研究

数量:19 (1)DOI: 10.37532 / 0974 - 7419.2019.19 (1) .144

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3 r电位膜Cu2 +在线环境监测的水游泳

*通信:

Hebatallah M个小镇 分析化学部门、学院制药、开罗大学Kasr-El艾尼街,11562年开罗,埃及,电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

绿色化学的理念已经成为最有趣的研究领域,不仅对清洁环境资源,也无论我们做什么,但是我们所做的。然后,绿色化学研究的基本目标是减少浇注流净化化学品的危害。因此,Cu2 +离子的浓度在游泳池使用铜离子发生器作为消毒剂需要定期监测保持在安全范围内。所以,3 r(降低成本,浪费和溶剂,实时分析方法、可重用)铜(II)选择性电极与首先介绍2-amino-4-chlorophenol (ACP)提出。确认光谱光度测量的研究被用来研究复杂的稳定和形成比率Cu2 +和机场核心计划。选择性的调查显示,Cu2 +离子干扰的特殊选择性阳离子相比通常使用加压法离子载体。该传感器显示成功应用到在线测定铜离子在游泳池水中由铜电离系统作为替代氯消毒。统计研究表明,提出的技术战略的良性设计是更好的选择,而不是常用的脱机技术作为原子吸收,保持纯星球没有进一步危害的介绍进入生物圈。

关键字

绿色化学;电位传感器;铜的决心;游泳池的水;2-amino-4-chlorophenol

介绍

霍乱泵是最常用的程序主要游泳池的消毒。然而,有许多担忧的氯与令人窒息的气味和burning-eye导致有毒,刺激皮肤,伤害头发。它也通过吸收皮肤和有直接联系癌症(12)。最近的研究表明,在氯化池游泳水平较低的儿童时期强烈相关血清抑制素B和总睾酮由于吸收reprotoxic氯化副产物的高渗透阴囊(3]。此外,它是证明氯消毒过的泳池内,接触产生一种佐剂对特异反应性的影响,似乎做出显著贡献的负担哮喘和呼吸道过敏青少年(4]。

现在,比以往任何时候都更一个氯空闲池是一个非常理想的策略。铜离子发生器使用低电压电流在铜酒吧释放铜离子的流动池水杀死病原体已经成为更受欢迎,最好的氯替代。它被视为21世纪池消毒。电离的过程由NASA是唯一的方法,生产纯,无味,清澈的池水的健康。它也是最便宜和最容易的维护和监控的消毒方法。在这个领域的研究来确定电离杀死细菌的效果表明,电离比氯(更快的行动和更持久的5]。

铜离子发生器是用来产生离子浓度的范围0.4 - -0.8 ppm对铜(6.2×10⁶1.2×10⁵摩尔¹)。由于其重要的作用,在发现某些疾病是通过水由于铜浓度降低,并避免过度的累积水平的铜与一些不健康影响威尔逊氏病(6和绿色的头发7),目前,螯合剂用于降低铜含量。为此,铜离子的浓度需要定期检测和维护密切监测,以确保建议的水平。当前商业方法用于测定铜含量取决于浸在水和一条比较颜色改变数量/颜色规模或试剂测试套件,取决于视觉颜色匹配,它被认为是更准确的定性层面上。

开发新的传感器的动机不仅是成就更好的电位性能参数也与协议来解决问题在实际应用中著名的绿色化学的十二原则。在过去的二十年,是获得由于等优点日益突出的可移植性,低能源消费,有限的样品预处理,速度,小型化能力、非破坏性和适应性小样本容量和现场监测。此外,他们的能力与精密加工过程集成允许具有成本效益的大规模制造传感器(8]。这样的特点已经是相当大的注意力的中心在许多学科的科学,他们有潜在的临床应用,环境,和法医分析(9,10]。

鉴于这种优势,大量的铜^{2 +}有选择性的传感器已经开发使用固体膜的不溶性的铜盐(11)、铜螯合物(12),大环聚醚(13),非周期的中性离子载体含有二硫代氨基甲酸组(14和杯4]芳烃[15]。除了这些固体膜传感器、液膜传感器使用铜(II)配合物(16也被报道。尽管可用数量的铜^{2 +}传感器显著的选择性,其在实际应用程序中使用铜^{2 +}估计是有限的,仅从这些传感器、电极(17,18)被推荐用于测定铜^{2 +}在植物叶面和饮用水。

