Каталитические и сорбционно-каталитические методы определения металлов с использованием реакции окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидина периодатом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.02, кандидат химических наук Кирющенков, Евгений Николаевич

• Кирющенков, Евгений Николаевич
• кандидат химических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат химических наук Кирющенков, Евгений Николаевич

Список сокращений 10Литературный обзор

Глава I, Сорбционно-каталитический метод химического анализа

Глава

II. Кинетические методы определения марганца(11), никеля(11),кадмия(11) и цинка(11) 18II. 1. Методы определения марганца(11) 18П.2. Методы определения никеля(11) 26П.З. Методы определения кадмия(11) 30II.4. Методы определения цинка(11) 34Экспериментальная часть

Глава

III. Исходные реагенты, посуда, аппаратура, методика эксперимента 37III. 1. Исходные реагенты и материалы

111.2. Посуда и аппаратура

111.3. Методика эксперимента

Глава

IV. Проведение реакции окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидинапериодатом в присутствии кадмия(11), никеля(11), цинка(11) и марганца(11) врастворе 43IV. 1. Индикаторная реакция окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидинапериодатом 44IV.2. Определение кадмия(11), никеля(11) и цинка(11) по ихингибирующему действию 48IV.3. Влияние ряда органических соединений на действие ионовметаллов в реакции окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидинапериодатом 55IV.3.1. Влияние органических лигандов на каталитическоедействие марганца(11) в индикаторной реакции 56IV.3.2. Влияние органических лигандов на ингибирующеедействие никеля(11) в индикаторной реакции 62IV.4. Определение никеля(11) в растворе по его действию в реакцииокисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидина периодатом в присутствиидиметилглиоксима 67IV.4.1. Оптимизация условий определения никеля(11) в растворев присутствии диметилглиоксима 67IV.4.2. Влияние посторонних ионов на определение никеля(11) врастворе 71IV.4.3. Определение никеля(11) в природных водах 73IV.4.4. Определение никеля(11) в маргарине "Слобода" 74IV.4.5. Тест-определение никеля(11)

Глава

V. Предполагаемая схема протекания индикаторной реакции и действия вней ионов металлов 81V. 1. Кинетика некаталитической реакции окисления

3,3',5,5'-тетраметилбензидина периодатом 81V. 1.1. Составление кинетической схемы индикаторной реакции 82V. 1.2. Сопоставление расчетного кинетического уравнения сданными эксперимента 85V.2. Причины каталитического и ингибирующего действия ионовметаллов 90V.2.1. Каталитическое действие ионов металлов 92V.2.2. Ингибирующее действие ионов металлов

Глава

VI. Определение кадмия(11), никеля(11), цинка(11) и марганца(11) сиспользованием реакции окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидина периодатомна поверхности носителей ' 101VI. 1. Выбор носителей 101VI.2. Определение кадмия(11), никеля(11) и цинка(11) по ихингибирующему действию на поверхности кремнезема 103VI.3. Определение никеля(11) по его каталитическому действию вприсутствии диметилглиоксима на поверхности кремнезема 107VI.4. Определение марганца(11) по его каталитическому действию вприсутствии 2,2'-дипиридила 113VI.5. Влияние природы сорбента с привитыми группами накаталитическое действие ионов металлов 118VI.5.1. Каталитическое действие марганца(11) на поверхностибумаг с привитыми группами 119VI.5.2. Определение марганца(11) на ЭДАТА-фильтрах 125VI.5.3. Определение ЭДТА по его ингибирующему действию наДЭТАТА-фильтрах 126VI.6. Определение никеля(11) сорбционно-каталитическим методом 128VI.6.1. Выбор варианта осуществления сорбции никеля(11) 128VI.6.2. Определение никеля(11) по его каталитическомудействию с предварительной сорбцией 133VI.7. Определение кадмия(11) сорбционно-каталитическим методом 136Выводы 145Список публикаций автора

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Каталитические и сорбционно-каталитические методы определения металлов с использованием реакции окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидина периодатом»

Список сокращений 10

Литературный обзор 11

Глава I. Сорбционно-каталитический метод химического анализа 11

Глава II. Кинетические методы определения марганца(И), никеля(Н), кадмия(Н) и цинка(Н) 18

