir, сульфид- и селенит-ионов, АТФ, опиатов). Определение кинетическим методом в сочетании с предварительным динамическим сорбционным концентрированием применяли только в варианте сорбции – десорбции аналита, но не проводили на носителях.

В главах 2–4 рассмотрены результаты работы.

СХЕМЫ ПРОТЕКАНИЯ ИНДИКАТОРНЫХ РЕАКЦИЙ Прежде чем решать задачи сочетания кинетических методов с методами разделения и проводить индикаторные реакции на поверхностях носителей, необходимо было изучить эти реакции в водном растворе. Следовало сделать заключения о возможных схемах протекания этих реакций и причинах действия в них аналитов, опираясь на литературные, а при их нехватке – также на собственные экспериментальные данные.

Окисление ароматических диаминов периодатом. Обнаружили, что для определения марганца вместо о-дианизидина или N,N-диметиланилина можно использовать нетоксичный 3,3’,5,5’-тетраметилбензидин (ТМБ), его окисления которого – ме рихинон – имеет зелено-голубую окраску, удобную для зрительного восприятия.

Кроме того, нашли, что реакции окисления ТМБ и других ариламинов периодатом замедляют ионы Cd(II), Zn(II), Ni(II), Fe(II), Pb(II) и Hg(II). Возможность простого и быстрого определения по ингибирующему действию особенно интересна в случае кадмия, для которого сmin = 0.001 мг/л (среди методик определения кадмия кинетическим методом известны всего три–четыре, обеспечивающие сравнимую чувствительность).

Объяснить факт ингибирующего действия катионов металлов, в отличие от каталитического, сложно. Для этого следует обратиться к схеме протекания реакции.

Механизм реакций окисления арилдиаминов периодатом был изучен недостаточно, в частности, не было уделено внимания самой некаталитической реакции. Для ТМБ известны продукты окисления – мерихинон Р и хинондиимин R:

H3C CHH3C CHH2N NHHN NH H3C CHТМБ H3C CHH3C CHH3C CHH2N NHHN NH H3C CHH3C CHМерихинон Р Хинондиимин R Мы предположили, что реакция ТМБ – периодат протекает как цепной радикальный процесс, в котором участвует продукт одноэлектронного восстановления периодатиона – I(VI). Согласовать теоретическое кинетическое уравнение с экспериментальным удается только в предположении о том, что образовавшийся I(VI) медленно переходит в другую, более реакционноспособную форму (обозначим ее I(VI)'; о существовании разных форм иода(VI) известно из литературы), которая и взаимодействует с ТМБ. Предлагаемая схема выглядит так:

Инициирование IO4– + TMB I(VI) + S• (или иной процесс с образованием радикалов) – Продолжение цепи 1. S• + IO4 I(VI) 2. I(VI) I(VI)' (скорость-лимитирующая стадия) – 3. I(VI)' + ТМB S• + IO4. R + ТМB P – Разветвление 5. P + IO4 S• + R + I(VI) Обрыв цепи 6. S• + S• P 7. I(VI)'+ S• IO3– + R – – 8. I(VI)' + I(VI)' IO3 + IOКаталитическое действие марганца в такой схеме можно объяснить окислением металла периодатом до Mn(III или IV), быстро окисляющих ТМБ. Фактически сводится к изменению стадии инициирования.

Предложенная схема реакции ТМБ – периодат позволяет объяснить причины ингибирующего действия ионов металлов как ускорение ими реакции обрыва цепи (8). Обычно реакции обрыва протекают безактивационно, но реакции диспропорционирования, подобные (8), могут иметь небольшую энергию активации, которую и снижает ион металла-ингибитора (например, за счет сближения анионов I(VI)').

В случае никеля, одного из ингибиторов реакции ТМБ–периодат, обнаружили возможность перевода ингибирующего действия в каталитическое добавлением активатора – диметилглиоксима (ДМГ). Комплексообразование никеля(II) c ДМГ, повидимому, облегчает его окисление периодатом до никеля(III), который затем окисляет ТМБ, возвращаясь в исходную форму. Другие органические реагенты и другие оксимы оказывают менее выраженное действие.

Окисление гидрохинона пероксидом водорода. Эту реакцию, которую катализирует медь(II), широко используют для определения меди. Литературные данные для аналогичных систем позволяют считать, что реакция протекает как цепная с участием меди(I) и меди(III), причем образование меди(II) обрывает цепь. Сильный активирующий эффект оказывают гетероциклические амины, например 2,2'-дипиридил (dipy), роль которого, скорее всего, заключается в стабилизации меди(I).

Автоокисление ароматических аминов и фенолов. В качестве реакций, в которых органические соединения могут оказывать собственное действие, предложили реакции окисления ТМБ и 1,2,4-триацетоксибензола (пирогаллола "А") кислородом воздуха. Для инициирования автоокисления удобно использовать облучение. В качестве фотосенсибилизаторов использовали сам ТМБ, комплекс рутения(II) (Ru(dipy)32+ или Ru(phen)32+) или азосоединение (2,2'-азобис(изобутирамидин), или АДБА). Для этих новых реакций предложили наиболее вероятные схемы протекания, АДБА базируясь на литературных данных для аналогичных систем. Наиболее устойчивая промежуточная частица в этих системах – супероксид O2•– (в кислой среде – гидропероксид НO2•), а в присутствии азоинициатора – алкильный радикал, которые после взаимодействия с растворенным кислородом образует алкилпероксильный радикал RОO•.

Реакция Фентона использована в качестве индикаторной в присутствии ТМБ, который служит восстановителем, быстро поглощающим образующиеся гидроксильные радикалы с образованием мерихинона Р:

Fe(II) + H2O2 + H+ Fe(III) + OH• + H2O OH• + TMB OH– + TMB•; 2TMB• P АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЗУЧЕННЫХ ИНДИКАТОРНЫХ РЕАКЦИЙ В РАСТВОРАХ В ходе работы изучали новые (или видоизменяли известные) индикаторные реакции, получая при этом результаты, полезные с практической точки зрения, которые использовали для разработки аналитических методик.

Определение переходных металлов. В некоторых случаях изучаемые индикаторные реакции позволяли получить благоприятные характеристики методик определения металлов в растворе. Так, чувствительность определения марганца по реакции ТМБ – периодат достигает уровня лучших методик его определения кинетическими методами (табл. 1). Повысить чувствительность определения можно, вводя в качестве активаторов гетероциклические амины (2,2’-дипиридил).

На основе активирующего эффекта ДМГ в реакции ТМБ – Ni(II) – периодат разработали методику определения никеля, чувствительность которой оказалась существенно выше, чем при определении никеля по ингибирующему действию (табл.

1). Устранить мешающее влияние марганца, катализирующего данную индикаторную реакцию, можно с помощью тартрата, который позволяет также повысить факторы селективности определения никеля по отношению к другим катионам (Fe(III), Co(II), Cd(II), Cu(II)).

В ходе катализируемой медью реакции гидрохинон – Н2О2 образуется п-бензохинон Q, который в результате дальнейших превращений переходит в конечный продукт, имеющий малоинтенсивную розовую окраску. Мы ввели в индикаторную реакцию динитрил малоновой кислоты NC–CH2–CN (малононитрил, МН), который взаимодействует с п-бензохиноном с образованием интенсивно окрашенного синего продукта известного строения. В результате предел обнаружения меди снизился на порядок по сравнению с определением без МН (табл. 1).

Таблица 1. Характеристики методик определения переходных металлов кинетическим методом с помощью реакций, проводимых в растворе Индикаторная реакция cmin, мг/л Металл предлагаемая в предлагае"прототип" в "прототипе" методика мой методике ТМБ – IO4– ТМБ – ДМГ**– Ni(II) 0.3 1·10-(ингибирование) IO4– (катализ) Mn(II) Краситель# – IO4– ТМБ – dipy – IO4– 8·10–6 8·10–Гх – dipy – МН## Cu(II) Гх* – dipy – H2O2 5·10–3 5·10–– H2O*Гидрохинон **Диметилглиоксим # Кармин или малахитовый зеленый ## Малононитрил Определение синтетических водорастворимых полимеров. Соединения этого класса кинетическим методом ранее не определяли. Наличие молекулярномассового распределения затрудняет определение растворимых полимеров хроматографическими методами. Обычно их определяют фотометрически по образованию ионных ассоциатов с красителями или электрохимически. Мы поставили задачу определения синтетических водорастворимых полимеров кинетическим методом, что позволило бы расширить круг соединений, определяемых этим методом.

Известна способность полиэлектролитов ускорять реакции между ионами, заряженными одноименно и при этом противоположно заряду полимера. Считается, что скорость реакции повышается за счет концентрирования реагентов в окрестности заряженной полимерной цепи. Однако мы обнаружили, что часто встречается также замедление реакций полиэлектролитами, что трудно объяснить аналогичным образом.

Мы изучили влияние катионогенных, анионогенных и незаряженных полимеров (табл. 2) на протекание реакций окисления ТМБ и гидрохинона периодатом и пероксидом водорода, в том числе катализируемых медью(II) и железом(II). Неионогенный полимер влияет на скорость реакций слабее остальных, т.е. важную роль играет заряд цепи. Как видно из табл. 3, полимеры одного знака заряда оказывают сходное действие, однако характер этого действия (ускорение, замедление или отсутствие влияния) зависит от природы реакции. Это предположительно свидетельствует о специфических взаимодействиях полимера с участниками реакции. Этим, вероятно, и объясняется возможность выбора условий, в которых один из полимеров селективно влияет на скорость реакции. Например, реакцию окисления гидрохинона периодатом при рН 6.8 замедляет только 3,6-ионен (А3 – светопоглощение раствора при t = 3 мин):

Без поПолимер Ионен ПВСК ПГМГ ПАС ПЭГ ПЭИ лимера А3 (n = 3, 0.08± 0.18±0.04 0.17±0.04 0.16±0.04 0.15±0.05 0.16±0.04 0.18±0.±0.± ± P = 0.95) Взаимодействие полимерного клубка с реагентами может изменять реакционную способность последних, что в свою очередь могло бы изменять скорость генерации радикалов на стадии инициирования, а также скорость обрыва цепи. Замедление реакций можно также объяснить обрывом цепей на молекулах полимеров с образованием малореакционноспособных полимерных радикалов.

Для определения водорастворимых полимеров использовали следующие подходы.

Собственное действие полимеров применяли для определения полиэлектролитов, проявляющих наиболее сильное ускоряющее действие. Такое действие проявляют анионогенные полимеры (ПАС и ПВСК) в реакции ТМБ – Н2О2, в том числе катализируемой ионами Fe(II) и Cu(II) (рис. 1). Ионен определяли по реакции гидрохинон Таблица 2. Изученные водорастворимые полимеры Анионогенные Полианетолсульфокислота (ПАС) Поливинилсульфокислота (ПВСК) CHCH CH CH2 CH SO3Na SO3Na n OMe n Катионогенные 3,6-Ионен Полигексаметиленгуанидиния хлорид (ПГМГ) + CHCHNH2 Cl + + N (CH2)3 N (CH2)6. 2Br NH NH n CHCH(n = 5–90) n Полиэтиленимин (ПЭИ) Хитозаны (мол. масса 10, 25 и 120 кДа) [––CH2CH2–N–CH2CH2–NH–CH2CH2–NH––]n H CH2OH H O CH2CH2NHH H O HO NH3+X- H H n Неионогенный Полиэтиленгликоль (ПЭГ, мол. масса 2000 Да) CH CH OH OH n – периодат. Для определения полиэлектролитов, не обладающих собственным действием, применяли образование полиэлектролитных комплексов с другими полимерами. Например, ПАС ускоряет реакцию ТМБ – H2O2, тогда как ПГМГ не проявляет в ней эффекта. Однако ПГМГ образует с ПАС полиэлектролитный комплекс, что позволило разработать методику определения ПГМГ, основанную на ингибировании ускоряющего действия ПАС.

