خلفية
النحاس هو عنصر اساسي أثر مع أهمية كبيرة في نظم الصناعة والبيئة والبيولوجية. ميزة كبيرة من أجهزة الاستشعار الأيوني الانتقائي في مقارنة مع التقنيات الأخرى المقترحة هي أنها قياس مجانية النشاط أيون المعدن الذي هو المسؤول عن سميتها. ومن المعروف البروفيرين لتكون من بين أفضل ionophores في صياغة أجهزة الاستشعار الأيوني الانتقائي.
النتائج
A استبداله بشكل متناظر ميزو البورفيرين، وهي: 5،10،15،20-tetrakis (4 allyloxyphenyl) البورفيرين (تاب) كانت تستخدم في بناء النحاس جديدة انتقائية أجهزة الاستشعار وتم اختباره أيضا لإزالة النحاس من النفايات مياه. خصائص استجابة فرق الجهد (المنحدر والانتقائية) من أقطاب النحاس انتقائية على أساس تاب في O-nitrophenyloctylether (O-NPOE)، phtalate كتيل (DOP) وsebacate كتيل (DOS) الملدن مع بولي (كلوريد الفينيل) تتم مقارنة الأغشية.
الاستنتاجات
وتم الحصول على أفضل النتائج للغشاء الملدن مع DOP. أجهزة الاستشعار لديه استجابة خطية في نطاق 1X10-7 - 1X10-1 M مع 28.4 ± 0.4 بالسيارات / العقد منحدر شبه Nernstian نحو أيونات النحاس ويعرض الانتقائية جيد. ونظرا لطبيعة مخلبية لها، تم اختبار نفس البورفيرين أيضا للإبقاء على النحاس من عينات النحاس الاصطناعية، مما يدل على السعة القصوى الامتزاز من 280 ملغ / غ.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
خلفية
المعادن النزرة سامة لكثير من أشكال الحياة عندما يتجاوز تركيزها عن حد معين. هذا هو السبب في وجودهم في البيئة هو مشكلة هامة ويجب أن تراقب بدقة. النحاس هو عنصر اساسي أثر مع أهمية كبيرة في نظم الصناعة والبيئة والبيولوجية. تعتبر من المعادن السامة الثاني للحياة المائية، يظهر النحاس في المياه ومياه الصرف الصحي من الصناعات التعدينية والمصافي والورق والصباغة. الى جانب ذلك، في عملية إعادة التدوير من التطورات التقنية بطاريات ليثيوم فيما يتعلق ني، أول أكسيد الكربون والمنغنيز الانتعاش يعني الرصد النحاس في ليتش الخمور الاصطناعية الناتجة عن الرشح الاختزالية. ويرجع ذلك إلى الاهتمام المتزايد في مجال حماية البيئة، سواء كشف وإزالة مهمة جدا واستخدمت العديد من الأساليب في الوقت المناسب لهذا الغرض.
وقد استخدمت العديد من التقنيات لرصد النحاس مثل: مطياف الامتصاص الذري (AAS)، مطياف أشعة فوق البنفسجية فيس وبالحث البلازما مطياف الانبعاث الذري (ICP-AES)، عالية الأداء اللوني السائل (HPLC)، voltammetry تجريد انوديك، Voltammetry دوري [1 -5]. عموما، وهذه الأساليب تتطلب أدوات مكلفة، والموظفين المؤهلين، المعالجة المبدئية للعينات ويصعب استخدامها في الظروف البيئية.