II. 1. Методы определения марганца(И) 18

11.2. Методы определения никеля(Н) 26

11.3. Методы определения кадмия(Н) 30

11.4. Методы определения цинка(Н) 34

Экспериментальная часть 37

Заключение диссертации по теме «Аналитическая химия», Кирющенков, Евгений Николаевич

Выводы

1. Изучены кинетические зависимости и выяснены оптимальные условия ингибирующего действия кадмия(И), никеля(Н) и цинка(И) в реакции окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидина (ТМБ) периодатом. Разработаны методики определения этих металлов каталитическим методом в водном растворе: М0*2-0.1 мкг/мл Сё(Н), 0.5-3.0 мкг/мл N¡(11) и 2-10 мкг/мл гп(Н).

2. Обнаружено, что диметилглиоксим позволяет перевести действие никеля(Н) в реакции ТМБ - периодат из ингибирующего в каталитическое. Каталитически активной частицей, по-видимому, является диметилглиоксимат никеля. Разработана селективная методика определения

3-Ю-4 - 1-Ю*2 мкг/мл никеля(Н) в растворе.

3. Показано, что диапазон рН и оптимальные концентрации компонентов в реакции окисления ТМБ периодатом для ингибиторов - Сс1(И), N¡(11), Тп{\\) -и катализаторов - Мп(Н) и N¡(11) в присутствии и отсутствие активаторов -совпадают.

4. Разработаны методики сорбционно-каталитического определения 7-10"3 —

4-Ю"1 мкг Сс1(Н), 6-10"3 -2-10'2 мкг Zn(ll) и 7-Ю*3 -4-10*1 мкг N¡(11), а также 7Т0"4-7-10"2 мкг N¡(11) в присутствии диметилглиоксима на пластинках кремнезема "Сорбфил". Показано, что действие металлов-ингибиторов в данной индикаторной реакции, проводимой на носителе, проявляется в меньшей степени, чем в растворе.

5. На примере катализа марганцем индикаторной реакции, проводимой на поверхности бумаги с привитыми группами, показано, что активирующее действие проявляется в случае привитых ЭДАТА- и ДЭТАТА- групп и отсутствует для ИДА- и ТЭТАПА-групп, что объяснено числом аминокарбоксильных группировок и топологией лиганда.

6. Кинетические зависимости, оптимальные концентрации реагентов и диапазон рН в растворе и на носителях существенно не различаются. Сделано предположение об общности механизма реакции в растворе и на носителях.

На основании кинетических данных предложена схема окисления ТМБ периодатом в растворе. Реакция представляет собой разветвленный цепной радикальный процесс, в котором скорость-лимитирующей стадией развития цепи является мономолекулярный переход одной из форм продолжающего цепь иода(У1) в более реакционноспособную. Ингибирующее действие Хп{\\). Сё(Н) и N¡(11) в реакциях окисления периодат-ионом предположительно объясняется ускорением стадии обрыва цепи при диспропорционировании иода(У1), а каталитическое действие марганца - его попеременным окислением-восстановлением.

Разработаны тест-методики определения с визуальной регистрацией окраски: никеля(Н) по его каталитическому действию в присутствии диметилглиоксима в растворе, в интервале концентраций 5-Ю"2 - 10 мкг/мл; кадмия(Н) по его ингибирующему действию в индикаторной реакции, проводимой в варианте "сэндвич-прикладывания", в интервале концентраций 1-Ю'4- 5-10'3 мкг/мл; марганца(П) по его каталитическому действию в присутствии 2,2'-дипирилила на поверхности фильтровальной бумаги, в интервале содержаний МО-7 - 1-10"1 мкг.

Список публикаций автора

Статьи

1. Popova I.E., Kiryushchenkov E.N., Filippova N.V., Beklemishev M.K. Determination of nickel(II) by its influence on the oxidation of 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine with periodate. // Mendeleev Communications. 2004. V. 14. P. 223-225.

2. Беклемишев M.K., Кирющенков E.H., Стоян Т.А., Долманова И.Ф. Каталитический метод определения металлов-ингибиторов - кадмия(П), никеля(И) и цинка(Н). // Журн. аналит. химии. 2005. Т. 60. № 6. С. 662-669.

3. Беклемишев М.К., Кирющенков E.H., Скосырская Е.К., Петренко A.M. Особенности периодат-иона как окислителя в индикаторных реакциях с ароматическими аминами. // Журн. аналит. химии. 2006 (в печати).