Определение комплексообразующих полимеров наиболее чувствительно по влиянию на скорость реакции в присутствии иона металла-катализатора. В качест- Таблица 3. Характер влияния водорастворимых полимеров на скорость индикаторных реакций Полимер НезаряКатионогенный Анионогенный Реакция женный ПГМГ 3,6-Ионен ПАС ПВСК ПЭГ Гх–H2O2* Реакция не протекает в отсутствие катализатора – меди(II)** Гх–IO4– Замедляет Замедляет Не влияет Не влияет Не влияет ТМБ–H2O2 Не влияет Не влияет Ускоряет Ускоряет Не влияет ТМБ–IO4– Ускоряет Ускоряет Ускоряет Ускоряет Не влияет * Гх – гидрохинон ** На скорость этой реакции в присутствии меди(II) влияют полимеры с донорными атомами азота.

ве индикаторной использовали ПГМГ реакцию гидрохинон – Cu(II) – 3,6-Ионен H2O2. На скорость реакции ПАС влияют только полимеры с донорными атомами азота – полиПВСК Cu(II) этиленимин и хитозаны, и слабо ПЭГ – ПГМГ.

Без катализатора Без полимера Характеристики методик 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,определения полимеров привеСкорость реакции дены в табл. 4.

Задачу определения биоРис. 1. Влияние полимеров на скорость рецидного полимера – ПГМГ – акции ТМБ – H2O2 (рН 2.2).

решали с помощью реакции окисления глицина метиленовым синим (МС), катализируемой 2,3-диоксоиндолом (изатином), которую в кинетических методах анализа ранее не использовали. Электрохимические исследования (проф. Г.А.Евтюгин) показали возможность взаимодействия ПГМГ с МС или его лейкоформой. С учетом этого в качестве индикаторной и выбрали реакцию с участием МС. Взаимодействие образующейся в реакции лейкоформы МС с кислородом воздуха вызывает индукционный период, который сокращается в присутствии ПГМГ. Предел обнаружения ПГМГ – 0.02 мг/л (1·10–7 М в пересчете на мономерное звено), что ниже, чем для других известных методов.

Таблица 4. Характеристики методик определения синтетических водорастворимых полимеров в водном растворе Полимер Индикаторная реакция ДОК*, М** cmin, М** ПАС ТМБ – H2O2, рН 2.2 6.3·10-5 – 1.3·10-3 3·10–3,6-Ионен Гидрохинон – периодат, pH 6.8 2.5·10-4 – 1.2·10-3 2·10–ПГМГ ТМБ – H2O2 – ПАС, рН 2.2 2.8·10-5 – 1.0·10-4 6·10–Глицин – изатин – метиленовый ПГМГ 2.7·10-7 – 8.1·10-7 1·10–синий, 2 М NHХитозан Гидрохинон – Cu(II) – H2O2, 1.4·10–6 – 1.4·10–5 3·10–(120 кДа) pH 7.ПЭИ То же, pH 6.8 1.2·10–7 – 1.2·10–6 9·10–* Диапазон определяемых концентраций.

** В расчете на мономерное звено.

ПОДХОД К ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОМУ ВЫБОРУ СИСТЕМ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Для выработки рекомендаций по выбору новых индикаторных систем и расширению круга определяемых соединений требовалось выявить взаимосвязь между природой индикаторной реакции и природой органических аналитов, влияющих на ее скорость.

Взаимосвязь природы индикаторной реакции и природы аналитов. Для изучения такой связи исследовали влияние органических соединений на протекание вышеописанных радикальных реакций: окисления ТМБ персульфатом, периодатом и кислородом воздуха, а также автоокисления пирогаллола “А”. Ожидалось, что набор соединений, влияющих на скорость реакции, будет связан с природой промежуточных частиц, участвующих в стадии инициирования реакции и в скоростьлимитирующей стадии продолжения цепи.

В качестве потенциальных аналитов в реакции вводили соединения разных классов: алифатические амины (С1–С6, моно-, ди- и три-), ароматические амины (анилин, 1-нафтиламин, дифениламин), амиды (мочевина, акриламид), серосодержащие соединения (тиомочевина, цистеин), карбоновые кислоты (алифатические и бензойная), альдегиды, фенолы (фенол, нафтолы, 4-нитрофенол, гидрохинон), восстановители (аскорбиновая кислота, полифенолы, флавоноиды) и некоторые другие соединения.

Определяли минимальные концентрации соединений, изменяющие скорость реакции.

Соединения считали "влияющими", если такая минимальная концентрация составля ла 1·10–4 М или ниже, причем безотносительно к тому, ускоряющее или замедляющее действие они оказывали.

Обнаружили, что в фотоинициированных реакциях ТМБ – О2 и пирогаллол "А" – О2 активны короткоцепочечные алифатические первичные амины и амиды (метиламин, этиламин, иногда пропиламин, мочевина и акриламид), что может означать, что в основе такого действия лежит взаимодействие аминосоединений с супероксидом (гидропероксидом). Иной набор влияющих соединений в реакции ТМБ – О2, инициированной с помощью азоинициатора (АДБА): в этом случае влияют серосодержащие соединения, ароматические амины и различные восстановители, но слабо действуют первичные амины, бензоат, фенолы и ловушки ОН-радикалов (глюкоза). Это можно связать с образованием в этой реакции иных активных центров: на стадии инициирования – алкильных, а затем – алкилпероксильных радикалов.

На скорость реакции ТМБ – персульфат, в которой должны образовываться весьма реакционноспособные анион-радикалы SO4•–, влияет большинство изученных классов соединений (хотя и в различной степени). На скорость реакции ТМБ – периодат также влияет широкий круг соединений (алифатические и ароматические амины, фенолы, серосодержащие соединения и восстановители), который, вероятно, определяется их взаимодействием с анион-радикалами иода(VI).

В реакции Фентона ТМБ – Fe(II) – H2O2, проводимой в условиях селективного генерирования гидроксильных радикалов (рН 9 в присутствии ЭДТА), набор соединений, влияющих на скорость реакции, узок: это бензоат (типичная ловушка ОНрадикалов) и в малой степени – анилин. В условиях, когда генерируются и другие активные формы кислорода (рН 3), к влияющим соединениям добавляются амины и фенолы и сильнее влияет анилин, что может быть связано с их взаимодействием с гидропероксидными радикалами.

Данные о влиянии органических соединений в изученных системах сведены в табл. 5.

Заметим, что в стадиях инициирования и продолжения цепи, вообще говоря, участвуют разные частицы, и следовало бы установить, какие из них ответственны за взаимодействие с аналитами. В реакциях автоокисления, судя по набору влияющих соединений, это супероксид (гидропероксид)-ион. В реакции ТМБ – О2 – АДБА трудно указать, какой из радикалов (RОO• или R•) определяет набор влияющих соединений. В других реакциях на стадиях инициирования и продолжения цепи присутствуют, вероятно, одни и те же частицы.

Соответствие промежуточных активных частиц и классов аналитов, изученных во всех реакциях, приведено в табл. 6.

С самым долгоживущим радикалом (супероксидом/гидропероксидом) взаимодействует узкий круг соединений (потенциальная селективность определения наибольшая). Однако для остальных промежуточных частиц подобной связи нет. Тем не менее, всякой промежуточной частице отвечает свой набор соединений, влияющих на Таблица 5. Промежуточные частицы, образующиеся в индикаторных реакциях, и основные типы соединений, влияющие на скорость реакций ТМБ – O2 – Пирогаллол Реакция ТМБ –S2O82– ТМБ – O2 ТМБ – Fe2+ – Н2О2 ТМБ – IO4– АДБА*** "А" – OТермич., Способ инициирова- Фото$ Термич.** Фото$ (Ru)& Фото$ (АДБА) Фото (Ru)& Термич., рН 9 + Термич.

ния (сам ТМБ) рН ЭДТА на стадии иниции- ТМБ Ru(dipy)32+* R• *** Ru(dipy)32+* I(VI) (?) Промеж. рования SO4•– OH•, O2•– OH• частицы на стадии продолж. O2•– O2•– RОO• *** O2•– I(VI) цепи Алифат. и Серосод., Амины, Все изу- RNH2#, ароматич.

RNH2#, аром.амины, RNH2##, (бензоат), Бензоат, ченные альдегиды, амины, серовлияющие карб. к-ты, карб. к-ты, альдегиды, фенолы, восстаноклассы со- карб. кислоты, сод., бензоат восстано- бензоат восстано- вители&& Соедине- единений бензоат фенолы, вители вители&& ния восст-ли не влияю- Др. карбонов.

Серосод., Серосод., Амины, щие или RNH2#, бензо- кислоты, Серо(Фенолы) фенолы, фенолы, фенолы, Бензоат слабо ат, фенолы фенолы, содерж.

восст-ли восст-ли серосод.

влияющие восст-ли * Фотовозбужденный инициатор.

** "Термическое" инициирование (специального инициатора не вводили).

*** АДБА – азодиизобутирамидин; R – его радикал NH=C(NH2)– C•(CH3)2.

$ Фотоинициирование (облучение видимым светом), сенсибилизатор указан в скобках.

& Ru(dipy)3Cl2.

&& Серосодержащие соединения и сахара влияют на скорость реакции только на носителях.

# Короткоцепочечные первичные амины и амиды.

скорость реакции. Такое соответствие наблюдается не в 100% систем (можно говорить лишь о тенденции), однако заслуживает внимания сам факт его существования. Оговоримся, что сделанные заключения о механизме действия органических аналитов как о взаимодействии с названными промежуточными частицами носят характер предположений, а прямое физико-химическое подтверждение этого механизма и природы промежуточных частиц – отдельная непростая задача.

Таблица 6. Классы органических соединений, влияющие на скорость индикаторных реакций, протекающих с образованием указанных промежуточных частиц RОO• Частица OH• SO4•– Иод(VI) O2•– или R• Ароматич. Короткоцеамины, кар- почечные Все изученВосстанови- боновые ки- амины и Классы со- Все изучен- ные классы* тели, слоты, серо- амиды, неединений ные классы* (кроме бенбензоат содерж. со- которые зоата) единен, вос- карбоновые становители кислоты * Алифатические и ароматические амины, фенолы, серосодержащие(2–) соединения, карбоновые кислоты, восстановители.

