WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

«Е.А. Ананьева, М.А. Глаголева АТОМНО-ЭМИССИОННАЯ СПЕКТРОМЕТРИЯ С ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ПРОБ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ИОННОГО ...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Е.А. Ананьева, М.А. Глаголева

АТОМНО-ЭМИССИОННАЯ СПЕКТРОМЕТРИЯ

С ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ПРОБ ВОДЫ

И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

ПРИ ИЗУЧЕНИИ ИОННОГО ОБМЕНА

НА СИНТЕТИЧЕСКИХ СМОЛАХ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии»

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений Москва УДК 543.42 + 544. ББК 24.46 + 24. А Ананьева Е.А., Глаголева М.А. Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой. Количественный анализ проб воды и водных растворов при изучении ионного обмена на синтетических смолах: Лабораторный практикум. М: МИФИ. 2008. – 52 с.

В пособии изложены теоретические основы ионного обмена, вытеснительной и проявительной (элюентной) хроматографии свойства ионитов. Рассмотрены варианты практического применения ионного обмена для очистки воды от катионов токсичных металлов, приводится информация о воздействии различных примесей, содержащихся в воде, на организм человека.

В экспериментальной части приведены описания 4-х лабораторных работ, которые включают проведение количественного анализа с помощью ICP-спектрометра, разделение катионов металлов на катионитах методом фронтальной хроматографии, разделение катионов металлов на анионитах методом элюентной хроматографии и очистка проб воды с помощью катионитов.

Пособие предназначено для студентов групп Т7-01а и Т7-01ф, обучающихся по специальностям «Биофизика» и «Физика техногенных катастроф», а также для факультативных занятий со студентами 1 курса в рамках учебно-исследовательских работ.

Пособие подготовлено в рамках Инновационной образовательной программы МИФИ.

Рецензент канд. хим. наук, доц. О.Г. Скотникова ISBN 978-5-7262-1066- © Московский инженерно-физический институт (государственный университет),   Цель:

1) знакомство с устройством и принципом действия ICP-спектрофотометра и освоение методики работы с ним;

2) определение содержания примесей ионов металлов в пробах воды различного происхождения (природной, водопроводной, очищенной) и пробах снега;

3) очистка воды от примесей с применением ионообменных смол, сравнение их эффективности по различным примесям;

4) хроматографическое разделение ионов тяжелых металлов и построение выходных кривых.

Приборы и реактивы:

ICP-спектрофотометр, рН-метр-милливольтметр рН-150М со стеклянным и хлорсеребряным электродом сравнения или с комбинированным электродом, штатив для электродов, колонка для катионита со штативом, электроплитка, колбы конические, колбы мерные, воронка, пипетки.

Ионообменные смолы (катиониты), вода из различных источников, дистиллированная вода, растворы солей металлов.

ИОННЫЙ ОБМЕН И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Ионный обмен. Иониты. Ионный обмен (или ионообменная адсорбция) наблюдается на границе раздела жидких растворов и твердых веществ, если эта граница характеризуется наличием выраженного двойного электрического слоя из фиксированных ионов и подвижных противоионов. Он представляет собой гетерогенную реакцию обмена подвижных противоионов электрического слоя на ионы того же знака из раствора. Реакции ионного обмена могут быть представлены следующими уравнениями:

RSO3H+Kt+ RSO3Kt+H+ и RNH3OH+An– RNH3An+OH–, 3    где символом R обозначена полимерная матрица, Kt+ и An– – катионы и анионы раствора электролита, (–SO3–) и (–NH3+) – фиксированные в матрице ионы, Н+ и ОН– – соответствующие им подвижные противоионы.

Впервые явление ионнообменной адсорбции было описано Томпсоном и Уэем в 1850 г., обнаружившими независимо друг от друга способность почвы поглощать удобрения и вымываться в последствии дождевой водой.