Тезисы докладов

1. Кирющенков E.H. Сорбционно-каталитический метод определения кадмия: разработка тест-средства. // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2000". Москва. 12-15 апреля 2000 г. Тез. докл. С. 11.

2. Кирющенков E.H. Изучение кинетики и механизма реакции окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидина периодатом в присутствии Cd(II) и Mn(II). // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2001". Москва. 10-13 апреля 2001 г. Тез. докл. С. 18.

3. Стоян Т.А., Беклемишев М.К., Кирющенков E.H., Долманова И.Ф. Тест-методики определения Mn(II) и Cd(II) сорбционно-каталитическим методом. // Всероссийский симпозиум "Тест-методы химического анализа". Москва. 28-30 ноября 2001 г. Тез. докл. С. 13.

4. Кирющенков E.H., Филиппова Н.В. Сорбционно-каталитический метод определения никеля(Н). // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2002". Москва. 9-12 апреля 2002 г. Тез. докл. С. 19.

5. Кирющенков Е.Н., Стоян Т.А., Беклемишев М.К., Долманова И.Ф. Сорбционно-каталитический метод определения металлов-ингибиторов. // Международный симпозиум "Разделение и концентрирование в аналитической химии". Туапсе. 6-11 октября 2002 г. Тез. докл. С. 187.

6. Попова Н.Э., Кирющенков Е.Н. Сорбционно-каталитический метод определения никеля(Н). // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003". Москва. 15-18 апреля 2003 г. Тез. докл. С. 17.

7. Попова И.Э., Кирющенков Е.Н., Стоян Т.А., Беклемишев М.К. Сорбционно-каталитический метод: определение никеля(Н). // Международный Форум "Аналитика и аналитики". Воронеж, Россия, 2-6 июня 2003 г. Каталог рефератов и статей. Т. 1. С. 97.

8. Кирющенков Е.Н., Царёв А.А., Румненко Н.Д., Беклемишев М.К. Сорбционно-каталитический метод определения цинка. // IV Всероссийская конференция молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии". Саратов, 23-25 июня 2003 г. Тез. докл. С. 164.

9. Kiryushchenkov E.N., Beklemishev М.К. Sorption-catalytic testing of cadmium in water samples. // Sixth International Symposium & Exhibition on Environmental Contamination in Central & Eastern Europe and the Commonwealth of Independent States 1-4 September 2003, Prague, Czech Republic. Symposium Program. P. 152.

10. Кирющенков E.H., Попова И.Э., Стоян T.A., Беклемишев М.К. Сорбционно-каталитический метод определения металлов-ингибиторов. // V Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды "Экоаналитика-2003" с международным участием. Санкт-Петербург, Россия, 6-10 октября 2003 г. Тез. докл. С. 70.

11. Kiryushchenkov E.N., Beklemishev М.К., Dolmanova I.F. Sorption-Catalytic Method for the Determination of Cadmium(II) and Nickel(II) in Water

Contaminated with Heavy Metals. // Environmental Physics Conference 24-28 February 2004, Minya, Egypt. Book of Abstracts. DM 1-5.

12.Кирющенков E.H., Казаков А.Э., Беклемишев M.K., Долманова И.Ф. Определение никеля сорбционно-каталитическим методом с визуальной и инструментальной регистрацией. // Всероссийская конференция по аналитической химии "Аналитика России 2004". Москва, 27 сентября - 1 октября 2004 г. Тез. докл. С. 295.

Расширенные тезисы докладов

1. Kiryushchenkov E.N., Beklemishev М.К. Sorption-catalytic testing of cadmium in water samples. // Collected Articles of Sixth International Symposium & Exhibition on Environmental Contamination in Central & Eastern Europe and the Commonwealth of Independent States. 1-4 September 2003, Prague, Czech Republic. http://www.prague2003.fsu.edu/content/pdf/250.pdf

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Кирющенков, Евгений Николаевич, 2006 год

1. Endo М., Abe Sh., Deguchi Yu., Yotsuyanagi T. Kinetic determination of trace cobalt(1.) by visual autocatalytic indication. // Talanta. 1998. V. 47. № 2. P. 349.

2. Золотов Ю.А., Иванов B.M., Амелин В.Г. Химические тест-методы анализа. М.: УРСС, 2002. С. 58.

