Твердофазная люминесценция полициклических ароматических углеводородов в условиях адсорбционного модифицирования целлюлозы

• Автор: Дячук, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Теоретические вопросы исследования светорассеивающих образцов методом твердофазной люминесценции.

1.2. Фотолюминесцентные переходы молекул.

1.3. Безызлучательный триплеттриплетный перенос энергии.

1.4. Твердофазная люминесценция

1.4.1. Тушение кислородом возбужденных состояний молекул.

1.4.2. Влияние тяжелого атома на твердофазную люминесценцию

1.4.3. Влияние на интенсивность твердофазной люминесценции модификаций матриц различными соединениями.
1.5. Твердофазная экстракция как способ предварительного концентрирования вещества для твердофазной люминесценции
1.5.1. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел
1.5.2. Адсорбенты
1.5.3. Виды модификаций сорбентов
1.5.4. Целлюлозные сорбенты
1.5.5 Общая характеристика пенополиуретанов
1.6. Использование люминесцентных зондов для оценки полярности микроокружения молекул.
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1.Реактив ы
2.2. Сорбенты
2.3. Методика приготовления образцов для люминесцентных измерений
2.4. Источники фона в твердофазной люминесценции ПАУ на целлюлозной матрице и ППУ
2.5. Аппаратура и техника измерений
2.6. Методики обработки экспериментальных результатов
2.6.1. Расчет констант скорости затухания длительной люминесценции.
2.6.2. Расчет констант скорости тушения люминесценции
2.7. Определение фактора селективности.
2.8. Обработка экспериментальных данных
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ НА ТВЕРДОФАЗНУЮ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ РАЗЛИЧНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ. ОСОБЕННОСТИ СОРБЦИИ ПАУ ИЗ ГОМОГЕННЫХ РАСТВОРОВ НА МАТРИЦУ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ППУ
3.1. Спектры люминесценции полициклических ароматических углеводородов в растворах и на твердых матрицах
3.2. Люминесценция пирена на сорбентах, модифицированных тяжелым атомом.
3.3. Твердофазная люминесценция пирена на модифицированных кислотами сорбентах
3.3.1. Оценка эффективности обработки кислотой целлюлозной матрицы и пенополиуретана по изменению константы ШтернаФольмера тушения флуоресценции пирена ацетатом
3.3.2. Определение влияния кислоты на интенсивность твердофазной люминесценции пирена.
3.3.3. Оценка эффективности модификации целлюлозы кислотами по изменению индекса полярности пирена и диэлектрической проницаемости среды
3.4 Сорбция пирена на бумагу и ППУ из различных гомогенных растворов
ГЛАВА 4. ТВЕРДОФАЗНАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В УСЛОВИЯХ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ППУ ПОВЕРХНОСТНОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ.
4.1. Спектральные характеристики люминесцентного зонда в водномицеллярных растворах, содержащих полимерные молекулы
4.1.1 Спектральные характеристики пирена в водномицеллярных растворах анионного и катионного поверхностноактивных веществ
4.1.2 Люминесценция пирена в водномицеллярных растворах в присутствии неионогенного полимера ПЭГ
4.2. Влияние на интенсивность твердофазной люминесценции ПАУ модификации матрицы анионным и катионным поверхностноактивными веществами.
4.3. Модификация твердых матриц поверхностноактивными веществами и
полиэтиленгликолями ПЭГ .
4.3.1. Влияние полиэтиленгликоля в водномицеллярном растворе анионных и катионных поверхностноактивных веществ на сорбцию и интенсивность твердофазной люминесценции пирена.
4.3.2. Оценка места локализации молекул пирена в водномицеллярных растворах ДЦС с добавлении полимерных молекул полиэтиленгликолей и при сорбции из этих растворов на целлюлозную и пенополиуретановые матрицы.
4.3.3. Динамическая сорбция пирена, солюбилизированного в мицеллах додецилсульфата натрия. Влияние полимерных молекул полиэтиленгликоля на эффективность сорбции пирена
4.4. Сравнительное изучение влияния водномицеллярных растворов и полимерных молекул полиэтиленгликолей на интенсивность люминесценции пирена в растворах и сорбированного на твердые матрицы.
4.5. Триплеттриплетный перенос энергии электронного возбуждения при модификации твердых матриц поверхностноактивными веществами.
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ТВЕРДОФАЗНОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАУ
НА МОДИФИЦИРОВАННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗНОЙ МАТРИЦЕ
5.1. Методы определения ПАУ в окружающей среде.
5.2. Методы выделения и концентрирования веществ.
5.3. Применение люминесцентного метода для аналитического определения ПАУ в модельных системах.
5.3.1. Методика определения полициклических ароматических углеводородов методом твердофазной флуоресценции.
5.3.2. Методика определения полициклических ароматических углеводородов методом твердофазной фосфоресценции на целлюлозной матрице.
5.3.3. Проверка правильности и воспроизводимости твердофазного люминесцентного метода определения ПАУ
5.3.4. Установление селективности определения пирена в бинарной смеси различными методами твердофазной люминесценции
на модифицированной целлюлозной матрице
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
1фЛ интенсивность флуоресценции, отн.ед.
1фосф интенсивность фосфоресценции, отн.ед.
1ЛМ интенсивность люминесценции, отн.ед. флм квантовый выход люминесценции
з отношение первого и третьего максимумов интенсивности флуоресценции пирена X длина волны, нм
Хмакс длина волны, соответствующая максимуму испускания, нм
С концентрация, М
