Использование природных водорослевых сообществ водоемов и почв Сургутского района в качестве тест-систем для определения токсичности буровых шламов и химических реагентов
Диссертация
Автор: Подосельников, Игорь Юрьевич
Название: Использование природных водорослевых сообществ водоемов и почв Сургутского района в качестве тест-систем для определения токсичности буровых шламов и химических реагентов
Справка: Подосельников, Игорь Юрьевич. Использование природных водорослевых сообществ водоемов и почв Сургутского района в качестве тест-систем для определения токсичности буровых шламов и химических реагентов : диссертация кандидата биологических наук : 03.00.16 Сургут, 2006 183 c. : 61 06-3/708
Объем: 183 стр.
Информация: Сургут, 2006
Содержание:
Введение
1 Литературный обзор
11 Современные методы газового анализа
12 Сенсорные устройствя
13 Гетерополисоединение и их использование в сенсорных устройстве
14 Свойства и структура оксидных висмутсодержащих соединений
15 Химическая обработка оксидных висмутсодержащих материалов в ортофосфорной кислоте
16 Постановка задачи
2 Экспериментальная часть
211 Методика исследования процесса взаимодействия висмутсодержащих оксидов с ортофосфорной кислотой
212Исследования кинетики процесса формирование матричного слоя на поверхности висмутсодержаищих оксидов
31 Исследование распределения компонентов кристалла между взаимодействующими фазами
З11Методика исследования рентгенофазового анализа
312Методика исследования состава осадка методом ИК-спектроскопии
313Комплексонометрическое определение висмута
314Спектрофотометрическое определение германия в растворе процесса травления висмутсодержаищих оксидов
32 Исследование распределения компонентов
Висмутсодержащего соединения в процессе гетерогенного взаимодействия
33Исследование кинетики процесса растворения германоэвлитина в концентрированной ортофосфорной кислоте
41Анализ возможностей формирования матричного слоя на поверхности висмутатно-боратных стекол
42Методика спектрофотометрического определения бора в растворе травления висмутсодержащих оксидов в Н3РО4
43Экспериментальные исследования кинетики растворения висмутатно- боратного стекла в концентрированной ортофосфорной кислоте
44Экспериментальные исследования кинетики процесса растворения висмутатно - боратных стекол методом гравиометрии
45Модифицирование матричного слоя, образованного на поверхности оксидного материала
5Анализ возможностей использования гетероструктур для определения содержания токсикантов в воздушной среде
51 Методика исследования газочувствительных свойств
52 Исследование газочувствительных свойств полученных модифицированных пленок( рецепторов )
53 Основные результаты работы
Введение:
Проблема мониторинга окружающей среды приобретает в настоящее время все большее значение. При проведении мониторинга очень часто требуется определять наличие токсикантов в широком интервале содержаний: как больших (в случае выбросов, утечек), так и малых - при контроле содержания токсикантов на уровне ПДК.
Вследствие этого возникает необходимость в создании устройств, позволяющих определять эти вещества в требуемом концентрационном интервале с заданной погрешностью. Широкое применение в этих целях находят химические сенсоры, как наиболее удобные в эксплуатации портативные аналитических устройства.
Общим элементом таких устройств является наличие в их структуре чувствительного слоя, формирование которого представляет наибольшую трудность. В качестве рецепторных элементов таких слоев используются различные атомные и структурные молекулярные группировки, входящие в состав того или иного соединения. Во многих случаях такие соединения наносятся в качестве активного слоя на поверхность инертного материала -носителя[1].
В сенсорных материалов широко используются в этом качестве являются различные оксидные соединения например ZnO, ТЮ2, которые показали свою высокую эффективность при определении СО, Н2 , 02, Н2Б, ИН3 и его производных в воздушной среде. К числу оксидов, перспективных для использования в качестве сенсоров, можно отнести висмутсодержащие соединения, спектр которых весьма широк. Некоторые из них обладают высоким уровнем разупорядочения и, как следствие, высокой ионной проводимостью. Известна так же способность В13 к образованию гетерополисоединений ГПС на основе молибденфосфорной кислоты, что создает перспективы разработки сенсоров на их базе[2,3,4,].
Гетерополисоединения с успехом применяются для определения различных токсикантов в воздушной среде. Однако, существующая технология приготовления сенсоров с использованием активных слоев (ГПС) сложна, требует длительного времени и не обеспечивает должного уровня адгезии активного слоя к поверхности.
Эффективным способом создания сенсора может быть получение активного слоя за счет обработки кристаллов оксидных соединений висмута Н3Р04 , так как фосфаты висмута обладают весьма малым произведением растворимости.