تم تطوير طريقة فرق الجهد مع أجهزة الاستشعار الأيوني الانتقائي على نطاق واسع في السنوات الأخيرة نظرا لبساطته، والتكلفة وسرعة تحليل منخفضة والكثير من أجهزة الاستشعار وذكرت استخدمت في التحليل البيئي [6]. ميزة كبيرة من أجهزة الاستشعار الأيوني الانتقائي هو أنهم قياس مجانية النشاط أيون المعدن الذي هو المسؤول عن سميتها. هذا هو السبب لماذا تم الإبلاغ عن الكثير من النحاس انتقائية أجهزة الاستشعار على أساس ionophores مختلفة. العديد من المركبات العضوية، مثل: 1 - (2-hydroxybenzylidene) thiosemicarbazide [7]، قواعد شيف [8،9]، 2-mercaptobenzoxazole [10]، bezo-استبداله macrocyclic ثنائي الأميد [11]، 6 الميثيل-4-( 1-phenylmethylidene) الأمينية-3-thioxo-1 ،2،4-triazin-5-واحد [12]، البورفيرين المشتقات [13]، دوري مشتقات رباعي البيبتيد [14]، 7 هيدروكسي-3-(2-الميثيل-2 ،3-dihydrobenzo [د] thiazol-2-YL)-2H-chromen-2-واحد [15]، tetraazacyclotetradecane مشتقة [16]، ثنائي ميثيل 4،4 '- (O-الفينيلين) مكررا (3-thioallophanate) [17 ]، succinimide مشتقة [18]، polyindole [19] كما تم اختبار ionophores.
لإزالة النحاس، تم الإبلاغ عن العديد من المواد والنفايات في الأدب [20-26]. كفاءة إزالة المعادن من مياه الصرف الصحي عن طريق وسيلة الامتزاز يعتمد على تكوين الفيزيائية والكيميائية للمواد الامتصاص.
في هذه الورقة، 5،10،15،20-tetrakis (4 allyloxyphenyl) البورفيرين (تاب) (مخطط 1) كانت تستخدم في صياغة جهاز استشعار النحاس انتقائية جديد واختبار أيضا لإزالة النحاس من النفايات الاصطناعية مياه. أفضل أجهزة الاستشعار التي تم الحصول عليها لديه استجابة خطية في في نطاق 1X10-7 - 1X10-1 M مع منحدر شبه Nernstian من (28.4 ± 0.4) بالسيارات / العقد نحو أيونات النحاس، في طائفة ودرجة الحموضة 2-8، مع حد الكشف من 9x10-8 M. وقد أجريت اختبارات للإزالة باستخدام 5 ملغ من نفس تاب البورفيرين وعينتين النحاس الاصطناعية بين 20 و 50 ملغم / لتر التركيزات. كان أقصى سعة الامتزاز من 280 ملغ / غ.
مخطط 1
هيكل تاب البورفيرين. ويعرض هذا الرقم على التركيبة الكيميائية لل5،10،15،20-tetrakis (4 allyloxyphenyl) البورفيرين (تاب) والذي تم استخدامه في ورقة وحامل الأيون في جهاز استشعار النحاس انتقائية جديدة ومكثف كما لإزالة النحاس من عينات الاصطناعية.
النتائج والمناقشة
اختبارات الكشف عن
تعمل مجموعة التركيز والمنحدر
سلوك أي جهاز استشعار أيون انتقائية تعتمد على طبيعة وهيكل حامل الأيون يستخدم في تكوين الغشاء. يرجع ذلك إلى حقيقة أن البروفيرين الحرة لها الذرات المانحة في هيكلها، والتوقعات هي أن يكون تقارب جيد للانتقال أيونات المعادن. وقد ثبت ذلك من خلال عدة ورقات ذكرت في الأدب [13،27،28] أن أذكر البروفيرين مختلفة مثل الاستشعار عن المواد. وإلى جانب الدور الحاسم للحامل الأيون، طبيعة الملدنات وجود الثوابت عازلة مختلفة تؤثر على التنقل من حامل الأيون في المرحلة الغشاء. يمكن اختيار أفضل الملدنات تحسين الجواب فرق الجهد الاستشعار من حيث الحساسية وأيضا في بعض الأحيان من الانتقائية. وهناك بعض التقارير التي توصي أقل الملدنات ثابت العزل الكهربائي لبعض أجهزة الاستشعار معدن ثنائي التكافؤ انتقائية [14] وغيرها والتي تم الحصول على أفضل النتائج باستخدام المواد البلاستيكية التي تتميز الثوابت عازلة كبيرة [18]. في هذا الصدد، وركز هذا العمل على الحصول على وعرضها نسبيا من ثلاثة أجهزة استشعار وجود نسبة الوزن نفسه تكوين الغشاء، ولكن باستخدام المواد البلاستيكية ثلاثة مختلفة: أجهزة الاستشعار A - الملدن مع O-nitrophenyloctylether (O-NPOE، ɛ = 24)، استشعار B - الملدن مع phtalate كتيل (DOP، ɛ = 7) وأجهزة الاستشعار C - الملدن مع sebacate كتيل (DOS، ɛ = 4).