Подход к целенаправленному выбору индикаторных систем. Выявленное соответствие означает, что можно перейти от эмпирического выбора комбинаций индикаторная реакция – аналит к более целенаправленному. Для многих промежуточных частиц реакционная способность описана в литературе; опираясь на эти сведения, можно выбирать пары промежуточная частица – потенциальный аналит, в которых взаимодействие наиболее вероятно. Затем для выбранной частицы следует найти реакцию, в которой она образуется. Может потребоваться доработка этой реакции, упрощающая наблюдение сигнала (например, путем ввода хромогенного компонента). Для проверки сделанного выбора реакции и потенциальных аналитов потребуется провести скрининговое исследование: ввести в выбранную реакцию соединения выбранных классов. В результате будут экспериментально определены искомые соответствия реакция – аналит. Учитывая разнобразие возможных промежуточных частиц, описанным путем можно создать целый ряд новых индикаторных реакций.

Предлагаемый подход проверили на двух типах реакций: бромирования N-бромсукцинимидом (активная частица – HOBr) и Фентона (активная частица – гидроксильный радикал).

Реакции бромирования. В качестве восстановителей использовали метиловый фиолетовый (МФ), который при бромировании обесцвечивается, и родамин 6Ж, теряющий способность флуоресцировать. По литературным данным, в водной среде бромируются соединения, содержащие двойные связи, серу(II) или метиленовую группу в аллильном положении к кратной связи (в том числе соединения с бензильным радикалом); кроме того, некоторые ароматические соединения могут бромироваться в кольцо. В нашем случае (табл. 7) на протекание реакции N-бромсукцинимид (НБС) – МФ влияют соединения с бензильным радикалом (бензиловый спирт, бензиламин, бензилпенициллин), а также анилин, способный бромироваться в ароматическое кольцо, и в меньшей степени – серосодержащие соединения и амины. Такой набор соединений согласуется с литературными данными о реакциях бромирования, за тем исключением, что не влияют на скорость реакции ненасыщенные соединения (хинон и акриламид). В реакции бромирования родамина (табл. 7) удается наблюдать влияние тех же соединений, что и в реакции НБС – МФ, хотя есть и исключение: в первой из реакций не влияет бензиловый спирт. Определение бензильных производных представляет особый интерес, поскольку для них кинетические методы не описаны.

Таблица 7. Минимальные концентрации соединений, М, влияющие на скорость реакций бромирования N-бромсукцинимидом (НБС) Реакция Соединение НБС – метиловый фиолеНБС – родамин 6Ж товый Бензиловый спирт 1·10–6 Не влияет* Анилин 1·10–5 5·10–Бензиламина гидрохлорид 1·10–4 1·10–Бензилпенициллин 5·10–4 3·10–1-Нафтиламин 1·10–3 1·10–Метиламин 1·10–3 1·10–Бензоат натрия Не влияет* Не влияет п-Бензохинон Не влияет –** Триэтилбензиламмония хлоНе влияет – рид Акриламид Не влияет – * Не влияет в концентрации 0.01 М **Нет данных Таким образом, на скорость бромирования родамина и метилового фиолетового влияет сходный набор соединений. Это согласуется с гипотезой о том, что набор аналитов определяется промежуточными частицами, образующимися в ходе индикаторной реакции.

Определение глюкозы по реакции Фентона. На скорость этой реакции влияет бензоат и сильные восстановители (табл. 5, 6). Ожидали, что влияние будут оказывать и другие ловушки ОН-радикалов, в частности, сахара, определение которых представляет интерес, поскольку кинетические (не ферментативные) методы их определе ния не развиты. Действие сахаров, которое отсутствует в растворе, удается наблюдать при проведении реакции на фильтровальной бумаге или кремнеземе, что использовали для определения глюкозы после ТСХ в широком диапазоне концентраций (3·10–5– 1·10–2 М). Дополнительная информация об этой системе приведена в разделе, посвященном кинетическому детектированию в хроматографии.

ИНДИКАТОРНЫЕ РЕАКЦИИ НА ПОВЕРХНОСТИ НОСИТЕЛЕЙ Предполагали, что проведение индикаторных реакций на носителях позволит улучшить аналитические характеристики кинетических методов. Аналит может быть нанесен на носитель двумя способами: 1) пипетированием анализируемого раствора (капельный вариант) и 2) сорбцией из анализируемого раствора (статической или динамической). Далее в обоих случаях на поверхности носителя проводят индикаторную реакцию (рис. 2). Примеры реализации первого варианта в литературе описаны, тогда как второй вариант не был ранее реализован.

Метод анализа, основанный на проведении индикаторных реакций на поверхности носителей, мы называем сорбционно-кинетическим (в частности, если используют катализ, – сорбционно-каталитическим). Метод охватывает оба варианта выполнения определения на носителе: как с динамическим концентрированием аналита, так и без него.

Проведение инди- Регистрация Нанесение аналита каторной реакции: сигнала:

на носитель:

или а) Пипетирование а) Отражение б) Сорбционное концентрирование б) Пропускание Рис. 2. Варианты сорбционно-кинетического определения В данном разделе рассмотрен вариант сорбционно-кинетического метода, не связанный с динамической сорбцией аналита. В качестве индикаторных использовали реакции, изученные в растворе. Требовалось изучить особенности протекания реакций на носителях, роль привитых групп носителя, выбрать условия определения аналитов, исследовать влияние носителя на чувствительность и селективность определе ния аналитов, а также изучить действие активаторов в реакциях, проводимых на носителе.

Используемые носители. Наиболее удобны как для проведения индикаторных реакций, так и для концентрирования аналитов фильтровальная бумага (как правило, беззольные фильтры "с синей лентой") и кремнезем в виде пластин для ТСХ на алюминиевой или полимерной подложке. Использовали бумажные фильтры с привитыми комплексообразующими группами, полученные д.х.н. Г.И.Цизиным: с алкиламинными группами: –NH-CH2CH2-NH2 (этилендиамин), –NH-CH2CH2-NH-CH2CH2-NH2 (диэтилентриамин, ДЭТА), –NH-CH2CH2-NH-CH2CH2-NH-CH2CH2-NH2 (триэтилентетрамин), –NH-(CH2)6-NH2 (гексаметилендиамин, или ГМДА) и аминокарбоксильными группами: этилендиаминтриацетат (ЭДАТА), диэтилентриаминтетрацетат (ДЭТАТА), триэтилентетраминпентаацетат (ТЭТАПА). Кроме названных носителей, в скрининговых исследованиях использовали различные марки ДЭТАТА кремнеземов в виде порошков, в том числе с привитыми аминными, карбоксильными и аминокарбоксильными группами, целлюлозу, оксиды металлов, полимерные сорбенты и лавсановые мембраны.

Методика проведения реакций на носителях и контроля их скорости. При проведении реакции на носителе выбирали способ нанесения реагентов (пипетирование, опрыскивание, прокачивание) и способ измерения сигнала. Выяснили, что за образованием продукта на бумажных фильтрах удобно следить путем их фотометрирования (на просвет). Для измерения отражения порошкообразных носителей и пластин для ТСХ использовали рефлектометры, реже офисные сканеры; и к тем, и к другим разработали программное обеспечение. Отражение носителя характеризовали коэффициентом отражения R, который рассчитывали по формуле:

U -Uтемн R =, где U – напряжение на светодиоде, Uтемн – темновое напряжение, Uбел -Uтемн Uбел – напряжение, полученное от влажного неокрашенного носителя (Uбел–Uтемн – диапазон изменения U; большей интенсивности соответствуют меньшие значения R).

Аппаратурные погрешности при измерении отражения и оптической плотности невелики, основную погрешность вносит индикаторная реакция. При измерениях как пропускания, так и отражения, величины sr как правило, не превышают 0.1, типичные значения 0.04–0.06.

Чтобы непосредственно сравнивать скорости реакции в растворе и на носителе, результаты измерения отражения (на носителе) и оптической плотности (в растворе) иногда пересчитывали в безразмерные единицы "поглощения" Р. Для раствора величину Р определили так: Р = 1 – 10–(A–A0) (А и А0 – оптические плотности раствора в присутствии аналита и без него), а для носителя Р = 1 – (U / U0), где U – сигнал в при сутствии аналита, а U0 – в его отсутствие. Концентрации реагентов и аналитов относили к площади поперечного сечения кюветы и пластины носителя (моль/см2).

Особенности протекания реакций на поверхности носителей. На основании литературных данных можно было ожидать, что скорости индикаторных реакций на различных носителях и в растворе будут разными. Это и наблюдается в действительности, причем меняется и величина каталитического эффекта аналитов. Последнее можно видеть на примере марганца (рис. 3): на разных носителях каталитический эффект металла различается в несколько раз. Новым свойством носителей оказалась их способность менять знак эффекта аналитов, переводя ускоряющее действие в замедляющее или наоборот. Так, марганец на некоторых носителях (рис. 3) проявляет не F F ДЭТАТА-фильтр Кремнезем-С8 «Сорбтон-8» Диоксид титана Катионит «Dowex 50w12» Кремнезем «КСК-Г» Мембрана капроновая Целлюлоза Катионообменник "Фиксион" Оксид алюминия Полисульфонамид -3 -2 -1 0 Рис. 3. Влияние природы носителя на каталитический lg c, М эффект марганца в реакции ТМБ – NaIO4 (отношение Рис. 4. Факторы ускорения реакскоростей реакции в присутствии и в отсутствие меции о-дианизидин – Н2О2 на талла) кремнеземе (F = PSiO2 / Pр-р). Катализатор: 1 – тозилхлорид, 2 – бензойная кислота, 3 – акриламид, 4 – метилбензоат каталитическое, а ингибирующее Таблица 8. Концентрации гидроксилсодержадействие. Такое поведение типично щих соединений, М, влияющие на скорость реакции ТМБ – Н2O2 (Fe(III), ЭДТА, рН 9.2) и для органических аналитов (пример см. в разделе "Изменение метСоедине- КремнеРаствор Бумага рологических характеристик…"). ние зем н-Бутанол – Не влияет Не влияет Реакция на носителе может Маннитол Не влияет 0.01 Не влияет протекать существенно быстрее, Глюкоза Не влияет 110-5 110-чем в растворе; это характерно для Арабиноза Не влияет Не влияет Не влияет кремнеземов, что можно объяснить Галактоза Не влияет Не влияет 0.их развитой поверхностью. Так, Манноза Не влияет Не влияет 0.0кремнезем ускоряет реакции окис- Сахароза Не влияет Не влияет 110-Лактоза Не влияет Не влияет Не влияет ления ароматических аминов пе роксидом и периодатом, в частности, реакtg0,цию о-дианизидин – Н2О2, катализируемую фосфорорганическими пестицидами (ФОС). 0,Кроме ФОС, на носителе проявляют свое 0,действие производные сульфоновых и карбоновых кислот, эффект которых в растворе 3 6 9 не выражен, поэтому в данном случае можpH но говорить не только об ускорении реакРис. 5. Начальная скорость реакции ции, но и о расширении круга влияющих соо-дианизидин – Н2О2, катализируемой единений. Действие аналитов на носителе метафосом:

1 – на кремнеземе, 2 – в растворе.

по сравнению с раствором характеризовали "фактором ускорения" (рис. 4): чем ниже концентрация соединения, тем в большей степени проявляется ускоряющее действие кремнезема. На поверхности сорбента образуется та же смесь продуктов, что и в растворе, поэтому можно полагать, что на сорбенте ускоряются процессы, идущие в растворе.

Расширение круга соединений при переходе от раствора к бумаге и кремнезему можно видеть также на примере действия сахаров в реакции ТМБ – Н2О2 (табл. 8).