ТФЛ твердофазная люминесценция
ФКТ фосфоресценция при комнатной температуре
ЗФ замедленная флуоресценция
В донор энергии
Вт молекула донора энергии в триплетном состоянии А акцептор энергии
Ат молекула акцептора энергии в триплетном состоянии
Б сииглетиое состояние
Бо основное синглетное состояние
Б первое возбужденное синглетное состояние
Т триплетное состояние
Ет значение энергии триплетных состояний молекул ТТ перенос триплеттриплетный перенос тушитель возбужденных состояний молекул ТА тяжелый атом
ТТА триплеттриплетная аннигиляция СОВ спинорбитальные взаимодействия ПрО предел обнаружения ПАВ поверхностноактивные вещества
АПАВ анионные поверхностноактивные вещества
КПАВ катионные поверхностноактивные вещества
ККМ критическая концентрация мицеллообразования
ДЦС додецилсульфат натрия
ЦТАБ цетилтриметиламмоний бромид
ПЭГ полиэтиленгликоль
ПАУ полициклические ароматические углеводороды
ВЭЖХ высокоэффективная жидкостная хроматография
ГЖХ газожидкостная хроматография
т время жизни возбужденного состояния молекулы
Кш,ФЭф эффективная константа тушения ШтернаФольмера, лмоль
е диэлектрическая проницаемость среды
К, степень извлечения
ТФЭ твердофазная экстракция
СФЭ сверхкритическая флюидная экстракция
ППУ пенополиуретан
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Известно, что колебательная структура спектров флуоресценции ПАУ чувствительна к изменению ближайшего окружения их молекул, поэтому данные соединения можно использовать и в качестве люминесцентного зонда при изучении физикохимических свойств сорбента. Интенсивные люминесцентные сигналы ТФЛ наблюдаются при использовании целлюлозной матрицы фильтровальной бумаги. Однако эффективность процессов сорбции гидрофобных веществ этой матрицей невелика. Работа проводилась по научному направлению Развитие методов оптической спектроскопии молекул и молекулярных комплексов по проблеме В. СГТУ, в рамках тематического плана по заданию Федерального агентства по образованию, номер госрегистрации 4 год и 5 год, а также поддерживалась грантом РФФИ 6 Бела. Цель работы. Направленное адсорбционное модифицирование поверхности целлюлозы и улучшение на этой основе физикохимических характеристик твердофазной люминесценции полициклических ароматических углеводородов. ПАУ с предварительной ТФЭ на модифицированный сорбент. Изучено влияние полярности растворителя на степень адсорбции пирена различными матрицами и на интенсивность его люминесценции. Наиболее интенсивный сигнал получен при сорбции пирена на целлюлозу из этанольных растворов с добавлением уксусной кислоты. С помощью эффекта тяжелого атома установлены существенные изменения взаимодействия пирена с сорбентами при модификации последних. Определены константы ШтернаФольмера тушения флуоресценции пирена тяжелыми атомами на модифицированных матрицах. Установлено, что вероятность переноса энергии электронного возбуждения между полярными молекулами реагентами акридинового и ксантенового рядов и неполярными ПАУ возрастает при их сорбции из водномицеллярных растворов, способствующих концентрированию реагентов на поверхности сорбента и, как результат, перекрыванию их электронных облаков. Предложен способ определения ПАУ в водных средах на основе твердофазной экстракции и люминесцентного определения в фазе модифицированного сорбента. Разработаны и оптимизированы условия адсорбционного модифицирования целлюлозной матрицы и пенополиуретана ППУ поверхностноактивными веществами ПАВ и неионогенными полимерными молекулами полиэтиленгликолями ПЭГ . Разработан способ предварительного концентрирования ПАУ методом твердофазной экстракции из микрогетерогенных сред на основе додецилсульфата натрия ДДС и ПЭГ, позволяющий снизить пределы обнаружения и увеличить чувствительность определения ПАУ люминесцентным методом. Предложен способ определения индивидуальных ПАУ в их смеси на модифицированной целлюлозной матрице, основанный на явлении переноса энергии электронного возбуждения между молекулами донора энергии реагентами акридинового и ксантенового ряда и акцептора ПАУ. ПАУ в их смесях на модифицированной ПАВ целлюлозной матрице, основанный на явлении ТТ переноса энергии между молекулами донора и акцептора. Апробация работы. ГЛАВА 1. Основные сложности при изучении таких образцов обусловлены рассеянием света 6. Существующие математические выражения, связывающие величину измеряемого сигнала с содержанием соединения в твердой фазе, используют с целым рядом допущений. Методические вопросы количественных измерений реальных образцов в литературе практически не освещены, а если и рассматриваются, то для окрашенных порошкообразных образцов и значительно реже для сорбатов. Теория люминесцентной спектроскопии светорассеивающих материалов развита мало. Основные математические выражения, связывающие интенсивность излучения с оптическими характеристиками люминофора и матрицы, получены при использовании теории КубелкиМунка для спектроскопии диффузного отражения 7. При наблюдении люминесценции в светорассеивающей среде возможны вторичные процессы перепоглощения света в слое образца, отражение света. Они влияют на интенсивность наблюдаемого сигнала, форму полос люминесценции, скорость затухания излучения и другие спектральнокинетические характеристики сорбированного люминофора. Теория люминесценции в слое с учетом вторичных процессов детально описана в работах 8, 9. Известно, что интенсивность отраженной 1К и прошедшей сквозь слой образца 1т люминесценции зависят от различных факторов 6, остановимся на некоторых из них.