В этом случае процесс синтеза чувствительного элемента сенсора должен включать в себя последующую обработку полученного осадка с целью его модифицирования и соответствие активации.
Однако к настоящему времени слабо изучены даже процессы, происходящие на поверхности кристаллов висмутсодержащих оксидов при их взаимодействии с НзРО^ и совершенно не исследованы состав и свойства продуктов реакции.
В этой связи очевидна актуальность проведения таких исследований для создания более эффективной экспрессной технологии синтеза нового широкого и перспективного класса сенсорных устройств.
Цель работы; Исследование физико-химических закономерностей процесса формирования осадка на поверхности висмутсодержащих оксидных соединений и стекол при их взаимодействии с ортофосфорной кислотой и разработка на этой основе технологии синтеза гетероструктур, эффективных для применения в качестве химических сенсоров. На защиту выносятся:
1. Результаты кинетических исследований процесса формирования осадка на поверхности висмутсодержащих оксидных соединений и стекол при их взаимодействии с ортофосфорной кислотой.
2. Результаты исследований распределения компонентов гетерогенной структуры между взаимодействующими фазами и состава осадка, образующегося на поверхности твердой фазы.
3. Способ модифицирования слоя осадка, сформированного на поверхности висмутсодержащих оксидов и создание на его основе сенсорной гетероструктуры.
4. Анализ возможностей сенсорных гетероструктур на основе висмутсодержащих оксидов для определения токсикантов в окружающий среде.
Научная новизна работы;
1 . Для всех исследованных соединений (В1|20е02о , Е^СезО^) и висмутсодержащих стекол их взаимодействие с ортофосфорной кислотой сопровождается уменьшением скорости растворения по мере увеличения времени травления. Стационарный режим достигается при х > 10 мин.
2 . Показано, что для всех исследованных материалов в области уменьшения скорости растворения наблюдается линейная зависимость обратной массы растворенного вещества от обратного времени поведения травления. В совокупности с установленным уменьшением скорости растворения в ряду Вь стекло , В^веОго , В140е3012ЭТ0 указывает на диффузионный контроль процесса.
3 . Процесс гетерогенного взаимодействия во всех случаях лимитируется диффузией молекул травящего агента к поверхности твердой фазы. На это указывают малые значения скоростей роста слоя осадка и величин эффективной энергии активации ДЕ процесса (от 9.2 до 54 кДж/моль) , а так же одинаковый характер изменения величины АЕ от т для В1|2Ое О 20 , В140ез012 и стекла.
4. Структура осадка, образующегося на поверхности, зависит от состава кристалла и условий проведения процесса гетерогеного взаимодействия. Увеличение площади реакционной поверхности, понижение температуры, увеличение содержания ве в составе кристалла приводят к формированию более плотного осадка на поверхности и возрастанию роли сорбционных процессов в гетерогенном взаимодействии.
5. В результате спектрофотометрического исследования осадка и раствора, образующегося на поверхности твердой фазы, установлено, что процесс взаимодействия германосиллента и германоэвлитина с ортофосфорной кислотой сопровождается образованием осадка В1Р04 по реакциям : В1120е020 12Н3Р04 12 В1Р04 Н4<3е04 16Н20 В14Се30]2 4НзР04 4В1Р04 3 Н^еС^
Наличие только фосфата висмута в составе осадка подтверждено данными РФА и ИК - спектроскопии .
7. Показано, что электропроводность активного слоя при изменении
3 3 содержания Н20 в воздушной среде от 0,061 мг/м до 26,46 мг/м изменятся в пределах от 6 до 450*1 О^См, для ]ч1Нз в интервале содержаний от 7,9 мг/м3до 47,5 мг/м3 от 200 до 745*10"6 См, а в случае Н28 при содержания от 3,06 мг/м3 до 30,62 мг/м3 в пределах от 0.031 до 0.238 См. Это свидетельствует о более высокой селективности сенсорного слоя по отношению к сероводороду. Низкий предел обнаружения (Стт= 0,1 мг/м3), малое время отклика (т = 15 сек), высокий уровень воспроизводимости сигнала (8г=0,05) свидетельствуют о перспективности полученного сенсора для определения Н2Б в атмосфере. 8
Практическая значимость работы
2. Предложена методика определения Н28 , Н20 , ИН3 в воздушной среде по результатам измерения электропроводности чувствительного слоя сенсорного элемента.
3. Разработана методика определения В, в растворах, образующихся при взаимодействии висмутсодержащих оксидов с Н3Р04.
|