تم اختبار أجهزة الاستشعار في ثلاثة حلول النحاس 10-7 - 10-1 M ويتم عرض النتائج التي تم الحصول عليها في الشكل 1 والجدول 1. تحليل النتائج، يبدو أن كل منهم النحاس وانتقائية، وجود المنحدرات القريبة من Nernstian في نطاقات تركيز مختلفة. استشعار B، الملدن مع DOP يعمل في أوسع نطاق تركيز من 1X10-7 - 1X10-1 M، مع منحدر من (28.4 ± 0.4) بالسيارات / العقد.
الشكل 1. الردود النحاس فرق الجهد من الأقطاب الكهربائية AC. ويعرض الشكل الردود فرق الجهد من أجهزة الاستشعار الجديدة التي تم الحصول عليها على أساس تاب الملدن مع A - NPOE، B - C وDOP - DOS.
الجدول 1. خصائص استجابة فرق الجهد من أجهزة الاستشعار النحاس انتقائية AC
من البيانات التي تم الحصول عليها ويمكن إبراز أن ليس هناك قاعدة محددة في اختيار الملدنات يرجع ذلك إلى حقيقة أن لديه DOP القيم المتوسطة للثابت العزل الكهربائي نسبيا مع تلك NPOE وDOS، بحيث اختيار من الملدنات واحد يجب أن يتم بعد أداء الاختبارات.
تأثير الأيونات التدخل
معاملات الانتقائية تظهر تأثير الأيونات التدخل على الاستجابة المحتملة من أجهزة الاستشعار. تم تحديد من قبل طريقة حل منفصل باستخدام المعادلة (1) ووصف تفضيل من أجهزة الاستشعار لايون الابتدائي (CU2 +) بالنسبة للأيونات التدخل، والتي في حالتنا هم: أحادي التكافؤ (نا +، لي +)، ثنائي التكافؤ (Ni2 +، MN2 + ، CO2 +، + Zn2، PB2 +) والثلاثي (FE3 + وAL3 +). يتم عرض القيم التي تم الحصول عليها في الجدول رقم 2.
الجدول 2. معاملات الانتقائية من أجهزة الاستشعار التي تم الحصول عليها
البيانات الواردة في الجدول 2 وضعت في الأدلة التي أيضا في شروط الانتقائية تم الحصول على أفضل النتائج للاستشعار B، وجود غشاء الملدن مع DOP. أجهزة الاستشعار لديه انتقائية جيدة جدا بالمقارنة مع غيرها من الكاتيونات اختبارها، وكان يستخدم أكثر في كل القرارات.
من الجدول 2، وأنه يؤدي إلى أن الاستشعار A لديه FE3 + تدخلا أيون، ولكن لا يمكن أن أعلنت أنها جهاز استشعار الحديد انتقائية بسبب القيم من المنحدرات التي هي شبه Nernstian.
تأثير درجة الحموضة
تم الحصول على وظيفة درجة الحموضة من أجهزة الاستشعار B في الحلول وجود قيم مختلفة من درجة الحموضة ويرد في الشكل 2. إمكانيات الاستشعار تحدد بوصفها وظيفة من درجة الحموضة لا تزال مستمرة على نطاق درجة الحموضة 2-8، والتي يمكن أن تؤخذ مثل درجة الحموضة تتراوح العمل من أجهزة الاستشعار.
الشكل 2. تأثير الرقم الهيدروجيني للمحلول الاختبار على الاستجابة المحتملة من أفضل أجهزة الاستشعار التي تم الحصول عليها. ويعرض الشكل تأثير درجة الحموضة على الاستجابة المحتملة من أجهزة الاستشعار. واستخدمت حلول لها قيم مختلفة من درجة الحموضة.
زمن الاستجابة ومدى الحياة
متوسط الوقت للنحاس انتقائية الكهربائي لتصل إلى 95٪ من القيمة المحتملة النهائي بعد الغمر المتعاقبة من القطب في سلسلة من الحلول أيون النحاس، كل وجود فارق 10 أضعاف في تركيز، وقد تم قياس. كان زمن الاستجابة 10-3 إلى 10-2 الحلول النحاس M من 10 ثانية، لكنها أصبحت أطول لإيجاد حلول المخفف.
واحدة من أهم خصائص جهاز استشعار هو عمر البطارية. في حالتنا، واستشعار وجود غشاء الملدن مع DOP أيضا لديه أفضل حياة، من 6 أسابيع. خلال هذه الفترة من الوقت لوحظ أي تغير ملموس من إمكانات. تم اختبار أيضا الاستقرار واستنساخ من أفضل أجهزة الاستشعار التي تم الحصول عليها. وكان الانحراف المعياري للقياسات 15 تكرار المقدمة لل1 × 10-3 M حل ± 0.4 بالسيارات.
يتم عرض خصائص استجابة فرق الجهد من أجهزة الاستشعار الحالية نسبيا لتلك بعض أجهزة استشعار أخرى ذكرت في الأدب في الجدول 3.
الجدول 3. خصائص استجابة من أجهزة الاستشعار المقترحة نسبيا إلى أقطاب أخرى مماثلة قدمت في الأدب
التطبيقات التحليلية
تقرير من النحاس من الحلول الاصطناعية
لتطبيق التحليلية، تم اختبار الاستشعار عن النحاس وكشف في عينتين الاصطناعية، نسبيا إلى الأسلوب AAS. عينات من 20 و 50 ملغم / لتر النحاس واستخدمت كذلك للاختبارات إزالة باستخدام مكثف كما نفس تاب البورفيرين. يتم عرض النتائج في جدول (4) لخمسة مكررات وتم العثور عليها ليكون في وثيقة الاتفاق.
الجدول 4. تقرير من النحاس في عينات الاصطناعية
تقرير من النحاس من بطاريات ليثيوم أيون أمضى
كان الاصطناعية ليتش تكوين الخمور: 50 جم / لتر من التعاون، و 10 غرام / لتر من لى، 7 جرام / لتر من القاعدة، 5 ز / L ني، 2 غرام / لتر من الحديد، 3 غرام / لتر من نحاس، 1.5 ز / L من المنجنيز. ونظرا لقوة الأيونية من الحل الاصطناعية، وأضيف نترات الصوديوم لعينات النحاس إلى أحضرهم إلى نفس القوة الأيونية [29]. وكانت النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام جهاز استشعار على أساس ثلاثة قياسات 2.97 ± 0.05 غ نحاس / L.
اختبارات إزالة
يرجع ذلك إلى حقيقة أن 5،10،15،20-tetrakis (4 allyloxyphenyl) تم العثور البورفيرين أن يكون حامل الأيون جيدة للنحاس (II) الأيونات، حاولنا استخدام نفس تاب البورفيرين كمادة النحاس مكثف. لهذا الغرض، واثنين من عينات الاصطناعية المستخدمة في تطبيق التحليلية من أجهزة الاستشعار، بين 20 و 50 ملغم / لتر CU2 + تستخدم أخرى لتجربة الامتزاز. وقد تم تحليل معدل الامتزاز باستخدام المعادلة (2) والمرسومة في الشكل 3.
الشكل (3). الأيسوثرم الامتزاز من النحاس (II) مع تركيز أولي على مختلف تاب. ويعرض هذا الرقم معدل الامتصاص لمدة تركيزات مختلفة النحاس الأولي بين 20 و 50 ملغم / لتر، على فترات زمنية مختلفة.