Примеров, наоборот, сужения круга соединений, влияющих на скорость реакций носителе, найти не удалось, хотя существенное уменьшение эффекта аналитов встречается часто (см. раздел "Изменение метрологических характеристик…").

Для реакций на носителе меняются оптимальные концентрационные условия:

если реакция ускоряется носителем, концентрации реагентов можно понизить, но в большинстве случаев носитель замедляет индикаторную реакцию, что требует на 1–порядка более высоких концентраций реагентов. На носителях могут также изменяться области оптимальной кислотности действия аналитов. Для упомянутой реакции о-дианизидин – Н2О2 в растворе каталитический эффект ФОС наблюдается при рН 11–12, тогда как на кремнеземе катализ наблюдается в гораздо более широком диапазоне рН (рис. 5): роль гидроксид-иона фактически выполняет носитель. Изменение условий на носителях отмечено в катализируемой медью реакции гидрохинон – Н2Ои других системах.

Известны многочисленные (в т. ч. используемые в органическом синтезе) примеры изменения пути реакций на носителях, поэтому наблюдаемая стабилизация и дестабилизация промежуточных продуктов индикаторных реакций была ожидаемой. Так, продукт окисления гидрохинона (max = 490 нм) быстро исчезает на кремнеземе, претерпевая дальнейшие превращения. Это приводит к тому, что предел обнаружения меди на кремнеземе равен 10 нг, тогда как в растворе он составляет 0.1 нг).

Мерихинон, зеленый продукт одноэлектронного окисления ТМБ и о-дианизидина, стабилизируется на бумагах (см. таблицу-вывод на следующей странице):

Недостаток KIO4 Избыток KIOРеакция ( 3·10-5 M) ( 3·10-4 M) - в растворе, на кремнеземе Мерихинон Хинондиимин - на бумажном фильтре Мерихинон Мерихинон Гидрохинон – tg Cu(II) – Н2О0.ТМБ – Mn(II) – периодат 0.о-Дианизидин – метафос – Н2О0. 1 2 3 1 2 3 1 2 Рис. 6. Влияние природы привитых групп на Рис. 7. Каталитический эффект марганца величину каталитического эффекта: 1 – немо(разность скоростей реакций в присутстдифицированный кремнезем; 2 – привитые вии металла и без него) в реакции ТМБ – аминогруппы, 3 – карбоксильные группы. НоNaIO4 на фильтрах с привитыми группами.

ситель: кремнезем (80 или 250 м2/г, фракция 0.10–0.25 мм).

Рис. 8. Влияние природы Каталитический эффект меди групп, привитых на бумажный фильтр, на скорость реакции Эффект гидрохинон Cu(II) – Н2Опривитых групп (нмоль/с). Эффект привитых групп – разность скоростей каталитической реакции на 0 модифицированном и немодифицированном фильтре.

-Каталитический эффект – разность скоростей каталити-ческой и некаталитической реакции.

Реакции на носителях с привитыми комплексообразующими группами. На таких носителях индикаторные реакции ранее не проводили. Комплексообразующие группы существенно (сильнее, чем размер частиц и удельная поверхность носителя) влияют на каталитическое действие аналитов, особенно ионов металлов (рис. 6). Такие группы могут оказывать как активирующее, так и ингибирующее действие в реакциях, катализируемых ионами металлов. Непривитой ЭДТА не обладает активирующим действием в реакции ТМБ – Mn(II) – NaIO4, проводимой на фильтровальной бу-Замедление / ускорение ( ДЭТА ) ( ГМДА ) Диэтилентриамин ацетат ( ДЭТАТА ) Гексаметилендиамин Диэтилентриаминтетра маге, тогда как привитые ЭДАТА- и особенно ДЭТАТА-группы активируют каталитическое действие марганца (рис. 7). В реакции гидрохинон – Cu(II) – H2O2 на фильтровальной бумаге наибольшее активирующее действие проявляют диаминные группы (ГМДА); каталитическое действие меди на этом носителе также максимально (рис. 8).

В работе обсуждены возможные причины активирования катализа привитыми группами.

Привитые группы носителей также влияют на собственное действие органических соединений в индикаторных реакциях (что можно связать с их взаимодействием, в частности, за счет водородных связей). Это влияние неоднозначно, но есть некоторые тенденции, описанные в работе.

Изменение метрологических характеристик методик при проведении индикаторных реакций на носителях. Чувствительность определения изменяется как следствие изменения скорости индиТаблица 9. Абсолютные (нг) и конценкаторной реакции при переходе от трационные (мг/л) пределы обнаружения анараствора к носителю. Если реакция литов, определяемых по реакциям окисления о-дианизидина пероксидом водорода (тозилускоряется, чувствительность может хлорид) и периодатом (металлы) повышаться. Это можно показать на примере ускоряющего действия кремНа незема при определении п-толуолВ растворе Аналит кремнеземе сульфохлорида и ионов металловнг мг/л нг мг/л ингибиторов по реакции о-дианиТозилхлорид 5·102 0.1 8 зидин – Н2О2 (табл. 9). На кремнеземе Zn(II) 1.3·103 0.3 0.7 0.абсолютные пределы обнаружения на Cd(II) 2·103 0.5 0.13 0.2–4 порядка ниже, чем в растворе (концентрационные пределы обнаруТаблица 10. Пределы обнаружения металлов, жения могут оставаться более низкимг/л (капельный вариант нанесения пробы на ми в растворе за счет большего объеноситель) ма пробы: 4 мл против 4 мкл на носиВ раст- На кремтеле).

Ион На ФБ** воре неземе Во многих случаях индикаРеакция TMB – KIOторная реакция на носителе, наобоMn(II) 5·10–4 1·10–3 1·10–рот, замедляется, а каталитическое Cd(II) 8·10–3 0.3 – (или ингибирующее) действие аналиNi(II)* 1·10–4 0.015 – та уменьшается. Это влечет за собой Zn(II) 0.8 0.6 – повышение пределов обнаружения;

Реакция o-дианизидин – Н2Отакова ситуация для Cd, Ni, Cr(III и Cr(III) 5·10–3 5 VI) в системах, приведенных в табл.

Реакция o-дианизидин – K2S2O10. Тем не менее, как и в случае реакCr(VI) 0.01 3 ций окисления о-дианизидина (табл.

* Диметилглиоксим в качестве активатора.

9), за счет малой аликвоты наносимой ** Фильтровальная бумага.

пробы (5–10 мкл) абсолютные пределы обнаружения могут быть ниже, чем при проведении определения в растворе.

Если действие аналита на носителе проявляется слабо, можно использовать реакцию в растворе в присутствии носителя. Так, никель концентрировали на кремнеземе, модифицированном ДМГ, извлекали пластину из анализируемого раствора и после промывки помещали ее в раствор, в котором проводили индикаторную реакцию. Такая методика на два порядка уступает по пределу обнаружения методике определения никеля по его каталитическому действию в растворе, однако выигрывает порядок по чувствительности по сравнению с методикой с капельным нанесением аналита, причем селективность по отношению к марганцу улучшается на порядок за счет сорбционного разделения.

Градуировочная зависимость. Характерный для изученных реакций в растворе вид градуировочного графика – пропорциональность сигнала логарифму концентрации аналита – еще более типичен для реакций на носителях. В полулогарифмических координатах небольшая погрешность измерения коэффициента отражения приводит к более высокой погрешности в концентрации, однако это окупается широким диапазоном определяемых концентраций (2–4 порядка). В качестве примеров зависимостей такого типа можно привести определение меди на ГМДА- Таблица 11. Абсолютные пределы обнаружения аминосоединений (моль) по реакции фильтрах (рис. 9) и органических соТМБ – NaIO4 в растворе и на фильтроединений на хроматограммах.

вальной бумаге (полужирный – ускорение, Селективность определения курсив – замедление, "Нет" – не влияет 1·10– аналитов на носителях может изме моль и ниже) няться за счет переноса реакции на Бумажный Соединение Раствор носитель (при капельном нанесении фильтр аналита). (Обеспечение селективно- Метиламин 5·10-8 Нет Триметиламин 5·10-8 Нет сти за счет сорбционного разделения Этиламин 5·10-8 Нет в динамическом режиме рассмотрено Диэтиламин 5·10-8 Нет далее). На носителе влияние одних Триэтиламин 5·10-8 Нет н-Пропиламин 5·10-8 Нет Ди-нA 5·10-8 110-В растворе пропиламин 0.Три-н5·10-8 Нет пропиламин 0.н-Бутиламин 5·10-8 110-Ди-н-бутиламин 5·10-8 1·10-0.Три-н-бутиламин 5·10-8 1·10-На ГМДА-фильтрах н-Пентиламин 5·10-8 Нет 0.-6 -4 -2 н-Гептиламин 5·10-8 Нет = c Cu lg(сCu, мг/л) Анилин 5·10-8 1·10-Рис. 9. Вид градиуровочных графи1-Нафтиламин 1·10-8 3·10-ков для определения меди по реакГистамин 5·10-6 1·10-ции гидрохинон – Н2О2.

Гистидин 5·10-8 Нет веществ возрастает, а других уменьшается, что влечет за собой изменение рядов селективности. Иногда оно бывает благоприятным. Так, дифференцирующее действие носителя на действие органических соединений наблюдали при переносе на фильтровальную бумагу реакции ТМБ – периодат (табл. 11): в растворе все амины в равной степени ускоряют индикаторную реакцию, тогда как на носителе часть аминов практически не влияет, часть сохраняет свое ускоряющее действие (ди- и трибутил- и ароматические амины), а некоторые замедляют реакцию (бутил-, гексил-, дипропиламин). В растворе и гистамин, и гистидин замедляют реакцию, тогда как на бумаге гистидин практически не проявляет эффекта, а гистамин реакцию ускоряет (табл. 11).

Это позволяет определять гистамин в присутствии 100-кратного количества гистидина (ДОК 1·10–8 – 1·10–6 моль гистамина при аликвоте 10 мкл, cmin = 4·10–9 моль, sr = 0.08 для 5·10–8 моль).

Таблица 12. Мешающее влияние Селективность определения металла на ноионов металлов при определении сителе можно повысить введением активатора.

марганца по реакции окисления Например, селективность определения марганца ТМБ периодатом в присутствии по реакции ТМБ – периодат, оцениваемая по ме2,2'-дипиридила (приведены соотшающему влиянию других металлов, слабо меняношения сион/сMn) ется при переходе от раствора к носителям разной Ион Бумага Раствор природы. В то же время, введение 2,2'- Na 1·105 > 1Fe(III) 0.1 1·1дипиридила увеличивает скорость каталитичеCo(II) 1·103 – ской реакции на фильтровальной бумаге, резко Ni(II) 1·106 5·1повышая селективность по отношению к ионам, Cu(II) 1·104 1·1обладающим собственным действием в этой реZn(II) 1·104 1·1акции (табл. 12).

Cd(II) 1·104 СОРБЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ АНАЛИТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ КИНЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ Как показано выше, само по себе проведение индикаторных реакций на поверхности носителей уже изменяет метрологические характеристики аналитических методик по сравнению с таковыми при определении в растворе, причем в ряде случаев – в благоприятную сторону. Если же проведению индикаторной реакции на носителе будет предшествовать селективное динамическое сорбционное концентрирование, можно ожидать дополнительного повышения селективности и чувствительности определения. Такой вариант сорбционно-кинетического метода, включающий концентрирование, мог бы стать общим подходом к улучшению аналитических характеристик кинетических методов. Этот подход и рассмотрен в данном разделе работы.