Вещества, способные к ионному обмену, называют ионообменниками или ионитами, причем в зависимости от заряда адсорбируемых ионов (положительного или отрицательного) различают катиониты и аниониты. Наряду с этим существуют иониты, обладающие свойствами и катионита, и анионита. Они называются амфолитами.

Иониты относятся к полиэлектролитам (полимерным кислотам, основаниям или комплексным соединениям), то есть к высокомолекулярным соединениям, макромолекулы которых содержат ковалентно связанные группы, способные ионизоваться в полярных растворителях. Таким образом, макромолекула имеет электрический заряд, который компенсируется зарядом подвижных ионов (противоионов), находящихся в адсорбционной и диффузной частях электрического слоя. В отличие от растворимых полиэлектролитов (например, белков и нуклеиновых кислот), иониты обладают прочным пространственным каркасом и в воде не растворяются, а только набухают. Концентрация обменных групп в ионитах высока (до 10 моль/л), а противоионы локализованы около этих групп настолько сильно, что аналитически обнаружить присутствие противоионов в растворителе, контактирующем с ионитом, не удается.

Однако противоионы могут заменяться на другие ионы того же знака, находящиеся в растворе. Иониты классифицируют в зависимости от происхождения на природные и синтетические и в зависимости от состава – на неорганические и органические.



В природе встречаются иониты как органического, так и неорганического происхождения. К органическим природным веществам, обладающим ионообменными свойствами, относятся гуминовые вещества, дерево, шерсть, роговые вещества и пр., к неорганическим катионитам – силикаты (шабазит, глауконит и др.), к анионитам – апатит. Почвы содержат как органические, так и неорганические ионообменники, причем они могут обменивать как катионы, так и анионы. Химическая стойкость и механическая прочность природных ионитов невелика, поэтому широкого применения в технике они не нашли.

Первыми синтетическими ионитами (катионитами) были плавленые и гелеобразные пермутиты (алюмосиликаты). Впоследствии были получены иониты (аниониты) на основе гелей гидроксидов железа, алюминия, а также других элементов IV-VI групп, используемых в специальных целях (например, SnO2.nН2О – для поглощения ионов F–). Из других ионитов следует отметить фосфат циркония, селективно сорбирующий ионы Рb2+, Sr2+, Cs+, Ba2+ и применяющийся для удаления 90Sr и 137Cs из радиоактивных вод. Неорганические иониты, как правило, имеют кристаллическую или полумикрокристаллическую структуру, а ионы, способные к обмену, находятся в их решетках. Недостатком неорганических ионитов является неустойчивость к действию кислот и щелочей.

В большей степени распространены органические иониты (крахмал, целлюлоза и др.). Однако особенно широко используют отличающиеся большой механической прочностью, химической стойкостью, высокой емкостью и производительностью синтетические ионообменные смолы. Они представляют собой каркас из трехмерной углеводородной сетки с закрепленными на ней функциональными группами (рис. 1).

Первые ионообменные смолы были получены в 1934 г. Адамсом и Холмсом. Это были продукты поликонденсации фенолов или аминов с формальдегидом. Однако эти иониты обладали малой концентрацией способных к обмену протонов. Введение в матрицу группы –SО3H улучшило ее характеристики, но принципиально ситуация изменилась только после открытия Штаудингером в г. сополимеризации стирола и дивинилбензола, позволившей получить трехмерную матрицу, к которой пришивались ионогенные группы разной природы. Именно с этого началось промышленное производство ионитов. В качестве матрицы при изготовлении современных ионообменных смол применяют, в основном, такие полимеры, как полистирол, дивинилбензол, полиакриламид. Выпускают смолы в виде мелких гранул сферической или неправильной формы, порошков, мембран, волокон, стержней и др.

Для получения ионообменных смол используют реакции сополимеризации или поликонденсации мономера и сшивающего агента. Сшивание цепей происходит в пространстве, и образующиеся полимерные структуры являются трехмерными.

При полимеризации происходит соединение большого числа низкомолекулярных соединений (мономеров) в одну макромолекулу. Если в полимеризации участвуют молекулы нескольких исходных веществ, продукт полимеризации называется сополимером.

Примером этого является сополимеризация стирола и дивинилбензола, используемая для получения катионита КУ-2:

Сшивающим агентом здесь является дивинилбензол. Изменение содержания дивинилбензола в реакционной смеси позволяет регулировать степень поперечной связанности (степень сшивки) полимера. Процентное содержание этого компонента указывают при маркировке смолы.

При поликонденсации образование макромолекулы из мономеров сопровождается выделением низкомолекулярных веществ (воды, галоидоводорода и пр.). Примером этого является реакция поликонденсации фенола с формальдегидом (сшивающим агентом), используемая при получении катионита КУ-1:

ОН ОН ОН ОН

фенол формальдегид При поликонденсации регулировать степень сшивки, изменяя содержание сшивающего агента, невозможно. Кроме того, следует отметить меньшую химическую стойкость, меньшую однородность структуры, а также по большей части неправильную форму частиц поликонденсационных смол.

Как было отмечено выше, полученные полимеры практически не растворимы в воде и других растворителях и сами по себе не являются ядовитыми, однако в составе конечного продукта содержатся не полностью прореагировавшие мономеры, которые, будучи растворимыми, могут переходить в растворитель при контакте его со смолой. В свою очередь, эти вещества являются ядовитыми (например, формальдегид, бензол, акриламид, акрилонитрил – канцерогены (гигиенический норматив ГН 1.1.725-98)), поэтому при получении смол, особенно предназначенных для очистки потребляемой человеком воды, содержание остаточного мономера должно быть минимизировано. Для удаления остаточного мономера целесообразно предварительно промывать такие смолы большим количеством воды.

В ряде случаев используемые для синтеза мономеры уже содержат функциональные группы. Если это не так, группы могут быть введены в структуру уже готового полимера.

В катионитах активными группами могут быть кислотные группы: сульфогруппы (–SO3H), карбоксильные (–COOH), фосфорнокислотные (–PO3H2), гидроксильные (–ОН)1, фосфиновая (– Р(ОН)2), фосфоновая (–РО(ОН)2) и пр. Например, в катионите КУ- в обмене катионов участвуют группы (–ОН), изначально входящие в состав мономера (фенола) и группы (–SO3H), образующиеся при сульфировании полимера. Этот катионит, содержащий два типа активных групп, относится к полифункциональным ионитам.

В анионитах ионный обмен обеспечивается за счет присутствия аминогрупп –NH2, NH, N. Присутствие таких групп достигается или за счет использования в качестве мономеров ароматических аминов, или в результате аминирования. Аминирование осуществляют, например, путем введения хлорметиловой группы с последующей обработкой аммиаком или аминами:



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 



Похожие работы:

«УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС КУРСА АСТРОНОМИЯ Направление: 050100 – Педагогическое образование Профили: Физика, Информатика и ИКТ Квалификация (степень): Бакалавр Пермь ПГПУ 2012 2 УДК ББК Р е ц е н з е н т: д. ф.-м. н., заведующий кафедрой теоретической физики и компьютерного моделирования ПГПУ Д.А. Брацун Автор-составитель: к. ф.-м. н., доцент кафедры теоретической физики и компьютерного моделирования ПГПУ А.В. Люшнин Астрономия учебно-методический комплекс по дисциплине. Направление: 050100...»

«Ю. И. СОЛОВЬЕВ АКАДЕМИК С. И. ВАВИЛОВ: ДРАМА РУССКОГО ИНТЕЛЛИГЕНТА Основные вехи жизненного пути Сергей Иванович Вавилов родился 14 марта 1891 г. в Москве в обеспеченной семье (см. [1 — 5]). Среднее образование получил в Московском коммерческом училище, где у юноши проявился интерес к естественнонаучным знаниям. Уже в восьмом классе он выступал с докладами на такие актуальные научные темы, как Электронная теория строения вещества, Радиоактивность и строение атома. Осенью 1909 г....»