تم زيادة تركيز النحاس 20-50 ملغم / لتر للحصول على قدرات إزالة الحد الأقصى لأيونات النحاس المستهدفة. تم الحصول على معدلات إزالة عالية في بداية التجربة والذي تحقق التوازن في حوالي 60 دقيقة. بعد ذلك الوقت، تم إنشاء هضبة. وكان الحد الأقصى الامتزاز من 280.2 ملغ من النحاس لكل غرام من الممتزات (تاب). تم حساب معاملات التوزيع، والتي تظهر تقارب من مكثف نحو أيونات النحاس، وفقا للمعادلة (3) وقدرات الإزالة، وفقا للمعادلة (4). يتم سرد كافة القيم في الجدول 5.
الجدول 5. سعة الامتزاز النحاس، معامل التوزيع والقدرة إزالة
تحليل القيم، والنتائج التي تاب يمكن أن تستخدم أيضا مع نتائج جيدة باعتبارها الممتزات كفاءة على النحاس (II) الأيونات.
الاستنتاجات
وكان التحقيق في كشف وإزالة أيونات النحاس باستخدام 5،10،15،20-tetrakis (4 allyloxyphenyl) البورفيرين (تاب). البورفيرين (تاب) كان جزءا لا يتجزأ كما حامل الأيون في مصفوفة PVC، وذلك باستخدام phtalate كتيل (DOP) والملدنات، للحصول على جهاز استشعار النحاس انتقائية جديدة. ويتميز جهاز الاستشعار الناتجة عن حساسية جيدة، والانتقائية جيدة جدا والوقت قصير ردا من 10 ثانية. تم استخدام القطب لاكتشاف فرق الجهد من النحاس في عينات الاصطناعية مع مستوى جيد من الدقة. تم اختبار نفس تاب البورفيرين للإبقاء على النحاس من عينات النحاس الاصطناعية مع سعة قصوى الامتزاز من 280 ملغ / غ.
طرق
الكواشف
البورفيرين 5،10،15،20-tetrakis (4 allyloxyphenyl) البورفيرين (تاب) تم تصنيعه، وتنقيته وتتميز وفقا للإجراءات التي تم نشرها مسبقا [30]. لإعداد الغشاء، كانت بولي (فينيل) كلوريد (PVC) ارتفاع الوزن الجزيئي، مكررا (2 إيثيل) sebacate (DOS)، O-nitrophenyloctylether (NPOE)، dioctylphtalate (DOP)، الصوديوم tetraphenylborate (NaTPB) وtetrahydrofurane (THF) تم شراؤها من Fluka وميرك. وكانت جميع الأملاح والأحماض وقاعدة من الصف كاشف التحليلية. تم استخدام الماء المقطر مزدوجة. وكان التحقيق أداء كل أجهزة الاستشعار من خلال قياس قدرتها في نطاق تركيز 10-5 - 10-1 M من الحلول الموجبة مختلفة. في حالة النحاس (II) وقدمت الحلول في مجموعة وتركيز تصل إلى 10-8 M. الحلول المالية، 0.1 M، أعدت عن طريق إذابة المعادن النترات في الماء المقطر مزدوجة وموحدة إذا لزم الأمر. تم بواسطة التخفيف التدريجي للحلول الأوراق المالية أعدت كل الحلول العمل.
القطب إعداد الغشاء والقياسات
الأغشية لديها الوزن نسبة تكوين كما يلي: 1٪ (0،005 ز) حامل الأيون، 33٪ (0165 ز) PVC و 66٪ (0330 ز) الملدنات. وقد استخدم tetraphenylborate الصوديوم كما المضافة (20٪ مول النسبية لحامل الأيون). المواد electroactive والوسيط المذيب كانت مختلطة معا، ثم أضيفت PVC وكمية مناسبة من THF (3-5 مل) ويخلط للحصول على حل شفافة. تم نقل هذا الحل على طبق من زجاج من 20 CM2، وسمح للTHF لتتبخر في درجة حرارة الغرفة وترك صعبة، غشاء مرن مضمن في مصفوفة PVC. قطعت قطعة شكل دائري من الأغشية (قطر = 8 مم) خارج وتجميعها على هيئة القطب Fluka. وقد أجريت القياسات في درجة حرارة الغرفة باستخدام الادوات حنا HI223 درجة الحموضة / MV-متر من خلال إنشاء الخلية التالية:
AG | أجكل | KNO3 (0.1 M) | عينة | غشاء ايون انتقائية | 0.01 M بوكل | أجكل، AG.