Сорбционное концентрирование и определение переходных металлов. В литературе есть примеры проведения каталитических индикаторных реакций на но сителях, однако сочетание определения с предварительным динамическим сорбционным концентрированием аналитов на носителе не реализовано. В задачи работы входила демонстрация возможности такого сочетания на примере определения некоторых переходных металлов.

Сорбционное концентрирование, ориентированное на последующее кинетическое определение, должно быть по возможности селективным. Селективность определения относительно легко достигается для металлов, образующих наиболее устойчивые комплексы, например, для меди(II). Подходящим кандидатом на роль селективного сорбента для меди(II) был изученный нами бумажный носитель с привитыми гексаметилендиамино-группами (ГМДА-фильтр).

Для более слабых комплексообразователей (например, марганца) селективное концентрирование реализовать сложнее. На примере марганца(II) мы хотели выяснить, позволит ли сочетание концентрирования на неселективном хелатном сорбенте с проводимой на нем индикаторной реакцией достичь селективности определения, достаточной для анализа реальных объектов. Для этой цели использовали бумажные фильтры с привитыми ДЭТАТА-группами, которые позволяют сконцентрировать марганец из раствора, отделяя его фактически только от щелочных и щелочноземельных металлов.

При разработке методик каталитического определения металлов, включающих сорбцию на комплексообразующем сорбенте, анализируемый раствор прокачивали через фильтр с привитыми группами и затем проводили индикаторную реакцию на фильтре путем пипетирования растворов реагентов. Связывание аналитов на фильтре оказалось достаточно эффективным, что позволяло использовать именно фильтры, а A 5 0.A0.0,0.2’ 0.0,0.1’ 0.5 6 7 8 9 2 4 6 8 pH рН Рис. 10. Зависимость скорости реакции Рис. 11. Зависимость скорости реакгидрохинон–Cu(II)–dipy–H2O2 на фильтрах ции ТМБ – KIO4 на фильтрах с прис привитыми ГMДA группами (1, 2) и без витыми ДЭТАТА-группами от рН них (1’, 2’) от pH прокачиваемого раствора прокачиваемого раствора: 1 – 8 нг меди(II): 1, 1’ – без Сu; 2, 2’ – 1.610–8 М Cu.

Mn(II), 2 – без Mn(II); рН реакции Значение рН реакции на фильтре – 8.6. не колонки, на которых менее удобно проводить индикаторные реакции. Каталитический эффект металлов в варианте динамической сорбции был максимален на тех же модифицированных носителях, что и в варианте пипетирования металлов (для меди – на ГМДА-фильтре, для марганца – на ДЭТАТА-фильтре).

Было необходимо выяснить, можно ли использовать ранее выбранные условия проведения индикаторной реакции на носителе в случае концентрирования металла.

Как и следовало ожидать, они существенно не изменялись по сравнению с условиями, выбранными при нанесении металлов пипетированием. При выборе условий концентрирования металлов, включая режимы прокачивания, рН растворов и т. п., требовалось согласовать кислотность на стадиях сорбции и последующего определения. Иногда эти кислотности не совпадают (так, при определении меди индикаторную реакцию проводят при рН 8.0, а сорбция максимальна при рН 5–6 и 8.5–9.0, рис. 10). В таких случаях сорбировали металл из разбавленного буфера (для меди – при рН 5.6), а для проведения реакции на фильтре дополнительно вводили другой, более концентрированный буфер (для меди – рН 8.0). В других случаях сорбцию можно эффективно проводить при рН индикаторной реакции (определение марганца, рис. 11).

Концентрирование аналита перед определением кинетическим методом должно быть возможно более селективным, однако выбор селективных сорбентов для концентрирования ионов металлов ограничен. Такой сорбент можно получить путем нековалентного закрепления органических реагентов. Ранее в кинетических методах анализа такой прием не использовали. Его удобно продемонстрировать на примере кадмия, для определения которого фотометрическим методом есть селекN тивный коммерчески доступный реагент 1-[(6-бром-2- N N Br S бензтиазолил)азо]-2-нафтол (бромбензтиазо, или HO ББТ ББТ).

Для нековалентной иммобилизации ББТ использовали фильтровальную бумагу и пластины для ТСХ «Сорбтон», на которых ранее выбрали условия проведения реакции ТМБ–периодат. Металл можно сорбировать либо прокачиванием анализируемого раствора (до 30 мл) через фильтр (ФБ/ББТ), либо погружением пластины SiO2/ББТ в раствор (фронтальная хроматография). После сорбции металла проводят индикаторную реакцию на носителе. Для определения кадмия использовали его ингибирующее действие в реакции окисления ТМБ периодатом, условия проведения которой на модифицированном бумажном фильтре (ФБ/ББТ) и пластине с кремнеземом (SiO2/ББТ) фактически идентичны таковым для реакции на немодифицированных носителях. Комплексообразующий реагент в широком диапазоне концентраций не влияет ни на скорость индикаторной реакции, ни на величину ингибирующего эффекта кадмия.

Метрологические характеристики методик определения металлов сорбционнокинетическим методом приведены в табл. 13. Как уже отмечено для реакций на носи теле, диапазон определяемых концентраций аналита охватывает от 2 до 5 порядков.

Если градуировочный график строили в таком широком диапазоне в виде зависимости сигнала от логарифма концентрации аналита, определение было полуколичественным.

Основной целью проведения концентрирования при определении металлов сорбционно-кинетическим методом было повышение селективности по сравнению с определением по индикаторной реакции, проводимой в растворе. Действительно, концентрирование позволяет снизить мешающее влияние посторонних ионов при определении тех металлов, сорбция которых селективна – меди и кадмия (табл. 14). В случае марганца селективность повышается незначительно, что объяснимо малой селективностью сорбции аналита на используемом сорбенте (ДЭТАТА-фильтре).

Таблица 13. Характеристики методик определения металлов кинетическим методом в растворе и после сорбционного концентрирования Индикаторная реакция Сорбционно-кинетический Характерив растворе метод стика Cu(II)* Mn(II)2* Cd(II)3* Cu(II)# Mn(II)2# Cd(II)3# Диапазон определяемых 1·10-5 – 0.002 – 1·10-6 – 5·10-6 – 4·10-4 – 0.01 – 0.концентраций, 0.001 0.05 0.1 0.1 0.мг/л cmin, мг/л 0.005 8·10-6 0.001 1·10-7 2·10-6 2·10-sr сигнала 0.02 0.05 0.09 0.012 0.02 0.(концентра(0.04) (2·10-4) (2.5·10–3) (1·10-5) (1·10-5) (6·10-4) ция, мг/л) # ГМДА-фильтр * Реакция гидрохинон – Н2О2 – dipy, катализ 2# ДЭТАТА-фильтр * Реакция ТМБ – KIO4 – dipy, катализ 3# ББТ на фильтровальной бума* Реакция ТМБ – периодат, ингибирование ге Таким образом, концентрирование с помощью сорбентов с химически привитыми группами и нековалентно иммобилизованными реагентами позволяет существенно повысить чувствительность и селективность определения металлов кинетическим методом.

Таблица 14. Влияние посторонних катионов на определение металлов с помощью индикаторных реакций в растворе и сорбционно-кинетическим методом. Приведены соотношения сион : сCu (сион : сCd, сион : сMn), не мешающие определению Cu(II), Cd(II), Mn(II), гидрохинон – Н2О2 ТМБ – периодат ТМБ – периодат На ДЭВ На На В Ион На ТАТАВ растворе ФБ/ББТ SiO2/ББТ растворе ГМДА- фильтре растворе (0.03 (0.003 (0.15 (4·10–фильтре (4·10–мг/л Cd) мг/л Cd) мг/л Cd) мг/л Mn) мг/л Mn) Na+ 103 106 103 104 103 103 1Ca2+ 5·102 106 103 103 104 103 1Mg2+ 5·102 106 103 – – 103 1Al3+ 5·102 106 103 – – 103 1Mn2+ 3·102 103 0.1 5·102 10 – – Fe2+ 102 106 104* 104* 103* 10 Fe3+ 102 106 102 103 103 103 1Co2+ 102 106 0.2 102 1.5·102 – – Ni2+ 50 106 103 103 103 5·102 5·1Cu2+ – – 70 103 6·102 103 1Zn2+ – – 0.01 103 30 102 2·1Cd2+ 103 106 – – – 50 1Hg2+ 10 105 30 103 103 5·102 5·1Pb2+ 102 105 30 103 103 – – * При условии предварительного окисления периодатом до железа(III) Сорбционное концентрирование и определение органических соединений.

Сорбенты для извлечения органических веществ обычно рассчитаны на выделение больших групп соединений. Для селективного концентрирования, которое требуется в сорбционно-кинетическом методе, предложено использовать сорбцию органических соединений-лигандов на металлсодержащих сорбентах. Если на носителе закреплен комплекс MRn с ненасыщенной координационной сферой металла, с ним может связываться лиганд A:

MRn + A MRn–1A + R или MRn + A MRnA.

Связываться будут только аналиты, образующие достаточно устойчивые комплексы, поэтому такая сорбция должна быть относительно селективной. Сорбенты такого типа, содержащие комплексы Cu(II), Hg(II), Ag(I), Ni(II), Zn(II), используют в лигандообменной и аффинной хроматографии. В нашем случае привлекательным было использование комплексов меди – катализатора реакции гидрохинон – пероксид водорода. Координационно ненасыщенный комплекс меди образуется с ГМДА группами, поэтому в качестве сорбента для концентрироваCOOH ния органических соединений-лигандов использовали ГМДА-фильтр с нанесенными ионами меди(II).

N N На скорость индикаторной реакции на ГМДА-фильтрах влияют гетероциклические азотсодержащие соединения, в HN том числе гербицид имазапир, структура которого подобна Имазапир структуре 2,2'-дипиридила, одного из наиболее эффективO ных активаторов реакции гидрохинон–Cu(II)–H2O2. Имазапир концентрировали на медьсодержащем сорбенте с целью определения его по влиянию на катализатор с высокой чувствительностью и селективностью.

Медьсодержащий сорбент (Cu/ГМДА-фильтр) получали прокачиванием раствора меди(II) через ГМДА-фильтр. Полученный сорбент устойчив: металл не десорбируется с Cu/ГМДА-фильтра при пропускании больших объемов раствора (100 мл).

Полная сорбция следов имазапира на полученном фильтре достигается уже при небольшом количестве меди на фильтре (оптимально – порядка 10–7 моль), поскольку имазапир прочно связывается с медью. Образующийся комплекс содержит две молекулы имазапира.

Тот факт, что для сорбции имазапира на Cu/ГМДА-фильтре требуется лишь небольшое количество металла, позволяет использовать медь не только как компонент сорбента, но и как катализатор индикаторной реакции. Реакцию гидрохинон – Н2Опроводят методом пипетирования реагентов на фильтр. Имазапир активирует каталитическое действие меди. Наиболее широкий диапазон определяемых содержаний и низкий предел обнаружения (510–9 М, или 5·10–4 мг/л) достигаются при определении имазапира после сорбционного концентрирования (табл. 15).

Таблица 15. Характеристики методик определения имазапира в растворе и на носителях Диапазон определяемых Вариант определения sr cmin, нг содержаний, моль В растворе 7·10-9 – 1·10-8 0.05* 1·1На Cu/ГМДА-фильтре, пипе1·10-9 – 3·10-8 0.05* тирование 1 мкл образца На Cu/ГМДА-фильтре, кон1·10-10 – 1·10-7 0.05** центрирование из 10 мл Примечание. Количество меди на фильтре – 8·10-8 моль.

* Для 1·10-8 моль имазапира. ** Для 1·10-9 моль имазапира; n = 3.

Для устранения мешающего влияния соединений, не связывающихся с сорбентом, последний после извлечения аналита промывают водой. Определение достаточно селективно для анализа реальных объектов: анализировали морковный сок и почвенную вытяжку методом «введено – найдено». Пределы обнаружения имазапира предлагаемым и многими обычно используемыми методами (например, ВЭЖХ с предварительной твердофазной экстракцией, ВЭЖХ-МС и иммуноферментным методом без концентрирования) сопоставимы.

Другой пример определения органических соединений с использованием динамического сорбционного концентрирования – определение полиэлектролитов. На носителях полиэлектролиты теряют свою каталитическую активность, но при этом сохраняют способность изменять активность ионов металлов-катализаторов. Когда катализатором выступает медь(II), действие проявляют полимеры с донорными атомами азота, например, полиэтиленимин (ПЭИ) или полигексаметиленгуанидин (ПГМГ).

Для сорбции аналитов использовали целлюлозные фильтры с привитыми фосфатными группами (Whatman), на которых предварительно сорбировали медь. Реакция гидрохинон – Н2О2 на этом носителе идет медленно, поэтому использовали другую катализируемую медью реакцию – окисление 1,5-дифенилкарбазида (ДФК) кислородом воздуха. В реакции ДФК – Cu(II) – О2 ПГМГ оказывает различное действие в зависимости от кислотности (при рН 2.5–3.5 он ускоряет реакцию, а при рН > 3.5 – замедляет ее). Полимер определяли по ингибирующему действию (рН 5.0) после концентрирования методом прокачивания. Ряд низкомолекулярных органических соединений не влияет на скорость реакции ДФК – Cu(II) – О2 на фосфате целлюлозы.

Определение ПГМГ возможно в диапазоне 0.008 – 0.02 мг/л с низким пределом обнаружения – 6·10–3 мг/л (3·10–8 М в расчете на мономерное звено), хотя и с высокой погрешностью (sr = 0.2 для 0.01 мг/л).

В работе также описана возможность селективного определения 1-нафтиламина по реакции ТМБ – периодат после сорбции на немодифицированной фильтровальной бумаге, которая извлекает из водного раствора производные нафталина и некоторые другие заряженные соединения молекулярной массой от ~120 до 400, не извлекая соединения с большими и меньшими молекулярными массами. 1-Нафтиламин определяли после статической сорбции на бумажном фильтре по ингибирующему действию в реакции окисления ТМБ периодатом (сmin = 0.2 мг/л, sr = 0.03 для 0.9 г/л). Соединения, оказывающие собственное действие в данной индикаторной реакции (2-нафтол, анилин, дифениламин и др.), не мешают определению, поскольку не сорбируются.

Таким образом, сочетание с динамической сорбцией может служить почти универсальным подходом к повышению селективности методик определения аналитов различной природы кинетическим методом. К достоинствам предлагаемого сорбционно-кинетического метода относятся также использование несложного оборудования, простота методик и возможность разработки тест-методик (об этом см. в соответствующем разделе). Ограничения метода связаны прежде всего с тем, что эффект аналита на выбранном носителе может быть слабым, а системы индикаторная реакция – носитель можно выбирать только экспериментальным путем.

КИНЕТИЧЕСКОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ В ПЛАНАРНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ В плоскостной хроматографии детектирование кинетическим методом известно давно, однако этот метод разделения не рассматривали как общий способ повышения селективности определения органических соединений кинетическими методами. Определение аналитов на хроматографической пластине или бумаге соответствует принципу проведения индикаторной реакции на сорбенте без десорбции, причем по простоте выполнения оно стоит в одном ряду с тест-методиками.

В качестве хроматографических носителей использовали бумагу и кремнезем, по возможности пользуясь известными методиками хроматографического разделения.

Для проявления аналитов применяли индикаторные реакции различных типов (табл.

16), которые проводили, опрыскивая хроматограмму растворами реагентов. В качестве аналитического сигнала использовали коэффициент отражения пятна аналита через определенное время после начала реакции за вычетом коэффициента отражения соседних областей пластины. При использовании фотохимической реакции (определение бензоат-иона) хроматограмму опрыскивали смесью растворов фотосенсибилизатора и пирогаллола "А" и облучали ее светом галогенной лампы. Бензоат ингибирует образование продукта, образуя более светлое пятно на коричневом фоне.

Таблица 16. Определение органических соединений на плоскостных хроматограммах Хроматогр. ДОК, Аналит Элюент Индикат. реакция Объекты носитель мг/л Бензойная Буферный раст- Пирогаллол "А" – Сок, наБумага 1.2–12кислота вор (рН 10.2) Ru(dipy)33+ – О2 питки Вода – метанол – Напитки, ТМБ – Fe(II, III) – Глюкоза Бумага уксусная кислота 5–200 фруктоза, H2O– этилацетат слюна Ацетон – фосМетафос, Кремне- о-Дианизидин – фатный буфер 2–10 Яблоки фозалон зем-С8 H2O(рН 11.5) Глюкозу определяли по реакции Фентона, выбрав условия элюирования, позволяющие отделить ее от присутствующих в объектах биофлавоноидов, которые также ингибируют индикаторную реакцию. Глюкозу определяли в слюне и клюквенном напитке на уровне 10–4–10–3 М и фруктозе на уровне 0.01%, бензойную кислоту – в клюквенном соке и напитке «Миринда» на уровне 10–4–10–3 М. Для названных методик определение полуколичественное (две концентрации можно различить, если они различаются в 2–3 раза). Пестициды метафос и фозалон определяли по реакции окисления о-дианизидина пероксидом водорода в яблоках после экстракции гептаном.

Хроматографические методики с кинетическим детектированием позволяют объединить селективность, чувствительность и простоту; они применимы к объектам различной природы, часто не требуют пробоподготовки.

МЕМБРАННО-КИНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ Мембранная диффузия привлекательна тем, что позволяет фактически в одну стадию получать водный раствор концентрата, не требуя отдельной операции десорбции. Кроме того, как показано ниже, возможно концентрирование аналита в мембране, что позволяет определять его в мембране без десорбции (вариант сорбционнокинетического метода).

Трековые мембраны, модифицированные полиэлектролитами. В анализе полимерные мембраны используют как средство разделения при определении газообразных и газообразующих аналитов, в проточном диализе, электродиализе, непрерывной мембранной экстракции и фильтрации. Эти методы, как правило, не решают задач селективного концентрирования. Мы предположили, что селективной могла бы быть диффузия органических соединений через полиэлектролитные мультислои (ПЭМ) – тонкие (от единиц до сотен нанометров) пленки, получаемые последовательным нанесением полиэлектролитов противоположного заряда на подложки. Разделительные свойства ПЭМ используют в электрохимических сенсорах, первапорации и ультрафильтрации, однако о диффузии органических соединений через ПЭМ сведений очень мало.

В качестве подложки для получения ПЭМ использовали трековые мембраны – пленки из полиэтилентерефталата, поры в которых получены облучением тяжелыми ионами с последующим щелочным травлением. Мы использовали образцы толщиной 10 мкм, диаметр пор 0.03 мкм, плотность пор 4·10–9 см–2.

Рис. 12. Ячейка для Исходный раствор изучения мембранной Крупнопористая подложка диффузии и модифиМембрана Уплотнитель цирования мембран Принимающий раствор полимерами Пробка Используя ячейку, показанную на рис. 12, изучили диффузионные свойства немодифицированной мембраны по отношению к органическим соединениям. Мембрана имеет на поверхности свободные карбоксильные группы и поэтому, как и следовало ожидать, является катионообменной, пропуская катионы и незаряженные соединения быстрее, чем анионы. Однако немодифицированная мембрана проявляет и другие свойства, в частности, неионообменную селективность (резко различна скорость диффузии фенола и 1-нафтола, бензола и бензилового спирта); скорость и селективность транспорта сильно зависят от природы и концентрации неорганических солей (они способствуют транспорту аминов и фенолов, но мало влияют на перенос карбоновых кислот и сульфокислот); под действием концентрированного раствора неорганической соли органические соединения могут диффундировать против градиента своей концентрации. Кроме того, оказалось, что эффективное значение рН в фазе мембраны на несколько единиц ниже, чем в омывающем буферном растворе, в связи с чем диффундирующее соединение может находиться в порах в ином зарядовом состоянии, чем в растворе (показано на примере анилина).

Мембрану модифициТаблица 17. Степень переноса соединений (%) при ровали либо поочередным диффузии через мембраны погружением в растворы Модифицированная противоположно заряженИсходная Соединение мембрана* ных полиэлектролитов – мембрана Погружением Диффузией полиэтиленимина (ПЭИ) и Анилин 5.5 2.8 полианетолсульфокислоты Фенол 5.2 0.9 6.(ПАС), – либо поочередной 1-Нафтиламин 5.5 0.7 диффузией этих полиэлек2-Нафтол 0.3 0.1 0.тролитов. Неожиданным о-Фталат натрия 0.5 0.2 0.оказалось то, что полученБензоат натрия 0.4 0.4 0.ная методом диффузии Бензиловый мембрана существенно бо0.4 0.1 0.спирт лее проницаема по отно* 7 слоев (ПЭИ–ПАС–ПЭИ–ПАС–ПЭИ–ПАС–ПЭИ) шению к аминам, чем исИсходный раствор: соединение 1·10-3 М, боратный буходная подложка (табл.

ферный раствор (рН 9.2); принимающий раствор: бо17). Это можно связать с ратный буферный раствор; время диффузии – 2 мин образованием в полиэлектролитном геле гидрофобных кластеров нанометровых размеров, разделенных гидрофильными каналами, обеспечивающими быструю диффузию (аналогия с литературными данными для анионного полиэлектролита Нафиона). Быстрее всего переносится анилин, вероятно, как имеющий наиболее высокую плотность заряда среди изученных аминов (табл. 17).

Проницаемость мембраны сильно зависит от числа слоев полиэлектролитов: максимальная скорость и селективность диффузии анилина достигается для семислойной мембраны (рис. 13).

Селективность мембранного выделения анилина подтверждена результатами изучения его совместного транспорта с другими соединениями (приведены факторы разделения анилина и других соединений через трековую мембрану, модифицированную 7-ю слоями ПЭИ–ПАС):

Соедине- 1-Нафтил- Бензила- БензилоФенол Бензоат Фталат ние амин мин вый спирт санил. : ссоед. 3 6 11 28 48 > 1Для получения мембран, селективных к другим соединениям, вероятно, следует обратиться к полиэлектролитам другой природы.

