席夫碱金属配合物在离子选择性电极中的应用

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离子选择电极(Ion-selective electrodes:ISEs)是一类指示电极,它的电化学活性元件是敏感膜,该膜将决定电极的性质。将某些对阴阳离子具有优先识别能力的有机或有机金属化合物作为中性离子载体应用于聚氯乙烯膜(poly(vinyl chloride)membrane:PVC-membrane)离子选择性电极中,拓宽离子选择性电极的应用范围,是当今电分析电位分析方法和有机或有机金属化合物研究领域中的重要方向之一。利用有机金属配合物的电化学性能,将它们作为电极膜的敏感材料,是二十世纪末二十一世纪初分析化学特别是电分析化学传感器领域中非常吸引人注目的一个研究课题。本论文简要介绍席夫碱金属配合物的性能和属性,并且探讨了它们作为离子选择性电极载体的基本条件:亲脂性,合适的淌度、形成常数,足够的反应速度,以及应用发展过程;简要描述了最近十余年以来,电位分析法所取得的一系列成就:较优的选择性能和较低的检测下限,以此为基础再衍生出了其他类似的分析检测方法和手段;回顾了离子选择性电极发展过程中的几个重要阶段:理论准备、电极设计的初级阶段,发展成熟并且得到实际应用的高级阶段,沉寂低谷后的研究新热潮阶段;设计合成了两个不同的金属席夫碱配合物,并将它们作为离子载体应用于PVC溶剂聚合膜离子选择性电极中,通过紫外可见光谱和交流阻抗技术等分析方法,详细研究了电极的响应机理,测量了电极的选择性和对干扰离子的选择性系数,并研究了电极的线性范围和检测下限。1.设计合成了双水杨醛缩4,4’-二氨二苯甲烷合铜(Ⅱ)(Cu2L2)的席夫碱配合物,并以此金属有机配合物为中性载体,制得PVC膜离子选择性电极。由于膜的组成直接影响电极的响应性能,因此采用正交实验法对膜的组成、增塑剂与PVC的比率和离子添加剂进行一系列的优化:使用增塑剂邻苯二甲酸二辛酯后,电极有较宽的线性;使用适量的离子添加剂氯化三(十二烷基)甲基胺(TDDMACl)后,能够增加电极的敏感度,得出最佳膜组成为(m%):m(Cu2L2):m(PVC):m(DOP):m(TOMACl):5.7:31.0:61.3:2.0。该电极在pH值为4.0~8.5范围内对水杨酸根离子有较好的Nernst响应,斜率为55.3mV/dec,其线性范围为2.7×10-5~1.0×10-1mol/L,检测下限达到9.4×10-6mol/L。通过分别溶液法测定干扰离子对Sal-的选择性系数,其选择性序列为:Sal->ClO4->SCN->I->NO2->NO3->Cl->Br->SO32->SO42->H2PO4-,与经典的阴离子Hofmeister选择性序列(ClO4->SCN->I-≈Sal->NO3->Br->NO2->Cl->SO42-)对比,呈现反Hofmeister行为,这主要是由中心金属原子与离子之间具有明显的相互作用以及配体自身的构型所致。该电极具有良好的选择性、稳定性和重线性。通过UV-Vis光谱、电化学交流阻抗技术分析了电极响应机理,将该电极初步应用于药品分析中,其测定结果与经典滴定法测定结果基本一致。2.设计合成了三核双席夫碱金属镍配合物,并以此有机金属配合物作为中性载体,制得PVC膜离子选择性电极。当电极采用邻硝基苯基辛基醚(o-NPOE)作为增塑剂时,电极有较宽的线性范围和较好的稳定性;使用适量的四苯基硼钠作为离子添加剂后,增加了电极的灵敏度,提高能斯特响应斜率,确定该敏感膜的最佳组成为:m(载体):m(PVC):m(o-NPOE):m(NaTPB)=5.5:30.0:62.1:2.3。该电极在pH值为2.0~8.0范围内对硫氰酸根离子有较好的Nernst响应,斜率为57.5mV/dec。SCN-优先与载体中心金属离子配位的特性使该电极的选择性呈现反-Hofmeister系列行为,选择性序列为:SCN->Sal->I->phCOO->ClO4->Cl->Br->NO3->NO2->Citrate>CH3COO->SO42-。该电极可以用于浓度在2.4×10-7~1.0×10-1mol/L的硫氰酸根离子的检测,检测下限达到2.0×10-7mol/L。另外,该电极具有良好的选择性、稳定性和重现性,使用寿命可达45天。通过UV-Vis光谱、电化学交流阻抗技术分析了电极响应机理,将该电极应用于废水中硫氰酸根离子的检测,回收率在98.6%和101.4%之间。
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