3. Cai Quihua, Gu Во, Zhang Yuyong. Determination of vanadium(V) by means of a Landolt reaction. // Talanta. 1989. V. 36. № 6. P. 665.

4. Abe Sh., Kanno A., Hasegawa K., Endo M. A simple analytical method for monitoring the total concentration of heavy metal ions in environmental waters. // Int. J. Environ. Anal. Chem. 1990. V. 42. № 1-4. P. 45.

5. Kolotyrkina I.Ya., Shpigun L.K., Zolotov Ya.A., Tsysin G.I. Shipboard flow injection method for the determination of manganese in sea-water using in-valve preconcentration and catalytic spectrophotometric detection. // Analyst. 1991. V. 116. №7. P. 707.

6. Бабко A.K., Максименко T.C. Определение микроколичеств сульфидной серы по ее каталитическому действию на восстановление ионов серебра двухвалентным железом. // Журн. аналит. химии. 1967. Т. 22. № 4. С. 570.

7. Tikhnova L.P., Bakay Е.А., Prokhorenko Е.Р., Tarkovskaja I.A., Svarkovskaya

8. P. Catalytic methods of platinum metals determination with use of solid carries, th

9. The 5 International Symph. Kinetics in Analytical Chemistry. 1995. Moscow. Russia. 1995 (September 25-28). P. 224.

10. Miiller H. Catalytic determination of Ru and Ir after chromatography separation. // CRC Crit. Rev. Anal. Chem. 1982. V. 13. P. 313.

11. 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. № 10. P. 1523.

12. Beklemishev M.K., Stoyan T.A., Dolmanova I.F. Sorption-catalytic determination of manganese(II) directly on a paper-based chelating sorbent. // Analyst. 1997. V. 122. P. 1161.

13. Гудзенко JI.B., Панталер Р.П., Авраменко Л.И., Бланк А.Б. Экспрессноеполуколичественное определение ванадия в водах. // Журн. аналит. химии. 1998. Т. 53. № 11. С. 1189.

14. Гудзенко Л.В., Панталер Р.П., Авраменко Л.И., Бланк А.Б. Определение марганца в питьевой воде с использованием экспресс-теста. // Журн. аналит. химии. 1996. Т. 51. № 9. С. 993.

15. Буданова H.A., Золотова Г.А., Долманова И.Ф. Кинетический метод определения аденозинтрифосфорной кислоты. // Вест. Моск. Ун-та. Сер. 2. Хим. 1997. Т. 38. № 3. С. 182.

16. Петрова Ю.Ю., Беклемишев М.К., Долманова И.Ф. Сорбционно-каталитический метод определения имазапира на медь-содержащем сорбенте. // Тез. IV Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды. Краснодар. 2000 (17-23 сентября). С. 337.

17. Абрамова О.М. Сорбционно-каталитический метод определения азотсодержащих соединений. Дипл. работа. М.: МГУ. 2001. 88 с.

18. Смирнова Е.Б., Хусед Ю.Г., Золотова Г.А., Долманова И.Ф. Методика каталитического определения альдегидов с использованием тонкослойной хроматографии. // Журн. аналит. химии. 1996. Т. 51. № 9. С. 984.

19. Золотова Г.А., Стрельцова И.Д., Горшкова Т.А. Юсуф Б.А., Володина М.А., Долманова И.Ф. Каталитический метод определения микроколичеств альдегидов. //Журн. аналит. химии. 1984. Т. 39. С. 1886.

20. Beklemishev М.К., Kapanadze A.L., Bakhilina N.V., Dolmanova I.F. Acceleration effect of silica on the indicator reaction o-dianisidine H2O2. // Talanta. 2000. V. 51. № 2. P. 389.

21. Петрова Ю.Ю., Беклемишев М.К., Дружинин А.А., Долманова И.Ф. Тест-метод определения следов меди каталитическим методом // Тез. VII Всероссийской конференции Органические реагенты в аналитической химии. Саратов. 1999 (20-25 сентября). С. 83.

22. Яцимирский К.Б. Кинетические методы анализа.- М.: Химия, 1967. 199 с.

23. Бланк А. Б., Воронкова А.Я. Кинетический метод определения следов марганца в высокочистых веществах. // Зав. лаб. 1965. № 31. С. 1299.