قبل لقياسات EMF، واشترط كل أجهزة الاستشعار لمدة 24 ساعة عن طريق نقع في 0.01 M CU2 + حل. تم تحديد معاملات الانتقائية فرق الجهد وفقا لطريقة حل منفصلة [31] باستخدام القيم التجريبية التي تم الحصول عليها لEMF 0.01 M من الكاتيونات اختبارها ومنحدر النظرية من 29.6 بالسيارات / عشر سنوات من النشاط على النحاس (II) الموجبة، وتحسب على أساس المعادلة ( 1):
logKpotX، Y = (EY-السابقين) ⋅ ⋅ ZX FRTln10 + (1-zXzY) lgaX (1)
تأسست حد الكشف عن كل جهاز استشعار عند نقطة تقاطع من الاسعار المنخفضة للقطاعات استقراء خطي متوسطة المدى ومستوى تركيز النهائي من المؤامرة المعايرة. تم الحصول على تأثير درجة الحموضة على استجابة فرق الجهد من أجهزة الاستشعار من خلال إدخال أفضل أجهزة الاستشعار التي تم الحصول عليها في الحلول من HNO3، هيدروكسيد الصوديوم ومخازن مختلفة، في مجموعة ودرجة الحموضة 1-12،92.
الامتزاز اختبار
وأجريت التجارب إزالة النحاس من قبل التحريك 5 ملغ من تاب في 100 مل من محلول النحاس عند 25 درجة مئوية. تم اختبار اثنين من تركيزات مختلفة من النحاس 20 و 50 ملغم / لتر. تم تحليل حل من كل قارورة لتحديد تركيز النحاس بعد فترات زمنية مختلفة. تم حساب معدل إزالة باستخدام المعادلة (2):
التيسير الكمي = (C0-CE) × Vmmg / ز. (2)
حيث التسهيلات الكمية هي الكمية من النحاس كثف على البورفيرين في الوقت إذا توازن (ملغ / غ)، C0 هو تركيز الأولي من النحاس في محلول مائي (جزء في المليون)، CE هو تركيز كوبر النهائي في وقت التوازن (جزء في المليون )، M هي كتلة من البورفيرين استخدام مكثف (ز)، V هو حجم المحلول (L).
معامل التوزيع (KD) يدل على تقارب من نحو مكثف أيونات النحاس وتم حسابها باستخدام المعادلة (3)
دينار = QeCe (L / G). (3)
وتحسب قدرات إزالة أيونات النحاس (٪) مع الأخذ بعين الاعتبار اثنين من تركيزات مختلفة الأولي، من خلال المعادلة (4):
Removalcapacity (٪) = (المشارك م) التعاون × 100. (4)
تضارب المصالح
يعلن الكتاب أن لديهم أي اهتمام المتنافسة.
مساهمات المؤلفين
DV، جعلت IP القياسات الجهدية وتصميم مفهوم كاملة من البحوث، والعنف المنزلي، جعلت VAC القياسات وإزالة المسودة الأولية للمخطوطة، جعلت HP القياسات AAS، وتوليفها GFC والشركة المصرية للأسمدة، وتميزت حامل الأيون البورفيرين و إعداد المسودة النهائية للمخطوطة. كل الكتاب قراءة ووافق على المخطوط النهائي.
شكر وتقدير
البحث المؤدية إلى هذه النتائج قد تلقت تمويلا من برنامج الجماعة الأوروبية الإطاري السابع (FP7/2007-2013) تحت اتفاقية المنحة 266090 (SOMABAT)، عن طريق UEFISCDI الرومانية التمويل المشترك بين الاتحاد الأوروبي و7FP-سومبات - وحدة III-NR. 128 EU/2011، من قبل معهد الإدارة العامة نظم المعلومات الإدارية، مشروع ROS-NET رقم 464 و هو نتيجة للتعاون بين المؤلفون المشاركون في POSDRU/21/1.5/G/38347 المشروع. واعترف بامتنان جميع.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق