Флуоресцентные реакции ниобия и тантала с органическими реагентами

Fluorescent reactions of niobium and tantalum with organic reagents
Беков У.С.
Цитировать:
Беков У.С. Флуоресцентные реакции ниобия и тантала с органическими реагентами // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 5 (71). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/9350 (дата обращения: 22.10.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются условия флуоресцентных реакций ниобия и тантала с органическими реагентами, химизм реакций, роль органических растворителей в ходе реакций, пути повышения чувствительности реакций. Изучены интенсивность флуоресценции комплексов ниобия, оценена усиление в присутствии растворов метанола, этанола и ацетона. Сделана попытка рассчитать значения реального критерия чувствительности флуоресценции изученных комплексов.

ABSTRACT

Тhe article discusses the conditions of fluorescent reactions of niobium and tantalum with organic reagents, the chemistry of the reactions, the role of organic solvents in the course of reactions, ways to increase the sensitivity of reactions. The fluorescence intensity of niobium complexes was studied, and the enhancement in the presence of methanol, ethanol, and acetone solutions was estimated. An attempt was made to calculate the values of the real criterion of fluorescence sensitivity of the studied complexes.

 

Ключевые слова: флуоресцентные реакции, органический реагент, морин, кверцетин, изотермы растворимости, сульфонафтолазорезорцин, перекись водорода, метанол, этанол, ацетон, интенсивность флуоресценции, комплексообразование, критерий чувствительности, экстракция, каталитического действия реагента, экстракционно-флуориметрическая определения.

Keywords: fluorescence reactions, organic reagent, morin, quercetin, solubility isotherms, sulfonaphtholazoresorcinol, hydrogen peroxide, methanol, ethanol, acetone, fluorescence intensity, complexation, sensitivity criterion, extraction, catalytic effect of the reagent, extraction fluorimetric determination.

 

Теоретическая часть

В литературе описаны флуоресцентные реакции ниобия с люмогаллионом (1) и тантала с родамином 6 Ж (2). Нами исследованы новые флуоресцентные реакции ниобия и тантала с органическими реагентами – морином (МОР), кверцетином (КВ) и сульфонафтолазорезорцином (СНАР) [1,3].

Ниобий с морином (кверцетином) в присутствии перекиси водорода образует комплексные соединения, обладающие зеленой флуоресценцией. Установлены оптимальные условия образования комплексов Nb-H2O2-МОР (рН=3; λмахп=420 нм; λмахφ=505 нм) и Nb-H2O2-КВ (рН=2,1; λмахп=425 нм; λмахφ=500 нм) [2,5].

В многих работа предложены способ разделения тантала и ниобия, который основан на различии в растворимости фторотанталата калия K2TaF7 и фтороксониобата калия K2NbOF5*H2O. Разделению благоприятствует отличие в кристаллической структуре этих солей, что исключает изоморфную сокристаллизацию.

Сопоставление изотерм растворимости танталовой и ниобиевой соли (рис.2) показывает, что разделение выгодно проводить при концентрации HF 1 - 7 %, так как в этой области (в которой в данной фазе устойчива соль K2NbOF5*H2O) растворимость танталовой соли в 10 - 12 раз ниже растворимости ниобиевой соли. Растворимость ниобиевой и особенно танталовой комплексной соли понижается в присутствии избытка фтористого калия.

 

Рисунок 1. Изотермы растворимости комплексных фторидов тантала и ниобия в плавиковой кислоте

 

Экспериментальная часть

На основании полученных экспериментальных данных, а также учитывая состояние перекисного комплекса ниобия и морина при рН=3, можно предположить, что образование флуоресцирующего комплекса ниобия с морином происходит по следующему уравнению:

NbO(OH)2H2O2+ + H4R- = [NbO(OH)2H2O2(H3R)]- + H+

Интенсивность флуоресценции комплексов ниобия значительно усиливается при добавлении в раствор метанола (этанола, ацетона). Рассчитаны численные значения реального критерия чувствительности флуоресценции изученных комплексов (ЕвQ) в зависимости от содержания в растворе метанола (этанола, ацетона). Расчет значений ЕвQ произведен согласно работ [3,4]. Чувствительность флуориметрического определения ниобия с морином и перекисью водорода составляет 0,02 мкг ниобия, а с кверцетином и перекисью водорода – 0,4 мкг ниобия в 5 мл раствора [1,4].