24. Liu Yu., Wang F., Meng В., Zhou L. Determination of trace manganese in well water by catalytic kinetic spectrophotometry. // Fenxi Shiyanshi. 2001. V. 20. №

25. P. 24. // Chem. Abstr. 134:242285.

26. Liu Ch. Kinetics of oxidation of l,5-bis(2-hydroxy-5-sulfophenyl)-3-cyanoformazan by Н2Ог catalyzed by Mn(II) and its application. // Fenxi Shiyanshi. 2001. V. 20. № 4. P. 37. // Chem. Abstr. 135:362221.

27. Лаврухина A.K., Юкина Л.В. Аналитическая химия марганца. М.: Наука, 1974. С. 82.

28. Geng Z. Kinetic method for determination of manganese. // Chem. I. Chin. Univ. 1988. V. 9. № 11. P. 1114.//Chem. Abstr. 110:349481.

29. Klockow D., Heiner L., Miguel A.G. Kinetic method for the determination fluoride in the parts-per-billion range. // Anal. Chem. 1970. V. 42. № 14. P. 1682.

30. Fukasawa T. Determination of ultratrace amouns of Mn(II) in human hair. // Bunseki Kagaku. 1973. V. 22. P. 1968.

31. Perez-Bendito D., Valcartel M., Ternero M., Pino F. Kinetic determination of traces of manganese(II) by its catalytic effect on the autoxidation of 1,4-dihydroxy phthalimide dithiosemicarbazone. // Anal. Chim. Acta. 1977. V. 94. №2. P. 405.

32. Zhang X. Catalytic determination of manganese. // Hebei Dama Xuebao, Ziran Kexueban. 1992. V. 12. № 1. P. 72. // Chem. Abstr. 117:231636.

33. Zhang X., He Y. Determination of trace manganese in grain and legume crops by catalytic photometry. // Huaxue Shiji. 1992. V. 14. № 3. P. 173. // Chem. Abstr. 117:149618.

34. Zi Y. Determination of traces of manganese(II) by its catalytic action in the oxidation of fuchsine dye. // Lihua Yianya. 1994. V. 30. № 2. P. 86. // Chem. Abstr. 121:234742.

35. Zhou H. A new catalytic method for determination of manganese. // Huaxue Tonqbao. 1994. V. 4. P. 42. // Chem. Abstr. 121:141690.

36. Liu R., Zhang A., Liu D.,Wang S. Determination of manganese in Chinese tea leaves by a catalytic kinetic spectrophotometric method // Analyst. 1995. 120. № 4. P. 1195.

37. Pan Z. Sensitive catalytic method for determination of ultratrace manganese(II). // Fenxi Shiyashi. 1994. V. 13. № 1. P. 20. // Chem. Abstr. 121:242558.

38. Zhang G., Cheng D. X., Feng S. Study on catalytic fluorimetric determination of trace manganese. // Talanta. 1993. V. 40. № 7. P. 1041.

39. Zhang C. Determination of Mn(II) by its catalytic action in the rodamine -perioadate system. // Fenxi Huaxue. 1993. V. 21. № 8. P. 931. // Chem. Abstr. 120:118396.

40. Zhang X. Kinetic spectrophotometric method for determination of manganese(II). // Huaxue Tonqbao. 1994. V. 4. P. 31. // Chem. Abstr. 121:124843.

41. Zhang X. Determination of trace amounts of Mn(II) by its catalytic action in oxidation of Methyl Red dye. // Huanjing Huaxue. 1992. V. 11. № 1. P. 39. // Chem. Abstr. 118:164362.

42. Gao S., Zhang G., Zhang Sh. Spectrophotometric determination of trace manganese by catalytic kinetics. // Shenyang Huagong Xueyuan Xuebao. 1999. V. 13. № 4. P. 309. // Chem. Abstr. 133:26220.

43. Mutaftchiev K.L. Kinetic determination of nanogram levels of manganese(II) by Naphthol Blue Black potassium periodate - 1,10-phenanthroline system. // Mikrochimica Acta. 2001. V. 136. № 1-2. P. 79.

44. Mutaftchiev K.L. Kinetic spectrophotometric determination of nanogram levels of manganese(II) by azo dye potassium periodate - 1,10-phenanthroline system. // Journal of Chemistry. 2002. V. 26. № 1. P. 9.46