|
Оглавление
Предисловие
На первый взгляд может показаться, что динамическое сорбционное концентрирование – относительно узкая область, в которой работает и которой интересуется малое число специалистов. Однако если внимательно посмотреть на современные публикации в области разработки высокочувствительных методов анализа объектов окружающей среды, медицины, материаловедения и многих других объектов, то окажется, что аналиты-микрокомпоненты в подавляющем большинстве случаев концентрируют сорбционными методами преимущественно в динамических условиях. Особенно это заметно на примере проточных методов анализа. Развитию теоретических основ динамики сорбции в приложении к решению химико-технологических задач уделяли и уделяют много внимания, опубликовано, например, несколько монографий (Сенявин М.М., Рубинштейн Р.Н., Веницианов Е.В. Основы расчета и оптимизации ионообменных процессов. М.: Наука, 1972; Веницианов Е.В., Рубинштейн Р.Н. Динамика сорбции из жидких сред. М.: Наука, 1983). Однако подходы к проведению динамических процессов в химической технологии и в химическом анализе могут различаться, например, в плане выбора сорбентов и условий проведения сорбции. Рассмотрению этих (теоретических) вопросов посвящена первая глава книги. Вторая и третья главы книги – обзорного характера, в этих главах авторы попытались систематизировать сведения о сорбентах, применяемых для концентрирования ионов элементов и некоторых органических веществ в динамических условиях, а также обсудить роль и формат динамических сорбционных систем в современных гибридных методах анализа. В четвертой главе приведены разработки, выполненные при участии авторов книги, нацеленные на совершенствование динамических сорбционных систем в химическом анализе: новые сорбенты для концентрирования ионов элементов в динамических условиях, нетрадиционные способы концентрирования благородных и "тяжелых" металлов в неравновесных условиях, а также способы сорбционно-спектрометрического и сорбционно-жидкостно-хроматографического определения микрокомпонентов. Большинство этих разработок выполнено в кооперации с другими учеными и аспирантами, которых нельзя не упомянуть. Так, авторы выражают глубокую признательность руководителю нашей лаборатории академику Ю.А.Золотову, соавтору практически всех наших публикаций, который, к сожалению, отказался войти в состав авторского коллектива этой книги. Авторы также признательны Асланову Л.А., Архиповой А.А., Архиповой Н.А., Бадуну Г.А., Банных Л.Н., Баскину З.Л., Беляевой В.К., Богачевой Л.В., Большову М.А., Борисовой Д.Р., Вану Д., Варшал Г.М., Велюхановой Т.К., Веницианову Е.В., Внуковской Г.Л., Галдиной Н.Н., Гончаровой Е.Н., Гребневой О.Н., Дмитриенко С.Г., Догадкину Н.Н., Дубенскому А.С., Дубовику Д.Б., Евтиковой Г.А., Емельянову К.Б., Ермакову А.И., Захарову В.Н., Иванову В.М., Ивановой Е.Н., Кадомцевой Е.Н., Калинину Б.Д., Карамышеву Л.Н., Карандашеву В.К., Кирко Е.В., Ковалеву И.А., Колотову В.П., Колотыркиной И.Я., Коншину В.В., Коншиной Д.Н., Кочелаевой Г.А., Крекнину Ю.С., Кубраковой И.В., Кудиновой Т.Ф., Кузнецову М.В., Кузьмину Н.М., Кулагиной Н.В., Лаштабега О.О., Логинову Ю.М., Майоровой Е.Н., Марову И.Н., Медвецкому А.В., Михура И.В., Моросановой Е.И., Некрасовой Н.Н., Нестеренко П.Н., Олиферовой Л.А., Орешкину В.Н., Осипову К.Б., Павлуцкой Т.И., Пантелееву Г.П., Пеннер Н.А., Писаревой В.П., Плотникову Р.И., Посоху В.В., Похлебкиной Л.П., Пуховской В.М., Пшеничных К.С., Шемараеву Д.И., Седых Э.М., Серегиной И.Ф., Смоленкову А.Д., Соколову Д.П., Сорокиной Н.М., Сохраняевой А.С., Старшиновой Н.П., Темердашеву З.А., Тихомировой Т.И., Фадеевой В.И., Федюниной Н.Н., Филиппову О.А., Формановскому А.А., Шильникову А.М., Широковой В.И., Шкиневу В.М., Шпигун Л.К., Шпигуну О.А., принимавшим участие в проведении исследований и подготовке соответствующих публикаций наряду с авторами книги. Авторы искренне признательны Г.В.Мясоедовой и всегда с большим интересом следят за ее публикациями в области сорбционного концентрирования элементов. Многие из работ авторов книги являются продолжением ее работ. Например, авторы использовали тот же подход к моделированию динамики сорбции, предложили модифицированные целлюлозные фильтры для концентрирования элементов (Г.В.Мясоедова – фильтры из волокнистых сорбентов), предложили подход к концентрированию благородных металлов, аналогичный предложенному Г.В.Мясоедовой. Введение
