Исследование сорбционных свойств многослойных графенов для концентрирования и определения тяжелых металлов.

Стратегически важным направлением развития современных производств и городских агломераций является глобальное улучшение экологической ситуации. С развитием промышленности тяжелые металлы (ТМ), например, кадмий, ртуть, мышьяк и т.д. и их соединения попадают в окружающую среду и накапливаются в организме человека, нанося системный вред здоровью и приводя к развитию раковых заболеваний. В связи с этим, контроль содержания ТМ в питьевых, природных, сточных водах и биологических жидкостях является первостепенной задачей, а критическим фактором является разработка высокочувствительных методик количественного химического анализа (КХА), обеспечивающих возможность мониторинга вод и биологических объектов. Возможностей инструментальных методов КХА не всегда достаточно для контроля содержания ТМ на требуемом уровне концентраций, что обусловлено как крайне низкими их содержаниями, так и матричными влияниями основных компонентов проб. Предварительное сорбционное концентрирование примесей это эффективный способ снижения пределов обнаружения (ПО) аналитов. Показана перспективность применения углеродных сорбционных материалов (активированный уголь, углеродные нанотрубки и т.д.), обладающих высокой удельной поверхностью и сорбционной емкостью. Эти материалы могут применяться как для извлечения ТМ из растворов, так и для их концентрирования при выполнении КХА. Важным преимуществом этих материалов является возможность управления их сорбционными свойствами путем модификации функциональных групп. Применяемые в настоящее время в аналитической практике методики с сорбционным концентрированием имеют ряд ограничений: высокий контрольный опыт от примесей, содержащихся в сорбенте, проблемы десорбции аналитов, необходимость использования сравнительно большого объема реактивов, что увеличивает разбавление проб, вероятность внесения неконтролируемых загрязнений и ухудшает ПО аналитов. Материалы на основе графена в настоящее время являются одной из наиболее востребованных тематик в области наноматериалов. Настоящий проект направлен на изучение процессов сорбции тяжелых металлов с использованием перспективных сорбционных материалов на основе многослойного графена (МСГ) и разработку комбинированных методик определения ТМ с применением высокочувствительных и информативных методов КХА: масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС), атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) и двухструйной дуговой плазмой (ДДП-АЭС). Оригинальная методика микроволнового синтеза позволит значительно снизить содержание примесей в сорбционных материалах. Использование сорбционного концентрирования аналитов на МСГ, обладающим огромной удельной поверхностью и высокоэффективной системы введения проб в источники атомизации и ионизации: электротермического испарения (ЭТИ) позволит проводить прямой анализ сорбентов на основе МСГ и их суспензий без разложения, что существенно упростит процедуру пробоподготовки и значительно улучшит ПО аналитов, позволив достигнуть их рекордных значений. Ранее ЭТИ для анализа сорбентов на основе графена не применялось. В настоящем проекте предполагается реализация группового концентрирования аналитов, в то время как существующие методики направлены на концентрирование только отдельных элементов. Основное отличие предлагаемых подходов от научных конкурентов это реализация прямого анализа сорбентов и их суспензий с использованием высокоэффективного способа ввода проб в источники возбуждения и ионизации: ЭТИ и комплекса современных высокоинформативных методов КХА: ИСП-МС, ИСП-АЭС и ДДП-АЭС. Перспективен также прямой анализ сорбентов методом ДДП-АЭС с вдуванием проб в ДДП потоком аргона. В результате будут разработаны новые подходы по аналитическому обеспечению экологического мониторинга вод и биологических объектов. Использование этих подходов позволит значительно развить аналитические возможности методов КХА применительно к определению концентрации ТМ в различных объектах.