Исследован сульфонафтолазорезорцин как флуоресцентный реагент на ниобий. Изучены оптимальные условия образования флуоресцирующих комплексов ниобия со СНАРом в присутствии вспомогательных комплексообразователей (ВКО) – перекиси водорода (фторида, оксалата, тартрата). Комплексообразование ниобия со СНАРом зависит от рН, вида ВКО, времени и концентрации компонентов. Некоторые экспериментальные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Основные спектрофотометрические и флуоресцентные характеристики комплексов Nb-BKO-СНАР

 

Nb-H2O2-СНАР

Nb-фторид-СНАР

Nb-тартрат-СНАР

Nb-оксалат-СНАР

рН

3,2-4,7

6,1-6,5

5,2-6,0

5,6-6,1

λмахп в нм

535-540

540-545

530-535

540

λмахφ в нм

667-668

667-688

650

667-688

ЕвQ*10-3

242,5

195,0

73,0

58,0

 

Независимо от вида ВКО ниобия со СНАРом образует комплексы, в которых соотношение Nb:СНАР=1:1. Установлено, что в комплексообразовании с ниобием участвуют ОН-группы реагента, а также один из азотов азогруппы. В ИК-спектре комплекса Nb-окс-СНАР обнаружена полоса, характерная для оксалатной группы, что свидетельствует об участии оксалат-иона в образовании смешанного (тройного) комплекса Nb-окс-СНАР.

Изучили влияние метанола (этанола, ацетона) на интенсивность флуоресценции комплексов Nb-ВКО-СНАР. В присутствии небольших количеств (10-30%) метанола (этанола, ацетона) в растворе интенсивность флуоресценции комплексов увеличивается в результате образования сольватов. При более высоких концентрациях органических растворителей активность флуоресценции уменьшается, что обусловлено разложением комплексов. Наибольшее значение объективного критерия чувствительности (ЕвQ) имеет комплекс Nb-H2O2-СНАР в присутствии 30% метанола в растворе. Сравнение численных значений ЕвQ для комплексов Nb-ВКО-СНАР с величинами углов наклона прямых калибровочного графика указывает на полное их соответствие (рис.2).

Изучено влияние титана, тантала и некоторых комплексантов на интенсивность флуоресценции комплексов Nb-ВКО-СНАР. Титан значительно уменьшает интенсивность флуоресценции при соотношении Ti:Nb>1:1. На интенсивность флуоресценции комплексов Nb-окс(тартрат)-СНАР не влияют 10-ти кратные количества тантала.

 

Рисунок 2. Численные значений ЕвQ для комплексов Nb-ВКО-СНАР с величинами углов наклона

1-Nb-H2O2-СНАР                              2-Nb-фторид-СНАР

3-Nb-тартрат-СНАР                         4-Nb-оксалат-СНАР

 

Выводы

- исследована новая флуоресцентная реакция тантала с морином и перекисью водорода. Комплексное соединение Ta-H2O2-МОР, образующееся в водных и водно-спиртовых растворах, неустойчиво. С течением времени интенсивность флуоресценции значительно уменьшается, что связано с разложением комплекса вследствии каталитического действия тантала на реакцию окисления морина избытком перекиси водорода. Устойчивость комплекса Ta-H2O2-МОР повышается при экстракции его бутанолом;

- изучены оптимальные условии экстракции комплекса, рассчитаны численные значения Ев`Q и ЕвQ для бутанольного экстракта комплекса. Были также рассчитаны значения ЕвQ для комплекса Ta-H2O2-МОР в водном и водно-ацетоновом растворах.

- из полученных данных следует, что для практических целей лучше применять экстракцию комплекса бутанолом, так как в бутаноле комплекс более устойчив и обладает наибольшей интенсивностью флуоресценции. Чувствительность экстракционно-флуориметрического определения тантала с морином и перекисью водорода составляет 0,03 мкг тантала в 5 мл экстракта.

 

Список литературы:
1. Самарина Т. О., Иванов В. М., Фигуровская В. Н. Оптические и цветометрические характеристики комплексов переходных металлов c 1-нитрозо-2-нафтол-3,б-дисульфокислотой в присутствии поверхностно-активных веществ // Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67, №4. С. 364.
2. Рустамов Н. Х., Багбанлы С. И., Рустамова У. Н. Экстракционно-фотометрическое определение кобальта(II) с ароматическими диаминами и 2,4-динит-робензолазопирокатехином // Азербайдж. хим. журн. 2013. № 4. С. 35-43.
3. Zalov A. Z., Gavazov K. B. Extractive Spectrophotometry Determination of Nickel with 2-hydroxy-5-iodothiophe-nol and Diphenylguanidine // Chem. J. 2014. Vol. 04, № 5. P. 20-25.
4. Кулиев К. А., Вердизаде Н. А. Спектрофотометрическое исследование комплексов никеля (II) с 2,6-дитиол-4-этилфенолом и гетероциклическими диаминами // Kost-2015 : Book of abstracts. Intern. Congr. on Heterocyclic Chem. M., 2015. С. 457.
5. Нгуен Ван, Страшнов П. В., Ковальчукова О. В. Успехи синтеза и комплексообразования : Третья Всерос. науч. конф. (с междунар. участием), посвящ. 55-летию РУДН. М., 2014. Ч. 2. С. 132.

 

Информация об авторах

ассистент Бухарского инженерно-технологического института, Узбекистан, г. Бухара

assistant of Bukhara Engineering and Technology Institute, Uzbekistan, Bukhara

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top