Концентрирование и разделение веществ необходимы при химическом анализе многих объектов. Обусловлено это как недостаточной чувствительностью и селективностью инструментальных методов определения веществ, так и некоторыми другими соображениями, например необходимостью обеспечения представительности пробы или создания оптимальных для последующего определения форм веществ, механических и химических свойств концентратов. Развитие методов концентрирования, особенно в последние десятилетия, показало перспективность сорбционного концентрирования веществ из растворов, обеспечивающего высокие коэффициенты концентрирования. Сорбционное концентрирование – недорогой метод, им относительно легко управлять, для его осуществления не требуется высоких температур и сложных приборов, концентрирование легко автоматизировать. Наиболее технологичен динамический вариант этого метода (концентрирование в динамических условиях), устраняющий необходимость разделения фаз после концентрирования и открывающий возможность автоматизации всего цикла определения веществ в растворах, включая стадию пробоподготовки. Интенсивно развиваются проточные методы анализа, включающие стадию динамического сорбционного концентрирования (так называемый проточный, или "on-line", вариант концентрирования). При определении микрокомпонентов в этом случае в циклическом режиме осуществляется сорбция, десорбция и определение веществ, причем предполагается многократное использование сорбента без изменения его свойств. Такие методы весьма перспективны, так как обеспечивают высокую производительность анализа и характеризуются высокой воспроизводимостью результатов благодаря использованию замкнутых систем. Однако не все методы определения веществ в растворах являются проточными, поэтому, несмотря на привлекательность подобного подхода, его нельзя реализовать, например, при нейтронно-активационном или рентгенофлуоресцентном определении элементов. Следует также отметить, что необходимость проведения стадии десорбции неизбежно приводит к разбавлению концентрата или к его размыванию (дисперсии) в потоке при доставке в проточный детектор. Кроме того, проточное концентрирование целесообразно использовать только в том случае, когда время концентрирования соизмеримо со временем последующего детектирования, в противном случае возрастают непродуктивные затраты за счет "холостой" работы детектора, это особенно ощутимо при использовании дорогостоящих оборудования и расходных материалов (инертных газов и чистых растворителей). Поэтому для достижения высоких коэффициентов концентрирования веществ, а также при невозможности применения проточных детекторов, целесообразно использовать "off-line" вариант динамического концентрирования, при котором стадии концентрирования и определения независимы и разделены во времени. Методы определения веществ, включающие такой вариант концентрирования, сложнее автоматизировать, однако, несмотря на это, такой подход обладает несомненными достоинствами и имеет право на существование. Например, многие молекулярноÍ, атомно-спектроскопические, а также электрохимические методы имеют близкие требования к макросоставу концентратов при определении токсичных элементов в объектах окружающей среды и пищевых продуктах. При концентрировании этих элементов должны быть отделены основные матричные элементы пробы (в первую очередь щелочные и щелочноземельные элементы), а также органические вещества (например, фульвокислоты). "Оff-line" методы концентрирования при использовании эффективных современных сорбентов могут обеспечить разработку унифицированных процедур пробоподготовки, осуществляемой как в стационарных, так и в полевых и мобильных лабораториях. При обработке образцов вод разных типов, вытяжек из почв и растений и др. после технически простого динамического "off-line" сорбционного концентрирования будут получены жидкие или твердые концентраты, подлежащие в том числе длительному хранению и транспортировке, которые можно проанализировать многими методами в лабораторных условиях. Возможность концентрирования веществ как в "off-line", так и в "on-line" режиме определяется свойствами