Курсовая работа: Зависимость точности визуального тест-определения нитрит-иона на основе пенополиуретана от способа построения цветовой шкалы

Для регистрации аналитического сигнала используют такие приёмы:

- визуальное сопоставление окраски раствора или сорбента со стандартной шкалой сравнения;

- «проявление» определяемого иона на сорбенте;

- измерение длины, площади, интенсивности окрашенной или обесцвеченной зон сорбента;

- измерение времени развития окраски. [9]

В настоящее время существует большой ассортимент сорбентов с иммобилизированными на их поверхности аналитичесними реагентами. Они обладают химической и механической устойчивостью, легко модифицируются и регенерируются. Такие сорбенты в наибольшей степени соответствуют требованиям, предъявляемым к визуальным тест-системам.

Тест-методы применяются для полуколичественного определения какого-то компонента – тогда нужна серия образцов сравнения, в которых тот же тест применяют к известным содержаниям этого компонента, или же печатная цветня шкала. С другой стороны, тест-метод можно использовать как предельную пробу, результатом которой является решение типа «есть - нет» относительно присутствиякомпонента, который определяют в пробе.

Тест-методы различаются по качеству и метрологическим характеристикам, в связи с чем и применяются для решения разных задач. Одна из них – скрининг, то есть оценка компонента с последующим более детальным обследованием, в том числе и в лаборатории.

В качестве сорбентов для тест-методов обычно используют:

- индикаторные бумаги и полосы;

- волокнистые наполненные материалы;

- кремнеземы и ксерогели;

- неорганические носители;

- вспененные полимеры – пенополиуретаны (ППУ). [8]

1.2.2 Пенополиуретаны и их свойства

Пенополиуретаны – пористые сорбенты с мембранной структурой, гидрофобная полимерная матрица которых содержит полимерные группы: уретановую, амидную, сложноэфирную, простую эфирную, мочевинную, концевую толуидиновую, что и позволяет использовать их для эффективной сорбции как неполярных,так и полярных молекул. [10]

ППУ представляет собой пластический материал, в котором часть твердой фазы заменена на газ в виде многочисленных пузырьков – ячеек, формирующих тем самым упорядоченную систему твердых квазисферических мембран. Особенности синтеза ППУ таковы, что в момент завершения реакции остаются изоцианатные (чаще всего толуиленизоцианатные) группы, которые легко гидролизуются под действием воды, в избытке находящейся в реакционной смеси, и превращаются в концевые толуидиновые группы. [11]

Пенополиуретаны являются довольно стабильными и инертными материалами. Они разлагаются при температуре, большей 180⁰ С, растворяются только в концентрированных H₂ SO₄ и HNO₃ , окисляются щелочным раствором KMnO₄ . Свойства ППУ на основе простых эфиров не изменяются при контакте с 8 моль/л HCl, 2 моль/л H₂ SO₄ , ледяной CH₃ COOH, 2 моль/л NaOH, концентрированным водным раствором аммиака, а также органическими растворителями: предельными углеводородами, простыми и сложными эфирами, спиртами, кетонами и др. Пенополиуретаны на основе сложных эфиров менее устойчивы в кислых и щелочных средах, поскольку в большей степени подвержены гидролизу. И те, и другие ППУ растворяются в горячих растворах хлорида мышьяка (III). [12]

Нейтронно-активационный анализ пенополиуретанов показал, что в исследуемых полимерах основной примесью является олово, причём в пенах на основе сложных эфиров его значительно меньше (порядка 25 мкг/г), чем в ППУ на основе простых эфиров (порядка 1000 мкг/г). Относительно высокое содержание олова является результатом использования в процессе полимеризации в качестве катализатора олово-органических соединений. Помимо этого металла в ППУ обнаружены незначительные количества хлора, брома, йода, натрия, магния и ванадия соответственно порядка 100; 2,5; 3; 45; 0,3 и 0,05 мкг/г. Чистота пенополиуретанов сравнима, а по ряду металлов, главным образом, тяжёлых, выше распространённых в химическом анализе активного угля, хелатных фильтров, хелатных и ионообменных сорбентов. [13]

Концевые толуидиновые группы полиуретановых форм могут подвергаться диазотизации, азосвязыванию и другим реакциям, типичным для мономерных ароматических аминов. Эти реакции могут быть использованы в химическом анализе. [14]

1.2.3 Применение пенополиуретанов как сорбентов для тест-определения нитрит-ионов

Тест-определения на основе ППУ выполняются в трёх вариантах:

- первый основан на образовании окрашенного соединения в анализируемом растворе и последующей сорбции его немодифицированным ППУ;

- во втором варианте определяемый компонент образует окрашенное соединение с реагентом, предварительно введённым в фазу ППУ;

- хемосорбция процессов с участием ППУ. [11]

Хемосорбцией или химической адсорбцией называется такой тип адсорбции, при котором между поверхностью твёрдого тела и адсорбированными молекулами образуются химические связи.

Хемосорбционные процессы с участием ППУ были успешно использованы для тест-определения нитрит-ионов.

Было установлено, что аминогруппа, входящая в состав концевых групп пенополиуретанов, в солянокислой среде легко реагирует с водными растворами NaNO₂ , образуя окрашенный в жёлтый цвет полимерный катион диазония. Получение окрашенных соединений в матрице пенополиуретанов основано на химической реакции определяемого компонента с концевыми толуидиновыми группами ППУ. Полимерный хлорид диазония устойчив около часа при хранении твёрдых образцов на воздухе.

Взаимодействие концевых толуидиновых групп осуществляется в соответствии со схемой: