ЛАЗЕРНЫЙ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ЭКОТОКСИЛИКАТОВ В ВОДНЫХ СРЕДАХ

Светличный Валерий Анатольевич., Чайковская Ольга Николаевна*, Сультимова Наталья Борисовна

Научный руководитель: Копылова Татьяна Николаевна, проф., д.ф.-м.н., зам.зав. отд. СФТИ при ТГУ

Томский государственный университет, Томск, Россия

* Сибирский Физико-Технический Институт при Томском госуниверситете, Томск, Россия

Воздействие УФ-излучением является одной из важнейших современных технологий водоподготовки и очистки сточных вод, однако сложность происходящих при этом процессов приводит к настоятельной необходимости исследования таких фотопревращений, что позволит, с одной стороны, яснее понять к каким результатам приводит фотолиз водных сред различного состава, а, с другой стороны, продвинуться в создании наиболее чувствительных методов лазерного флуоресцентного анализа.

Фенолы и хлорфенолы являются распространенными загрязняющими веществами сточных и природных вод. Кроме того, попадая в окружающую среду, под воздействием природных факторов хлор фенолы могут трансформироваться в более токсичные соединения [1]. Из литературы известно, что фотохимические свойства галогенсодержащих фенолов зависят от положения галогена в кольце [2].

В работе исследован фотолиз фенолов в воде (различные значения рН) под действием УФ-света ртутных ламп, излучения эксимерного лазера. Проведен анализ методами электронной спектроскопии и флуоресценции полученных фотопродуктов. Изучено влияние замещения атома водорода на атом хлора в 4-ом положении в кольце молекулы фенола на его кислотно-основные, спектрально-люминесцентные свойства и фотолиз. В качестве источников облучения водных растворов фенолов были использованы: 1. Ртутные лампы высокого давления ДРШ-500 и ОКН-11М. 2. KrCl лазер с характеристиками: l = 222 нм, t = 7 нс, Еимп до 6 мДж, W = 0.5 ? 60 МВт/см2, Евк до 10 Дж. Электронные спектры поглощения и флуоресценции до и после облучения регистрировались по стандартной методике на спектрофотометре "Specord M40", спектрофлуориметре "Hitachi M850".

Данная работа является продолжением цикла работ, направленных на выявление механизмов фотохимической трансформации фенола и хлор фенолов, приводящих к образованию низкомолекулярных продуктов и их деструкции, или, напротив, к образованию высокомолекулярных продуктов окислительного сочетания, в частности, дибензо-диоксинов и дибензо-фуранов. В работе подробно рассмотрен процесс прямого гомогенного фотолиза фенола и парахлорфенола под действием искусственных источников излучения. Ранее было показано, что ионные формы фенола участвуют в образовании продуктов фотолиза фенола [3,4]. Поэтому мы исследовали кислотно-основные и спектрально-люминесцентные свойства 4-хлорфенола. При добавлении сильных кислот и щелочей в водные растворы 4-хлорфенола обнаружены обратимые изменения в спектрах поглощения и флуоресценции, отнесенные к образованию различных ионных форм парахлорфенола. Построены кривые титрования, оценены величины констант кислотности 4-хлорфенола в основном и возбужденном равновесном состояниях, а также константы кислотности во франк - кондоновском возбужденном состоянии. В докладе обсуждается структура ионных форм парахлорфенола. В результате фотолиза 4-хлорфенол оказался фотохимически активен, по сравнению с фенолом, причем скорость трансформации зависит от рН среды. При УФ облучении кислотность парахлорфенола растет сильнее, чем у фенола. Это связано с образованием кислоты в растворе. В результате распада молекулы парахлорфенола образуются такие фотопродукты как гидрохинон, затем парабензохинон и хингидрон.

Получено, что после облучения KrCl лазером водного раствора фенола в спектре флуоресценции появляются полосы испускания фотопродуктов в областях с максимумами 300, 370 и 460-490 нм. Фоторазложение нейтральной и катионной форм фенола и 4-Cl-фенола, по-видимому, происходит по одному механизму. Отличие наблюдается для фотолиза анионной формы, так как отсутствует флуоресценция коротковолнового продукта. При увеличении плотности мощности накачки усиливается излучение длинноволнового фотопродукта при фотолизе нейтральной форм фенола и 4-Cl-фенола, что, вероятно, связано с фоторазложением молекулы фенола через высоковозбужденные электронные состояния.

Работа поддержана Грантом РФФИ р98сибирь №98-03-03059 и Грантом Минобразования №49 в области охраны окружающей среды и экологии человека на 1998-99гг.

Литература:

  1. Вичутинская Е.В., Первунина Р.И., Семенова И.В. и др. Фотохимические превращения в водной среде//Хим.физика, 1997, Т.16, №4, С.25.
  2. Boule P., Othmen K., Richard C. Phototransformation of halogenoaromatik derivatives in aqueous solution//Inter.J. of Photoenergy, 1999, V.1, P.49.
  3. Tchaikovskaya O.N., Sokolova I.V., Sultimova N.B. Investigation of phenol phototransformation in aqueous solution by electronic spectroscopy and luminescence methods. Proc. SPIE, V.3983, 1999, №11, P.499.
  4. Сультимова Н.Б. Материалы 37 Международной студенческой конференции “Студент и научно-технический прогресс”. Химия, НГУ, 1999, С.151.

e-mail: asf@asf.e-burg.ru