сорбента, или, строго говоря, соотношением свойств всех компонентов сорбционной системы, в которую входят сорбент, растворитель, растворенные компоненты, включая концентрируемый микрокомпонент. Учитывая неоднородность сорбентов, многокомпонентность растворов при решении реальных задач, а также разнообразие и сложность протекающих в неравновесных условиях динамического концентрирования химических процессов и процессов массопереноса, строгое описание сорбционных систем является сложной задачей. Однако без разработки подходов к решению этой проблемы невозможен корректный выбор наиболее эффективных систем концентрирования элементов. Общая методология сорбции веществ из газовой и жидкой фазы в динамических условиях лежит в основе жидкостной хроматографии, многих технологических процессов и в связи с этим детально проработана. Применение этого метода для концентрирования веществ и сочетание с методами последующего определения накладывает определенные ограничения на свойства сорбентов, состав получаемого концентрата и требует тщательного выбора условий концентрирования. Состав и условия получения концентрата, а также условия доставки концентрата в детектор в значительной степени определяют метрологические характеристики комбинированных и гибридных методов, весьма важен учет специфики сочетания того или иного способа концентрирования с конкретным методом детектирования. В системах анализа с "off-line" концентрированием скорее важен макросостав концентрата, в "on-line" системах аналитический сигнал формируется при прохождении фронта концентрата с переменной концентрацией аналита и сопутствующих компонентов через детектор – в этом случае чувствительность и воспроизводимость метода анализа зависит также от ширины фронта концентрата, скорости поступления концентрата в детектор, условий регистрации аналитического сигнала и других параметров. Область применения гибридных и комбинированных методов, включающих динамическое сорбционное концентрирование веществ из растворов, весьма обширна. К этой области безусловно относится анализ объектов окружающей среды, пищевого сырья и продуктов питания – в первую очередь для определения токсичных компонентов. Большое число публикаций о разработке и применении таких методов посвящено анализу биологических и медицинских объектов, а также высокочистых веществ и материалов. В настоящей монографии предпринята попытка обобщить имеющиеся к настоящему времени сведения о методологии динамического сорбционного концентрирования веществ в химическом анализе различных объектов, о подходах, позволяющих выбирать оптимальные условия концентрирования, об особенностях сочетания этого метода концентрирования с разнообразными методами определения веществ. Отдельные аспекты динамического сорбционного концентрирования веществ, а также применения этого метода концентрирования в гибридных и комбинированных методах анализа освещены, в том числе, в предыдущей нашей монографии [1] и наших обзорных статьях [2–15]. Об авторах
 Цизин Григорий Ильич Доктор химических наук, профессор, главный научный сотрудник кафедры аналитической химии химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. Область научных интересов: динамическое сорбционное концентрирование органических и неорганических микрокомпонентов, гибридные и комбинированные методы анализа различных объектов. Автор и соавтор 350 научных работ, в том числе двух монографий и трех коллективных монографий, 132 статей и 7 патентов РФ. Заместитель председателя Научного совета РАН по аналитической химии, председатель Комиссии по методам разделения и концентрирования этого совета, член редколлегии «Журнала аналитической химии». Лауреат премии имени В. А. Коптюга Российской академии наук.
 Статкус Михаил Александрович Кандидат химических наук, старший научный сотрудник кафедры аналитической химии химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. Область научных интересов: аналитическая химия, сорбционное концентрирование, использование субкритической воды. Соавтор 64 печатных работ, в том числе одной монографии, 24 статей и трех патентов РФ. Член Научного совета РАН по аналитической химии, секретарь Комиссии по методам разделения и концентрирования этого совета.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||