«ФГБОУ ВПО Уральский государственный лесотехнический университет Кафедра физико-химической технологии защиты биосферы Одобрена: Утверждаю кафедрой ФХТЗБ декан ИЭФ протокол № от _ 2012 г. Зав. кафедрой _Липунов И.Н. Вураско А.В. ''''2012 г. Методической комиссией факультета протокол от 2012 г. № Председатель Первова И.Г. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС СД.02 Экологический мониторинг Специальность 280201 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов Разработчики УМК...»

«Рофман В.М. _ rofman@inbox.ru г. Темиртау 2013 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение.. 1. Немного статистики о жизни и смерти. 7 2. Этногенез и социогенез.. 15 3. Механизм эволюционного развития биосферных и социальных систем.. 21 Очеловечивающее развитие. 4. 26 К вопросу о биохимии бессмертия человека. 5. 33 Преодоление лимита Хейфлика. 6. 43 Раковое перерождение жизни. 7. 50 Технология, экология и жизнь. 8. 58 Способна ли классическая наука решить экологические 9. проблемы человеческой жизни?. 67 10....»

«ХАРЬКОВСКИЙ ЛИЦЕЙ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА ХАРЬКОВСКОГО ОБЛАСТНОГО СОВЕТА РАЗРАБОТКА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ Снежко Л.В. - учитель физики, специалист 1 категории Харьковского лицея городского хозяйства Харьковского областного совета ХАРЬКОВ – 2008 РАЗРАБОТКА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ Снежко Л.В. - Учитель физики, специалист 1 категории Харьковский лицей городского хозяйства Харьковского областного совета В...»

«УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС КУРСА ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Направление: 050100 – Педагогическое образование Профили: Физика, Информатика и ИКТ Квалификация (степень): Бакалавр Пермь ПГПУ 2011 2 УДК ББК Р е ц е н з е н т: к. ф.-м. н., доцент кафедры общей и экспериментальной физики ПГПУ В.М. Мызников Автор-составитель: к. ф.-м. н., доцент кафедры общей и экспериментальной физики Д.А. Полежаев Электричество и Магнетизм: учебно-методический комплекс по дисциплине. Направление: 050100 –...»

«ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЦЕНТРА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ МОСКВА • МАШИНОСТРОЕНИЕ • 2009 Научное издание ЧИЧЁВ Сергей Иванович КАЛИНИН Вячеслав Федорович ГЛИНКИН Евгений Иванович ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЦЕНТРА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Редактор Т.М. Г л и н к и н а Инженер по компьютерному макетированию М.А. Ф и л а т о в а Сдано в набор 01.10.2009. Подписано в печать 30.11.2009 Формат 60 84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman Печать офсетная. Усл....»

«Владимир 2014 Логика: Сб. упражнений и тестов с краткими объяснениями материала / автор и составитель: А.С. Тимощук. Владимир, 2014. 49 с. Содержит обязательный минимум профессиональной образовательной программы по специальности 02.11.00 – Юриспруденция: ГСЭ.03 Логика: Логика и язык права. Суждение и норма. Вопросно-ответные ситуации. Понятие. Определение и классификация. Дедукция, индукция и аналогия. Логические основы аргументации. Формы развития знания: проблема, гипотеза,...»

«Материалы симпозиума 13 апреля 2006 г. Санкт-Петербург 2006 2 УДК 579.26 ББК С 37 М.М. Тереховский (1740-1796) и развитие экологической микробиологии. Материалы симпозиума. Санкт-Петербург. 13 апреля 2006 г. /под ред. А.А. Вихмана. – С.-Пб. : Б.и., 2006. - с. 253 В представленных материалах впервые всесторонне раскрывается жизненный путь, а также научная, педагогическая и организационная деятельность выдающегося представителя медицины и биологии XVIII века Мартына Матвеевича Тереховского....»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.