Индикаторная реакция в принимающей фазе. После селективной диффузии анилин определяли в принимающем растворе (пермеате) по реакции Фентона ТМБ – Fe(II) – H2O2. Анилин ингибирует реакцию в растворе в кислой среде (рН 3–4), поэтому сигнал наиболее интенсивен при контроле скорости реакции по желтому продукту окисления ТМБ 0 2 4 6 8 10 12 (450 нм). Определение возможно в диапаЧисло слоев полиэлектролитов зонах 2·10–8–2·10–7 и 2·10–7–2·10–6 М, сmin Рис. 13. Влияние числа нанесенных = 1.2·10–8 М (0.001 мг/л). Другие амины слоев полиэлектролитов (ПЭИ и (1-нафтиламин, бензиламин и диэтилаПАС) на проницаемость асиммемин) и фенол не мешают определению трично модифицированной мембрапри концентрации 1·10–4 М. Анилин опны по отношению к анилину (1) и бензоату натрия (2) ределяли в артезианской воде методом "введено–найдено"; для 0.004 мг/л sr = 0.08, для 0.002 мг/л sr = 0.3 (n = 5, P = 0.95).

Таким образом, диффузия органического аналита через мембрану, модифицированную полиэлектролитным мультислоем, может быть селективной и применимой для его концентрирования в сочетании с определением в пермеате кинетическим методом.

Индикаторные реакции в мембране. Как мы обнаружили, немодифицированная трековая мембрана способна накапливать в порах значительные количества диффундирующего соединения (концентрация до 0.1 М в пересчете на объем пор).

Накапливаться могут аналиты, реагенты или продукты реакции, поэтому на мембранах можно проводить индикаторные реакции, как это делали на других плоскостных носителях.

Мембранно-кинетический метод обнаружения никеля(II). Трековую мембрану как катионообменник использовали для концентрирования никеля в виде акваионов прокачиванием раствора через мембрану (диаметр пор 0.4 мкм). Затем в мембране проводили реакцию окисления ТМБ периодатом методом встречной диффузии компонентов и измеряли отражение мембраны или визуально сравнивали окраску со шкалой. Обнаружение возможно при концентрации никеля 2·10-7 М (0.01 мг/л) и выСтепень переноса, % ше, что ниже ПДК для питьевых вод. Не мешают 102–103-кратные количества металлов, ингибирующих индикаторную реакцию – Cd(II), Zn(II) и Fe(II) – или катализирующих ее (марганец), что вызвано, по-видимому, тем, что чувствительность индикаторной реакции к этим ионам в фазе мембраны ниже, чем в растворе.

Мембранный метод определения циклогексиламина. В работе описана также методика определения циклогексиламина (ЦГА) – антикоррозионной добавки к контурным водам тепловых станций. По реакции с гидрохиноном и Н2О2, проводимой в мембране, можно определять 1·10-5 – 0.01 М ЦГА, sr = 0.02 (для 1·10-4 М ЦГА); cmin = 5·10-6 М, что на порядок ниже, чем по реакции, проводимой в растворе.

Приведенные примеры демонстрируют возможность определения аналитов различной природы непосредственно в трековой мембране.

Таблица 18. Результаты определения аналитов в объектах (мг/л, если не указано иное) с использованием сорбционного концентрирования (n = 3–5; P = 0.95) Метод Аналит Образец Предлагаемый метод сравнения* Cu(II) Морская вода (Баренцево море) (5±2)·10–2 (5.09±0.03)·10– Речная вода № 1: до очистки 0.16±0.06 0.18±0. после очистных сооружений 0.12±0.05 0.13±0. Речная вода № 2: до очистки 0.41±0.12 0.42±0. после очистных сооружений 0.12±0.05 0.13±0.Водопроводная вода (после очистки на цеолитовом фильт- (8±4)·10–5 (9.0±0.5)·10–ре) Почвенная вытяжка (водная) (1.1±0.3)·10–2 (1.2±0.1)·10–Mn(II) Водопроводная вода (7±1)·10–4 (6±1)·10– Речная вода (р. Москва) 0.09±0.02 0.076±0.0Водопроводная вода, отстоянCd(II) (6.4±0.6)·10–4 (7±3)·10–4 ** ная в трубах в течение суток То же, в течение 2.5 сут (2.0±0.6)·10–3 (2.4±0.3)·10– Почва (азотнокислая вытяжка) 61±10*** 58±9**, *** ИмаМорковный сок (2.3±0.5)10–3 ### 1.910–3 ### запир Почвенная вытяжка (3.7±0.5)10–4 ### 3.810–4 ###, $ (азотнокислая) АниПриродная вода& (2.0±0.6)·10–3 1.9·10–3 $ лин * Атомно-абсорбционная спектромет- & Мембранное концентрирование рия, если не указано иное. *** мг/кг ### мкмоль.

$ ** Инверсионная вольтамперометрия Введенное количество аналита.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ Применимость предложенных в работе подходов продемонстрирована на примерах методик определения аналитов разных классов. Характеристики разработанных методик определения ионов металлов приведены выше в табл. 11, полиэлектролитов – в табл. 4. Результаты определения некоторых органических соединений в напитках и продуктах приведены выше в табл. 16. Ниже приведены результаты определения аналитов в других объектах: данные табл. 18 получены с использованием сорбционного и мембранного концентрирования; табл. 19 – в растворе и без концентрирования (после капельного нанесения анализируемого раствора).

Тест-методики. Одно из важных достоинств сорбционно-кинетического метода – возможность разработки методик с визуальной регистрацией сигнала. Окраску носителя после проведения реакции сравнивают с заранее построенной цветной шкалой-имитатором. Для узкого диапазона определяемых концентраций (1.5–2 порядка) можно различить содержания аналита, отличающиеся на полпорядка, в случае более широкого диапазона – на два порядка. Данные для реакции ТМБ – периодат приведены в табл. 20.

В частности, для определения кадмия разработана тест-система, в которой использованы два сорбента с предварительно нанесенными реагентами, что позволяет избежать нанесения растворов в момент выполнения определения. Металл сорбируют на пластине кремнезема, модифицированном бромбензтиазо (ББТ), в статическом варианте в течение 5 мин, промывают пластину буферным раствором и плотно прижимают во влажном виде к куску фильтровальной бумаги с предварительно нанесенным ТМБ. Развивается реакция, которую ингибирует кадмий(II) при концентрациях до 1·10–4 мг/л в исходном растворе. По прошествии 2 мин окраску тест-системы со стороны фильтровальной бумаги измеряют рефлектометром или наблюдают визуально (табл. 20).

Определение меди на ГМДА-фильтрах в присутствии малононитрила. Эту методику следует рассмотреть особо, поскольку в ней использован принцип модифицирования промежуточного продукта индикаторной реакции, позволивший получать разные цвета при различных концентрациях определяемого металла. Как сказано выше (табл. 1), при введении малононитрила (МН) в индикаторную реакцию гидрохинон–Н2О2 в растворе образуется извест ный из литературы синий продукт реакции МН с п-бензохиноном. Однако, как мы обнаружили, при недостатке п-бензохинона и в зависимости от соотношения концентраций [МН]:[п-бензохинон] в системе образуются продукты оранжевого, серого, зеленого или сине-зеленого цвета. Поскольку концентрация промежуточно образующегося в реакции п-бензохинона определяется концентрацией катализатора – меди(II), при разных концентрациях металла развивается различная окраска.

Таблица 19. Результаты определения аналитов в объектах без сорбционного концентрирования (n = 3–5, P = 0.95) Реакция (носи- Найдено, Аналит Объект Введено, мг/л* тель) мг/л Сыворотка крови Гидрохинон – 0.18±0.01# 0.20±0.№ 1 Н2О2 – малоноCu(II) нитрил (ГМДАТо же, № 2 0.39±0.01# 0.40±0.фильтр) То же Раствор после Полиэти(бумажный – (1.0±0.2)·10-сорбции полимера ленимин на техн. целлюлозе фильтр) Маргарин 63±13 мкг/кг& 58±20 мкг/кг "Слобода" ТМБ – периодат – Ni(II) диметилглиоксим 3.3±1.2& Колодезная вода 2.4±0.3.2±0.9&& Глицин – изатин – Вода очистных сометиленовый сиПГМГ 0.10 0.10±0.оружений ний * Введенное количество или результат определения указанным альтернативным методом.

# Индикаторная реакция гидрохинон – Н2О2 – малононитрил в растворе.

& && ИВА. ААС.

Таблица 20. Визуальные тест-методики определения металлов по реакции ТМБ – периодат Металл Диапазон опре- Шаг Изменение окраски с (характер Носитель деляемых со- шкалы, увеличением концендействия) держаний, мкг лог. ед. трации аналита Марганец(II) Светло-зеленая – ДЭТАТА-фильтр 1·10–4 – 0.1 0.(катализ) темно-зеленая Светло-зеленая – темФБ* То же 1·10–7 – 0.1 2 но-зеленая – оранже(2,2'-дипиридил) вая Кадмий(II) ФБ/ТМБ и Темно-зеленая – 1·10–4 – 0.005 0.(ингибиров.) SiO2/ББТ/KIO4** светло-зеленая Никель(II) Трековая мем- 0.01 мг/л (поро- Зеленая – – (ингибиров.) брана говый тест) светло-зеленая * Фильтровальная бумага. ** Прижимание двух носителей друг к другу ("сэндвич").

Для визуального определения меди на ГМДА-фильтр наносят анализируемый раствор в буфере, растворы реагентов и через 2–12 мин сравнивают окраску пятна со шкалой. Можно различать количества меди, отличающиеся на порядок в диапазоне 1·10–5–0.5 мкг (0.01-500 мг/л при аликвоте 1 мкл). В табл. 21 приведены окраски носителя через 2 мин после начала реакции.

Таблица 21. Цвета продуктов реакции гидрохинон–Cu(II)–H2O2–МН на ГМДАфильтрах Кол-во 710-5 - 710-4 - 710-3 - меди, 510-6 (1-5)10-5 0.510-4 510-3 0.мкг Темный Светло- Оранже- СветлоЦвет Розовый Серый синерозовый вый зеленый зеленый Медь определяли в сыворотке больных вирусным гепатитом, при котором уровень этого металла в крови изменяется в несколько раз. В случае нормального содержания меди наблюдается розовое или оранжевое пятно на носителе, а в случае превышения – серое или зеленое пятно (табл. 22). Тест позволяет четко различить кровь здоровых людей и больных хроническим гепатитом. Методика апробирована в больницах г. Сургута.

Таблица 22. Тест-определение меди в сыворотке крови Количество меди в 1 мкл сыворотки, мкг:

Исследуемая группа n размах варьирования результатов среднее (цвет, число образцов) (P = 0.95) От 10–5 (розовый, в 4 образцах) Здоровые люди (нор20 до 10–4 (оранжевый, в 16 образ- (8±4)10–ма) цах) Хронический гепатит От 10–3 (серый, n =18) 32 (5±2)10–В и С до 10–2 (светло-зеленый, n = 14) ВЫВОДЫ 1. На примере ряда радикальных реакций окисления 3,3',5,5'тетраметилбензидина (ТМБ) показано, что набор органических соединений, изменяющих их скорость, определяется природой промежуточных частиц, образующихся в ходе реакции. На основе знания схем протекания реакций и природы соответствующих промежуточных частиц предложен подход целенаправленному выбору индикаторных реакций для простого и экспрессного определения кинетическим методом органических соединений, которые ранее не определяли этим методом.

