Введение к работе
Актуальность работы. Экотоксичные соединения переходных и тяжелых металлов составляют одну из наиболее опасных и широко распространенных групп веществ, загрязняющих окружающую среду. В последнее время предъявляются все более высокие требования к аналитическому контролю содержания этих металлов в различных природных объектах, в первую очередь в питьевых, природных и сточных водах. Такой контроль все чаще проводят с помощью хроматографических методов, в том числе методом ионной хроматографии (ИХ). Для этого метода характерны высокая селективность и экспрессность анализа, низкие минимально определяемые концентрации ионов, простота про-боподготовки, возможность одновременно определять состав многокомпонентных смесей и выявлять различные ионные формы элемента в растворе, универсальность и относительно невысокая стоимость оборудования. Все это обусловливает широкое применение метода ИХ при анализе таких объектов, как питьевые, сточные, морские, речные, озерные и другие воды, геологические, технологические и биологические объекты и т.д.
Однако продолжает оставаться актуальной задача повышения селективности и чувствительности ионохроматографического определения наиболее экотоксичных катионов переходных, тяжелых и некоторых щелочноземельных металлов.
Дальнейшее развитие метода ИХ требует решения ряда экспериментальных и теоретических задач - поиска новых ионообменных и комплексообразующих сорбентов, новых элюентов и способов детектирования, обеспечивающих разделение и количественное определение возможно большего числа ионных форм металлов. Представляется важной и проблема априорного выбора условий разделения ионов металлов с учетом их хроматографического поведения и параметров хрома-тографической системы в целом.
Большие возможности несут в себе такие методические подходы к разделению ионов металлов, как ион-парная хроматография и хроматография с использованием межионных взаимодействий, позволяющие регулировать селективность разделения путем изменения природы и концентрации используемого ион-парного реагента.
Необходимо также дальнейшее совершенствование аппаратуры и
техники выполнения хроматографического анализа, создание новых
методических вариантов ИХ для решения проблем концентрирования,
устранения мешающего влияния преобладающих компонентов анализиру
емого материала, повышения качества разделения и ускорения анали
за. '
Цель и задачи исследования. Настоящая работа имела целью разработку высоко селективных ионохроматографических систем для определения катионов щелочноземельных, переходных и тяжелых металлов в водных средах с применением новых сорбентов, условий элюирования и детектирования. Основные объекты анализа - морские, поверхностные, питьевые и сточные воды, а также некоторые геологические объекты.
Необходимо было решить следующие основные задачи:
разработать и исследовать динамически модифицированные ионообменные сорбенты на основе доступных обращенно-фазовых сорбентов; изучить хроматографическое поведение на них катионов щелочноземельных, переходных и тяжелых металлов при использовании различных элюентов, в том числе содержащих комплексообразующие агенты;
на основе обобщения экспериментальных данных с использованием теории ионного обмена разработать способ априорного расчета оптимального состава элюентов, содержащих комплексообразующие агенты;
изучить хроматографическое поведение катионов щелочноземельных, переходных и тяжелых металлов на комплексообразующих сорбентах с иминодиацетатными и амидоксимными функциональными группами и разработать оптимальные условия хроматографического разделения ионов металлов на этих сорбентах;
разработать условия ионохроматографического определения состава многокомпонентных смесей анионных комплексов металлов на химически и динамически модифицированных анионитах с применением прямого и косвенного УФ-детектирования;
разработать рациональные многомерные ионохроматографичес-кие схемы для достижения полного разделения многокомпонентных смесей катионов переходных и тяжелых металлов.
Научная новизна. Разработаны методические варианты ионохро-матографического разделения на динамически покрытых и комплексо-образующих сорбентах катионов щелочноземельных, переходных и тяжелых металлов в изократическом и градиентном режимах.
Разработан способ априорного расчета оптимального состава элюента, содержащего более одного комплексообразующего агента,для разделения многокомпонентных смесей катионов заданного состава.
Предложен новый комплексообразующий реагент в подвижной фазе - метоксиамин (о-метилгидроксиламин) гидрохлорид, обеспечивающий возможность одновременного и быстрого определения катионов алюминия и трехвалентного хрома.
Изучен механизм удерживания оксалатных комплексов переходных и тяжелых металлов на сорбенте с амидоксимными функциональными группами.
Разработан способ хроматографического определения катионов переходных и тяжелых металлов в виде анионных комплексов с пири-дин-2,6-дикарбоновой и этилендиаминтетрауксусной кислотами.
Предложены многомерные схемы для хроматографического разделения катионов металлов и устранения мешающего влияния матричных компонентов.
Практическая ценность работы. Разработаны условия ионохрома-тографического разделения многокомпонентных смесей катионов щелочноземельных, переходных и тяжелых металлов с использованием новых доступных динамически покрытых сорбентов. Разработаны методические варианты ионохроматографического определения важных в экологическом отношении катионов Al3+, Cr3+, Zn2 + , Ni2+. Со2+, Cd2+, Fe2+, Cu2+, Mn2 + , Hg2*^ Pb2 + с использованием прямого и косвенного УФ-детектирования.
Разработаны условия ионохроматографического анализа смесей катионов щелочноземельных, переходных и тяжелых металлов с использованием сорбентов с иминодиацетатными и амидоксимными функциональными группами.
Разработаны и испытаны многомерные схемы для хроматографического разделения многокомпонентных смесей катионов металлов, обеспечивающие устранение мешающего влияния матричных компонентов анализируемых объектов.
Автор выносит на зашиту:
-
Данные об ионохроматографическом удерживании катионов щелочноземельных, переходных и тяжелых металлов на динамически модифицированных сульфокатионитах при использовании элюентов, не содержащих комплексообразующие реагенты, и различных способов детектирования.
-
Способ априорного расчета оптимальных условий ионохрома-тографического разделения многокомпонентных смесей катионов переходных металлов на сульфокатионитах с использованием элюентов, содержащих комплексообразующие реагенты.
-
Результаты исследования ионохроматографического поведения катионов щелочноземельных, переходных и тяжелых металлов на комп-лексообразующих иминодиацетатном и амидоксимном сорбентах.
-
Способы разделения и определения катионов переходных и тяжелых металлов в виде их дипиколинатных и этилещщаминтетрааце-татных комплексов в варианте ион-парной и анионообменной хроматографии.
Апробация работы и публикации. Основное содержание работы изложено в 10 статьях, 16 тезисах докладов. Результаты исследований доложены на 1-й Всесоюзной конференции по ионной хроматографии (Москва, 1988г.), XV Менделеевском съезде по общей"и прикладной химии (Минск, 1993г.), Международном симпозиуме по ионной хроматографии (Балтимор ( США), 1993г.), Международном симпозиуме по ВЭЖХ и колоночной хроматографии (Миннеаполис (США), 1994г.), Международном симпозиуме по ионной хроматографии (Турин (Италия), 1994г.), Международной конференции по инструментальным методам анализа (Пекин (КНР),1995г.).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 213 страницах машинописного текста, включает 42 рисунка и 31 таблицу. Диссертация состоит из введения, литературного обзора (глава 1), четырех глав с изложением результатов собственных исследований (главы 2-5), выводов, списка использованной литературы, содержащего 152 наименования.