目前的工作描述的应用和优势2-amino-4-chloro-phenol(不含硫的化合物)作为中性离子载体的发展3 r(降低成本,浪费和溶剂、实时分析、可重用)传感器测定铜^{2 +}用光度法研究形成的复杂的稳定和比例。这个传感器是用于测定铜^{2 +}在不同的游泳池,水由铜离子发生器。除了3 r的优势,使用硫自由离子载体,提出了环保和智能电极管理机场核心计划,这是一个化学副产品。

材料和方法

化学药品和试剂

使用的所有化学品和试剂的分析试剂级。2-amino-4-chlorophenol得到从σ(圣路易斯,美国)。水是bi-distilled。聚氯乙烯(PVC),获得了丙烯酰胺(Steinheim,德国)。2-Nitrophenyl辛基醚(NPOE)和四苯基硼酸钠(NaTPB)购买从奥尔德里奇(Steinheim,德国)。四氢呋喃(四氢呋喃)获得BDH(英国普尔)。氯化钾硫酸和铜(II)五水化物是来自Prolabo(美国宾夕法尼亚州)。

制造和建筑膜传感器

5厘米培养皿的PVC膜制备混合199.4毫克(33.23%)PVC粉、400毫克NPOE(66.6%), 0.17%(5毫米/公斤)钠tetraphenylborate (NaTPB)和0.21%(15毫米/公斤)机场核心计划。膜组件(总计600毫克)在最少的四氢呋喃溶解,培养皿中布满了滤纸和左站一夜之间在室温下使溶剂蒸发。掌握膜0.1毫米厚度。从主膜,一个磁盘(直径约8毫米)剪切使用软木钻孔机和粘贴使用四氢呋喃的可互换的PVC提示结束被剪成一个电极玻璃的身体。电极是充满了平等的内部解决方案4卷打败摩尔¹铜^{2 +}4,打败摩尔¹氯化钾。Ag / AgCl线(1毫米直径)作为一个内部的参比电极。传感器被浸泡在身手摩尔尤其条件¹水立方^{2 +}24小时解决方案,不使用时存储在相同的解决方案。

电位和光度测量

电位测量进行了使用一个Ag / AgCl双结型外部参比电极(美国马热科学猎户座900200;3.0氯化钾饱和与AgCl内部填充KNO溶液和10%₃桥电解质)和Jenway数字离子分析仪模型3330(英国埃塞克斯)。Jenway pH玻璃电极(英国埃塞克斯)是用于pH值调整。校准的铜^{2 +}测定铜的逐步稀释吗^{2 +}解决方案在去离子水(pH值为5.5,与0.1硝酸酸化)和连续EMF测量。选择性系数的确定与修改后的单独的解决方案方法(MSSM) [19]。1毫米的电极是第一个条件NaNO3膜孔隙的特征响应性能的主要离子,随后;校准曲线为其他阳离子被连续稀释获得类似地。Nernstian应对所有单盐的阳离子被证实的解决方案在进行选择性的浓度范围,因此无偏选择性系数(20.]。紫外分光光度测量与岛津制作所进行了双光束紫外可见分光光度计(日本京都),模型uv - 1650。这项研究是由录音UV / Vis光谱从200纳米到550纳米,然后在438纳米测量吸光度对应ACP /铜^{2 +}复杂。

在游泳池样本分析应用

本节展示了分析建议的力量传感器检测铜的^{2 +}在游泳池水中的铜离子发生器。铜^{2 +}测量通过应用传感器描述2,游泳池的水由铜离子发生器在开罗和埃及的北海岸。样品收集池之前和之后运行的铜离子发生器。水样本与0.1硝酸酸化,达到一个稳定的pH值为5.5±0.2。电位测量用该传感器。校准曲线记录的连续稀释10 - 2到10 - 7摩尔结果¹之前使用水样收集CuSO4离子发生器的运行背景。三个复制进行测量,铜^{2 +}校准曲线在游泳池里水矩阵重叠与那些以去离子水(pH值为5.5,与0.1硝酸酸化)。从去离子水切换到游泳池的水导致斜坡和拦截的变化(Eo)的校准曲线只有0.01%和1.16%。这些差异不显著,表明,该传感器可成功地用于铜的直接测量^{2 +}在游泳池水样离子发生器的运行。

随后,伊势沉浸到50毫升的游泳池,运行后的样品离子发生器和emf被记录。结果证明的有效性通过比较相同电位的测量结果与样本使用原子吸收仪器(珀金埃尔默Sciex, ELAN 6100刚果民主共和国+)校准使用准备的标准解决方案。

