Ανάλυση ανιόντων με φθορισμομετρία ακτίνων χ

Abstract

The present thesis is proposing a new method of analysis of chemical speciation and elemental detection with environmental significance by using anion selective membrane and analyzing them with TXRF. Specifically this method include the production and application of a mechanism of chemical speciation of elements of periodic table that due to their different form have different toxicity, bioavailability and effect on living organisms. Also a qualitative and quantitative detection of chemical elements is presented that have anionic form in water solutions. The above procedure is accomplished by the use of anion selective membrane, an analytical tool which allows the selective bound of the desirable element on a membrane polymer matrix. This polymer structure is immobilized on a quartz that have been enriched with certain chemical reagents which provide the membrane with anionic activity and selectivity towards their ability to complex several elements. Typical examples that are examined at the present thesis are the chemical speciation of toxic hexavalent chromium from the trivalent chromium and the discrimination of toxic bromates ions from the bromines in a water solution. The analysis of the membranes were performed by TXRF. Even though this technique offers only elemental analysis with the specific methodology, the discrimination between different forms of the same element is achieved. Taking into account the small time of samples analysis, the absence of pretreatment processes and other advantages that are mentioned, the specific instrumentation establishes as very practical and useful. The results of the present thesis can be used in the development of new experimental methods for the determination of chemical increased environmental and analytical interest as well as finding applications in the discrimination experiments of elements that are present in organometallic and inorganic forms the superiority of the method towards all known used analytical methods consist in its easy use, direct analysis of the samples, low cost and environmentally friendly technology.

Στην παρούσα διατριβή εφαρμόστηκε μια νέα μέθοδος ανάλυσης χημικής ειδοταυτοποίησης και ανίχνευσης στοιχείων με ιδιαίτερη περιβαλλοντική σημασία κάνοντας χρήση ανιοντικών εκλεκτικών μεμβρανών και ανάλυση αυτών μέσω της τεχνικής της TXRF. Πιο συγκεκριμένα η αναλυτική μεθοδολογία περιλαμβάνει τη δημιουργία και την εφαρμογή μηχανισμών χημικής ειδοταυτοποίησης στοιχείων του Περιοδικού Πίνακα τα οποία εξαιτίας των διαφορετικών χημικών μορφών τους (κυρίως αριθμού οξείδωσης)παρουσιάζουν διαφορετική χημική συμπεριφορά ως προς την τοξικότητα και τη βιοδιαθεσιμότητα τους προς τους ζωντανούς οργανισμούς καθώς και τις επιπτώσεις τους σε αυτούς. Χαρακτηριστικά παραδείγματα που εξετάζονται στην παρούσα εργασία αποτελεί η διάκριση του ιδιαίτερα τοξικού εξασθενούς χρωμίου από το τρισθενές, όπως και η διάκριση ανάμεσα στα βρωμιούχα και τα βρωμικά ιόντα τα οποία είναι παραπροιόντα της οζονόλυσηςκαι ιδιαίτερα τοξικά. Επίσης επιτυγχάνεται ποσοτική και ποιοτική ανάλυση χημικών στοιχείων(Αρσενικού, Βαναδίου, Σεληνίου) τα οποία αποκτούν ανιοντική μορφή σε υδατικά διαλύματα και έχουν σημαντική επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς. Η παραπάνω διαδικασία πραγματοποιείται κάνοντας χρήση εκλεκτικών μεμβρανών ιόντων επιτρέποντας την επιλεκτική πρόσδεση του επιθυμητού στοιχείου πάνω σε μια μεμβρανική μήτρα πολυμερούς υλικού. Η δομή αυτή είναι ακινητοποιημένη πάνω σε ένα ανακλαστήρα από χαλαζία και έχει εμπλουτιστεί με κατάλληλα χημικά αντιδραστήρια που προσδίδουν στην μήτρα την κατάλληλη ενεργότητα και εκλεκτικότητα ως προς την ικανότητα πρόσδεσης διαφόρων στοιχείων. Με αυτόν τον τρόπο πραγματοποιείται δέσμευση ιόντων μέσα από οποιαδήποτε υδατικό διάλυμα. Η ανάλυση των μεμβρανών πραγματοποιήθηκε μέσω της τεχνικής της TXRF η οποία αν και επιτρέπει στοιχειακές μόνο αναλύσεις με τη συγκεκριμένη μεθοδολογία επιτρέπεται η διάκριση διαφορετικών χημικών μορφών του ίδιου στοιχείου. Τα αποτελέσματα της παρούσης διατριβής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη νέων ερευνητικών μεθόδων προσδιορισμού χημικής ειδοταυτοποίησης και ανίχνευσης χημικών στοιχείων με ιδιαίτερο περιβαλλοντικό και αναλυτικό ενδιαφέρον, όπως και σε πειράματα διαχωρισμού οργανομεταλλικών ενώσεων. Η υπεροχή της συγκεκριμένης μεθόδου έγκειται τόσο στην ευκολία χρήσης της και άμεσης ανάλυσης δειγμάτων όσο και στη φιλική προς το περιβάλλον τεχνολογία.