2. Возможности кинетического метода расширены за счет определения синтетических полиэлектролитов с использованием их собственного действия, связывания с ионом металла-катализатора и образования полиэлектролитного комплекса. Предложены методики простого и быстрого определения катионных и анионных полиэлектролитов с пределами обнаружения от 10–7 до 10–4 М (по мономеру).

3. Заложены основы нового сорбционно-кинетического метода анализа, основанного на проведении индикаторных реакций на поверхности носителей.

а) Обнаружено, что на поверхности носителей (кремнеземов и бумаг, в том числе с привитыми комплексообразующими группами, а также лавсановых мембран) по сравнению с проведением реакций в растворе изменяется скорость процессов, стабилизируются или дестабилизируются промежуточные продукты и изменяется величина, а иногда и знак эффекта аналита; носители с привитыми комплексообразующими группами (алкиламинными и аминокарбоксильными) способны активировать каталитическое действие металлов. Проведение индикаторной реакции на немодифицированном носителе без концентрирования аналита позволяет в ряде случаев повысить чувствительность или селективность определения.

б) Сочетание сорбционного концентрирования аналита с его определением на носителе (без десорбции) предложено использовать как общий подход к улучшению метрологических характеристик кинетических методов анализа, прежде всего селективности, чувствительности и расширению диапазона определяемых концентраций.

Использование сорбентов с ковалентно привитыми группами или нековалентно закрепленными органическими реагентами для сорбционного концентрирования металлов позволяет повысить чувствительность их определения, увеличив факторы селективности на 1–4 порядка по сравнению с определением в растворе. Обеспечить селективность определения органических соединений–лигандов удается за счет их сорбции на носителях с закрепленными ионами переходных металлов с последующим определением на носителе кинетическим методом.

4. Разделение органических соединений методами бумажной и тонкослойной хроматографии с их последующим определением на сорбенте предложено использовать как вариант сорбционно-кинетического метода, обеспечивающий селективное определение органических аналитов. Возможности подхода показаны на примере ме тодик селективного определения (в том числе полуколичественного) бензойной кислоты, глюкозы и фосфорорганических пестицидов на уровне ~10–5 М.

5. Показана возможность сочетания кинетических методов определения органических и неорганических аналитов с их мембранным концентрированием при проведении индикаторной реакции в принимающем растворе или в фазе нанопористых трековых мембран, в том числе модифицированных полиэлектролитными комплексами, на примерах определения 0.001 мг/л анилина и обнаружения 0.01 мг/л никеля(II).

6. Применимость предложенных подходов продемонстрирована на примерах определения (в том числе в полуколичественном и тест-вариантах) ионов металлов (Cu(II), Mn(II), Cd(II), Ni(II), Cr(III и VI)) и органических соединений (азот- и фосфорсодержащих пестицидов, тозилхлорида, бензойной кислоты, глюкозы, гистамина, анилина, 1-нафтиламина, синтетических водорастворимых полимеров) в водах, пищевых продуктах, биологических жидкостях и других объектах.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ 1. Beklemishev M.K., Stoyan T.A., Dolmanova I.F. Sorption-Catalytic Determination of Manganese Directly on a Paper-Based Chelating Sorbent // Analyst. 1997. V. 122. No 10. P. 1161–1165.

2. Ефремова Т.А., Беклемишев М.К., Шумский А.Н., Долманова И.Ф. Определение марганца каталитическим методом по реакции окисления 3,3',5,5'тетраметилбензидина периодатом калия // Вестник МГУ. Сер. 2. Химия. 1998. Т.

39. Вып. 4. С. 261–264.

3. Капанадзе А.Л., Беклемишев М.К., Долманова И.Ф. Определение фосфорсодержащих пестицидов каталитическим методом на пластинках для тонкослойной хроматографии // Ж. аналит. химии. 1999. Т. 54. № 11. С. 1182–1187.

4. Beklemishev M.K., Petrova Yu.Yu., Dolmanova I.F. Sorption-Catalytic Testing of Copper on a Paper-based Sorbent with Attached Alkylamino-groups // Analyst. 1999.

V. 124. No 10. P. 1523–1527.

5. Beklemishev M.K., Kapanadze A.L., Bakhilina N.V., Dolmanova I.F. Accelerating Effect of Silica on the Indicator Reaction o-Dianisidine – H2O2 // Talanta. 2000. V. 51. No 2. P. 389–394.

6. Beklemishev M.K., Stoyan T.A., Dolmanova I.F. Sorption-catalytic determination of cadmium using bromobenzothiazo noncovalently bound to silica and paper // Fres. J.

Anal. Chem. 2000. V. 367. No 1. P. 17–23.

7. Петрова Ю.Ю., Беклемишев М.К., Бажанова Н.А., Дружинин А.А., Долманова И.Ф. Определение меди по ее каталитическому действию в реакции окисления пероксидом водорода, проводимой на носителях // Ж. аналит. химии. 2000. Т. 55.

№ 3. С. 318–325.

8. Beklemishev M.K., Petrova Yu.Yu., Dolmanova I.F. Sorption-Catalytic Determination of Imazapyr on a Copper-Containing Sorbent // Mikrochim. Acta. 2001. V. 136. No 1– 2. P. 35–41.

9. Долманова И.Ф., Шеховцова Т.Н., Беклемишев М.К. Сорбционно-каталитические тест-методы // Журн. аналит. химии. 2002. Т. 57. № 10. C. 1043–1051.

10. Беклемишев М.К., Петрова Ю.Ю., Абрамова О.М., Долманова И.Ф. Сорбционнокаталитический метод определения азотсодержащих органических соединений // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2003. Т. 44. № 2. С. 115–122.

11. Софьина Н.А., Беклемишев М.К., Капанадзе А.Л., Долманова И.Ф. Сорбционнокаталитический метод определения хрома // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия.

2003. Т. 44. № 3. С. 189–198.

12. Shekhovtsova T.N., Dolmanova I.F., Beklemishev M.K. Novel Hybrid SorptionCatalytic Method of Chemical Analysis // Egypt. Journal of Analytical Chemistry.

2003. V. 12. P. 9–13.

13. Popova I.E., Kiryushchenkov E.N., Filippova N.V., Beklemishev M.K. Determination of nickel(II) by its catalytic action in the oxidation of 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine by periodate // Mendeleev Communications. 2004. V. 14. No 5. P. 223–225.

14. Беклемишев М.К., Кирющенков Е.Н., Стоян Т.А., Долманова И.Ф. Каталитический метод определения металлов-ингибиторов – кадмия(II), никеля(II) и цинка(II) // Журн. аналит. химии. 2005. Т. 60. № 6. С. 662–669.

15. Беклемишев М.К., Кирющенков Е.Н., Скосырская Е.К., Петренко А.М. Особенности периодат-иона как окислителя в индикаторных реакциях с ароматическими аминами в кинетических методах анализа // Ж. аналит. химии. 2006. Т. 61. № 11.

С. 1157–1164.

16. Беклемишев М.К., Николаев И.В., Беляева Л.Ю. Реакции радикальной полимеризации как индикаторные для определения органических соединений // Вестн.

Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2007. Т. 48. № 6. С. 407–417.

17. Козел С.В., Скосырская Е.К., Беклемишев М.К. Кинетические методы определения водорастворимых полимеров // Журн. аналит. химии. 2008. Т. 63. № 7. С. 760– 767.

18. Belkova A.A., Sergeeva A.I., Apel P.Y., Beklemishev M.K. Diffusion of aniline through a polyethylene terephthalate track-etched membrane // J. Membr. Sci. 2009. V.

330. No 1–2. P. 145–155.

19. Беляева Л.Ю., Прохорова А.Ф., Беклемишев М.К. Определение бензоат-иона методом бумажной хроматографии с детектированием по ингибирующему действию в реакции фотосенсибилизированного автоокисления пирогаллола "А" // Ж. аналит. химии. 2010. Т. 65. № 1. С. 66–72.

20. Петрова Ю.Ю., Беклемишев М.К., Гиновкер А.Г. Способ определения меди(II) в сыворотке крови. Патент на изобретение № 2225618. Патентообладатель: Сургут ский гос. университет. Приоритет изобретения от 18 июня 2001 г. Зарег. в Гос.

реестре изобретений РФ 10 марта 2004 г.

Благодарности Автор выражает глубокую признательность доц. И.Ф.Долмановой, без которой эта работа не могла бы состояться, академику Ю.А.Золотову, который взрастил автора как аналитика, привил ему пристрастие к методам разделения и поддерживал эту работу, проф. Т.Н.Шеховцовой, оказавшей всестороннюю помощь и содействие. Автор благодарит д.х.н. Г.И.Цизина, который предоставил бумажные фильтры с привитыми комплексообразующими группами, д.х.н. А.А.Дружинина, предложившего способ модифицирования промежуточного продукта реакции окисления гидрохинона, д.х.н. П.Ю.Апеля, совместно с которым проведены исследования трековых мембран, сотрудников Института эколого-технологических проблем (К.М.Ефимова, А.И.Дитюка, С.В.Козела), к.т.н. Ю.Л.Шишкина (РГУНГ им. Губкина), проф.

Г.А.Евтюгина и к.х.н. Е.Е.Стойкову (Казанский гос. университет), к.х.н. Л.Н. Банных (ГЕОХИ РАН), проф. А.Г.Гиновкера (Сургутский гос. университет), Ю.Д.Когана (НПО "Сорбполимер"), к.х.н. А.В.Гаршева (ФНМ МГУ), к.х.н. С.С.Абрамчука (ИНЭОС РАН), д.х.н. О.Т.Касаикину (ИХФ РАН), сотрудников Химического факультета МГУ: д.х.н. С.С.Бердоносова, профессоров М.Г.Кузьмина, В.Л.Иванова, М.Я.Мельникова, А.А.Карякина, С.Г.Дмитриенко, И.А.Ревельского, С.А.Еремина, А.В.Пирогова, доц. Г.В.Прохорову, Е.Н.Шаповалову, И.П.Витер, Н.М.Сорокину, И.А.Веселову, С.В.Мугинову, к.х.н. А.Ф.Прохорову и А.В.Борисову.

В экспериментальной работе участвовали аспиранты и студенты Т.А.Стоян, Ю.Ю.Петрова, Е.Н.Кирющенков, Л.Ю.Беляева, А.А.Белкова, А.Л.Капанадзе, Н.В.Баукина, Н.В.Бахилина, В.Н.Кулешов, Н.А.Софьина, О.М.Абрамова, Т.Д.Гущина, Н.В.Филиппова, И.Э.Попова, А.И.Гринблат, А.В.Кузнецова, А.В.Баглаева, А.В.Моисеева, Е.К.Скосырская, А.В.Дитюк, С.В.Козел, С.Г.Чирков, А.А.Игошин, А.О.Лобанова. Многие сотрудники кафедры аналитической химии Химического факультета МГУ на каком-то этапе помогли выполнению этой работы.

Я считаю своим приятным долгом выразить всем этим людям свою искреннюю благодарность.

Автор благодарит Российский фонд фундаментальных исследований за финансовую поддержку (гранты № 97-03-33578-а, 98-03-32659-а, 00-03-32548-а, 04-0333116-а, 07-03-00556-а, 10-03-01023-а).




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.