结果与讨论

使用thiocrown醚以来,双硫腙和碳链硫醚作为铜的第一电中性的离子载体^{2 +}据报道1988年(21),许多新申请建设铜离子载体^{2 +}是。在大多数情况下,硫原子键的协调小组(年代)。例如,离子载体与硫醚(22]thioate [23)和硫代氨基甲酸酯组报道。的铜^{2 +}结合这些官能团与高选择性。这可以合理化的基础上软硬酸碱(HSAB)理论,预测硫作为软路易斯碱具有高度的亲和力,是一个很好的协调网站铜^{2 +}作为一个软路易斯酸(24]。

在许多情况下,似乎足以设计一个离子载体更强烈交互与分析物离子比干扰离子主要关心的,放弃最终的离子载体选择性。目前的工作评估的可能性使用首次引入硫配体对金属离子(ACP)作为自由离子载体制备的铜^{2 +}选择性电极使用PVC作为聚合物基体提供更有利的技术比常规原子吸收。同时,该膜具有环境危害比含硫膜以达到清洁和安全的环境通过环保的方法。

ACP /铜的初步研究^{2 +}复杂的

作为起点,之前伊势的性能,结合化验铜之间^{2 +}和机场核心计划进行确认,这是一个合适的铜离子载体^{2 +},这将允许是具有良好的选择性特性来做好准备。工作的连续变化法是应用于试图计算经验公式的复杂及其稳定常数,图1。

通过绘制工作曲线的方法,发现机场核心计划与铜^{2 +}2:1的比率,图2。

稳定常数的值被发现8.6×10¹⁰Lmol¹根据以下公式(25]。

(ß)= A / A_经验值。C_x/ (C_{毫克ydF4y2Ba}——/一个_经验值。C_x(C)_{L - n}/一个_经验值。C_x)n

L =配体,金属M = x =配体的摩尔分数,/ Aexp n = x / 1 - x。=观察到的吸光度比相同波长的吸光度由tan表示,厘米和CL =金属和配体的摩尔浓度,分别。它遵循:残雪= CL / n =厘米。

铜的高亲和力^{2 +}/ ACP复杂可以解释在类比的大部分知名有机配体含有酸性和基本官能团(8-hydroxy喹啉,EDTA)与阳离子形成螯合化合物。金属与这两个群体,自身成为一个成员的一个杂环。ACP的羟基位于对氮原子的位置,允许关闭这样的戒指,形成一个强大的复杂与铜离子;金属离子取代了酸性氢羟基。同时,氮是捐赠的共用电子对铜^{2 +},从而形成五元环,这是非常稳定的有机化学的应变理论,图3。

铜的性能特征^{2 +}传感器

离子载体比离子的影响网站电位选择性和检测极限进行了研究。记录,最优比例的选择性和LOD由复杂的化学计量和控制,因此,小学和干扰离子的配位数,(26]。为铜^{2 +}最常见的配位数与无机和有机配体复合物是四24]。这是在与我们的工作协议的情节为研究ACP /铜的化学计量学^{2 +}复杂。

有趣的是,离子载体和离子网站缓冲的主要离子传感膜的活动,更强的约束力主要离子的离子载体导致较低的初级离子膜的活动。的情况下检测极限不确定干扰离子,而是释放的主要离子膜样品,一个较低的初级离子膜的活动也将导致较低的检出限42。因此,如果网站离子的浓度保持不变,而传感膜的离子载体浓度增加,从而自由分析物离子传感膜的浓度减少,探测范围预计将有所改善。实验,铜的摩尔比率^{2 +}离子载体ACP和传感膜的离子网站是多种多样,而PVC的重量百分比和NPOE都保持不变。两摩尔比率的离子载体和离子网站,也就是说,3:1,2:1,测试。与离子离子载体的比例3:1的比例,检出限为1.6×10⁷米,约一个数量级低于电极离子载体:离子网站2:1的比率(1.2×10⁶米)。这似乎是铜的活动符合事实^{2 +}在3:1的膜离子载体的网站比计算从研究1:2绑定常量与2:1比例低于膜。

提出了传感器的电化学性能特征是系统地评估按照IUPAC标准(27]。表1显示了两个月的结果在一段时间内的两个不同的程序集传感器。

表1。研究了铜的电化学响应特性^{2 +}传感器。

标定图的斜率为28.6 mV /浓度10所示图4。偏离理想的Nernstian斜率(30号)是由于电极反应的金属离子的活动,而不是它的浓度。传感器显示潜在的日常测量读数不变,和校准坡没有改变±2 mV /十多年的40天。传感器的检测极限估计按照IUPAC定义43。表1表明,该传感器能检测铜^{2 +}在极稀溶液降至1.6×10 - 7摩尔结果¹(0.010 ppm) 40倍低于最低浓度的铜^{2 +}在游泳池水样由铜^{2 +}离子发生器。在这方面,应该注意的是,一个可靠的分析技术应该显示至少10倍的检测极限低于测量浓度。

动态响应时间

动态分析应用程序的响应时间是一个重要的因素是,在最重要的目标是获取大量的数据在很短的时间。在这项研究中,铜的校准曲线的时间跟踪^{2 +}伊势反映在图5。的响应时间和样品浓度高于10⁵摩尔¹的秒(小于5秒)的顺序,而在更稀释样品所需的时间达到一个稳定的潜力大大长约15秒。

pH值的影响

铜的pH值的影响^{2 +}测试解决方案(1.0×10³和1.0×10⁴摩尔¹)传感器潜力调查潜在变异后的pH值范围2.0 - -10.0。可能保持不变pH值在4.0 - -7.0范围内,超过这个潜在的变化很大。观察到的漂移在高pH值可能是由于在溶液中形成一些hydroxo铜的配合物^{2 +}甚至铜(哦)₂沉淀(28]。观察到的潜在变化低pH值可能是由于离子载体的质子化作用,从而增加系统的潜在增加的质子浓度的解决方案,因为潜在的pH值4.0 - -7.0保持恒定,这可以作为工作pH值范围提出了电极系统;特别是,pH值5.5被用于所有的实验。

传感器的选择性

膜的选择性传感器是其中最重要的性能参数,确定了传感器的实用建议的分析应用程序。为了评估这一问题,不同的校准曲线的离子在膜条件1毫米硝酸钠进行最喜欢的铜^{2 +}离子测定的实验中,图6。为建立29日),这样的协议允许一个获得near-Nernstian响应斜坡,因此无偏热力学选择性系数。图6显示明显的near-Nernstian斜坡mono - di和三价阳离子,因此公正的选择性系数。这可以归因于这些离子很容易离子交换膜。值得注意的是,所有Nernstian地区响应时间短于20年代,和三个电极对数的值是平均值。计算选择性系数建议有点大的铜^{2 +}选择性与文献值基于之前报道的含硫离子载体(21- - - - - -23),表2。这可以归因于几个原因;优惠铜之间的交互^{2 +}基本和酸性羟基和氨基在机场核心计划的结构,以及缺乏硫原子的原子离子载体结构被认为是最好的协调对于大多数潜在的干扰物(碱金属和碱土金属离子)。

表2。电位选择性系数(Kpot.I)提出传感器使用单独的解决方案方法(SSM) 31。

并行调查评估的影响其他化合物,通常是发现在游泳池尿素和氰尿酸等提出了传感器的响应,发现这些组件没有任何干扰最有可能由于缺少electoactive组。这些结果鼓励的应用提出了游泳池水样的分析传感器未经治疗或提取。

分析应用程序

为了避免干扰H⁺,pH值调整到5.5和0.1摩尔¹硝酸。在这个pH值,根据物种形成的计算(30.- - - - - -32),95.5%的铜^{2 +}发生在它的自由形式。在游泳池水样采取的校正曲线运行之前收集的离子发生器作为背景显示7.9×10的检出限⁷摩尔¹(0.05 ppm),它允许直接铜的分析^{2 +}在两个不同的游泳池水样,表3。发现该传感器是可靠和稳定的结果有很好的准确性和高百分比恢复没有初步提取过程。铜的样品浓度^{2 +}然后用原子吸收测量验证,显示结果之间没有显著差异。这说明这对铜伊势的效用^{2 +}在游泳池水样监测由铜^{2 +}离子发生器。

表3。测定铜^{2 +}在游泳池水样提出电极和原子吸收技术。

结论

从实际来看,离子选择性电极是一个有吸引力的替代常规监测游泳池的水由铜离子系统因为它们是符合成本效益,miniaturizable,便携式理想消费几乎没有在测量分析物,并可能提供额外的信息分析物的物种形成。原子吸收方法的比较表明,直接电位铜^{2 +}决定各种游泳池水样方便是可能的。首先介绍了不含硫的离子载体(ACP)表明它是铜的优良的选择性^{2 +}离子在不同无机离子。提出的3 r传感器提供快速响应和高选择性的优势由于与铜形成稳定的复杂^{2 +}离子和不含硫的提供一个良性的设计。因此,它可以被直接电位法,将分析使用和铜的日常监控^{2 +}在游泳池水中的铜离子系统。此外,整体的优点是最低样品制备,简单,经济,允许在实地测量。

剧情简介

3 r电极允许实时测量控制危险分析物以最小的衍生品,与绿色化学在合理的协议(图7)。

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