Сотрудники лаборатории инструментальных методов и органических реагентов Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН совместно с коллегами из Институт общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН апробировали гидрогели в качестве полимерных лигандов (молекул, образующих комплексы с ионами металла) для концентрирования и выделения неорганических соединений при подготовке жидких проб.

Поликомплексы впервые охарактеризованы методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), который селективно фиксирует параметры неспаренных электронов, характеризующие их вращение вокруг своей оси. Результаты исследований опубликованы в журнале «Сорбционные и хроматографические процессы».

Поиск новых сорбентов для концентрирования веществ — одна из важных задач аналитической химии в плане современного мониторинга водных объектов. Источники водоснабжения необходимо регулярно контролировать, качество природной воды также является показателем состояния экосистем. Применение сорбентов при отборе воды для анализа упрощает подготовку сложных проб, позволяет применять для определения абсорбата твёрдый концентрат и оперативно регистрировать результаты многоэлементными инструментальными методами в портативном исполнении in situ.

Авторами предложена стратегия совершенствования пробоподготовки для определения ионов металлов высокочувствительными многоэлементными методами аналитической химии, что позволит значительно сократить трудоёмкость анализа жидких проб, сэкономить реактивы и увеличить число одновременно определяемых компонентов.

Для концетрирования ионов металлов использовали слабосшитые полимерные гели на основе полиакриламида. В воде гидрогели сильно набухают (рН 4-7), что позволяет проводить сорбцию элементов не только на поверхности, но и внутри гранул полимера. Концентрирование проводят в статическом режиме, поместив навеску гидрогеля в определенный объём пробы воды, с последующим высушиванием на воздухе при 100 °С.

Цель работы — получение и изучение методом ЭПР спектроскопии твёрдых полимерных концентратов в плане подтверждения сорбции элементов в гидрогелях для дальнейшей разработки методик пропободготовки различных водных объектов. Для этого получали индивидуальные и бинарные полимерные комплексы парамагнитных элементов Cu(II), Gd(III), V(IV), Mn(II) и Fe(III) из модельных растворов их солей и высушивали (рис. 1). Для подтверждения сорбции и надёжного связывания элементов в полимерные комплексы использовали метод ЭПР-спектроскопии при комнатной температуре. Экспериментально полученные новые спектры ЭПР сравнивали с теоретическими (рис. 2). Показано, что при высушивании слабосшитые полимерные гели полностью освобождается от молекул воды, а сорбция металлов зависит от рН, увеличиваясь с увеличением рН раствора.

Рисунок 1. Сорбция ионов меди (II) гидрогелем из раствора сульфата меди

При совместном присутствии ионы металлов образуют более сложные соединения, чем в случае индивидуальной сорбции. Определено, что при комплексообразовании металлов с гидрогелями ближайшая координационная сфера сильно искажается, причём природа искажения лигандного окружения зависит от элемента. В случае системы Cu(II) и V(IV) наблюдается аддитивность спектров ЭПР, а в случае Cu и Gd(III) — нет. В любом случае подтверждается образование прочных и устойчивых полимерных комплексов.

Рисунок 2. Спектры ЭПР комплексов гидрогеля с ионами Cu(II) и Gd(III) (a) и Cu(II) и VО(II) (b) в смеси, 293 К. 1 — эксперимент, 2 — теория. (mT — миллитесла (млТл))

Сорбционное концентрирование с использованием гидрогелей предложено в качестве пробоподготовки природных и техногенных водных систем путем переведения определяемых ионов в твёрдый полимерный концентрат для дальнейшего его анализа многоэлементными инструментальными методами. Например, могут быть использованы нейтронно-активационный анализ, спектрофотометрический, цветометрический, люминесцентный анализы, спектроскопия диффузного отражения, ИК-спектроскопия, рентгенофлуоресцентный анализ, атомноабсорбционная спектрометрия с электротермической атомизацией.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: ГЕОХИ РАН.