«Молодой учёный» №20 (79) / moluch_79_ch1

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Physics

25

26

Химия

«Молодой учёный» . № 20 (79) . Декабрь, 2014 г.

ведение. Синтез новых органических и неорганиче-

при котором другие комплексующие реактивы не дают

Вских соединений и изучение их электрохимических,

положительного

эффекта. Высокая чувствительность

физико-химических и других свойств, а также биологиче-

их реакций позволяет определять малые количества раз-

ской активности были и остаются одной из наиболее акту-

личных металлов с достаточно высокой степенью точ-

альных задач современной науки, медицины, промышлен-

ности, причем в некоторых случаях возможно избира-

ности, техники и народного хозяйства.

тельное определение одного элемента в присутствии

В настоящее время значительный интерес с ана-

других без их предварительного разделения.

литической точки зрения представляют органиче-

Кузнецов В. И. отмечает идентичность действия ре-

ские реагенты, содержащие тиольную (R-SH), тионную

агентов типа R-SН и сероводорода при определении

и другие группы, образующие вну-

благородных и тяжелых металлов. Как известно, се-

трикомплексные соединения с ионами благородных ме-

росодержащие

органические соединения специфичны

таллов: золота, платины, меди, кобальта, никеля и других

к комплексообразованию с ионами различных металлов,

в особенности благородных элементов.

элементов и кроме того взаимодействующие с котионами

Тиоамиды (R-CS-NH2) легко синтезируются и успешно

аналогично сероводороду. Не маловажное место в этом

применяются в весовых, объёмных и колориметрических

плане также занимают реагенты, полученные на основе

методах анализа. В основном, как заменители сероводо-

ацетилена и его производных, обладающих значитель-

рода они применяются в виде трех соединений:

ными донорно-акцепторными свойствами, необходимыми

—— тиомочевина (NH2 CS-NH2);

в электроаналитике.

—— тиокарбаминат аммония (NH4О-CS-NH2);

Методы титрования с применением подобного рода ре-

—— тиоацетамид — (СН3 CS-NH2).

агентов [1], объединенные в особую группу методов ана-

Механизм действия тиоамидов основан на процессах

лиза — тиолометрическую, отличаются более высокой

их гидролиза с последующим образованием сероводорода:

селективностью определения по сравнению с комплок-

NH2 CS-NH2 + 2H2O = 2NH3 + CO2 + H2S;

сономотрическими, так как серосодержащие реагенты

NH4О-CS-NH2 + H2O = 2NH3 + CO2 + H2S;

взаимодействуют с гораздо меньшим числом ионов ме-

СН3 CS-NH2+ 2H2O = СН3 COO-NH4 + H2S.

таллов, чем ЭДТА и ее аналоги. С другой стороны, их осо-

Существенное преимущество тиоамидов заключается

бенностью является способность реагировать с отдель-

в том, что образование сероводорода происходит в рас-

ными группами элементов в определенном интервале рН,

творе, благодаря чему, изменяя количество осадителя

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Chemistry

27

можно просто и легко регулировать скорость реакции

в средние при подщелачивании или, наоборот, средних

и полноту выделения сульфидов.

в кислые при подкислении среды происходит по уравне-

Примером аналитического реагента с группой

ниям:

Me (HDZ) 2 → MeDZ + H2DZ

служит рубеановодородная кислота (РК), мо-

Благодаря наличию в молекуле ДТЗ амино- и сульф-

лекулы которой в виде двух таутомерных форм находятся

амидных групп он образует типичные внутрикомплексные

в следующем равновесии:

соли почти со всеми металлами, способными комплексо-

ваться с этими группами.

С аналитической точки зрения первичные дити-

зоны из за их весьма высокой прочности имеют гораздо

При этом диамидная форма ведет себя как слабая кис-

большее значение, чем вторичные (менее растворимые

лота:

в органических растворителях). С другой стороны пер-

вичные дитизонаты образуются только в кислых рас-

творах, содержащих в избытке лиганд, а вторичные —

при избытке ионов металлов.

Как видно из равновесия, соотношение в растворе

Для титриметрического определения ионов различных

разных форм сильно зависит от кислотности и основности

металлов в амперометрическом варианте в неводных,

среды.

смешанных и водно-органических средах серосодержащие

Соединения РК с ионами металлов получили названия

реагенты до сих пор не нашли широкого применения, не-

рубеанатов и представляют собой весьма прочные ком-

смотря на достаточно высокую прочность и постоянство

плексы, состоящие из двух пятичленных колец, обшей

состава многих их комплексов с благородными и тяже-

структурной формулой:

лыми металлами.

Аналитические возможности [2] серосодержащих ре-

агентов достаточно успешно могут быть улучшены путем

перехода от водных растворов к неводным, так как в не-

водных протолитических средах (особенно протофильных)

Весьма высокая чувствительность реакций РК с неко-

исключается гидролиз, являющийся одним из основных

торыми катионами была нами использована для разра-

факторов, препятствующих использованию макси-

ботки методик амперометрического титрования Cu (II),

мальных возможностей органических реагентов в анали-

Pd (II), Ni (II) и ионов других металлов в водных, сме-

тической практике.

шанных и неводных средах.

Ещеодинизпредставителейсеросодержащихреагентов

Применение дитизона (ДТЗ) в количественном ана-

это амид изотиоугольной кислоты

-тио-

лизе особенно рекомендуется в тех случаях, когда тре-

буется определить микроколичества металлов. Большая

ацетамид, кратко ТАА, белое кристаллическос вещество,

молекулярная масса этого реагента, сравнительно малая

хорошо растворимое в воде, спиртах, ацетонитриле, ук-

растворимость в воде и весьма хорошая — в органи-

сусной кислоте, тетрогидрофуране (ТГФ) и сравнительно

ческих растворителях позволяет разнообразить и рас-

малорастворимое в бензоле, эфире и кетонах.

ширить возможности анализа с использованием этого

Почти все известные в настоящее время методы коли-

реагента, а в отдельных случаях предпочесть даже дити-

чественного определения различных металлов с приме-

зоновый метод.

нением ТАА основаны на предварительном их осаждении

ДТЗ в водных растворах ведет себя как одноосновная

в виде соответствующих сульфидов с последующим гра-

кислота и участвует в реакциях в виде таутомерных рав-

виметрическим, титриметрическим, полярографическим,

новесных форм (тион-тиольных):

фотометрическим, спектральным и радиометрическим

методами обнаружений. При титриметрическом же за-

вершении анализа, как правило, осадок сульфида металла

растворяют в полученном растворе с последующим от-

титровыванием определяемого катиона раствором ЭДТА

Отсюда можно заключить, что ионы металлов могут

или другого подходящего реагента.

образовывать с этим реагентом два типа дитизонатов.

Методы же прямого титрования каких либо катионов

Наиболее обычной является «первичная» форма, полу-

стандартным раствором ТАА в водных средах предла-

чающаяся в кислых средах и при этом в комплексообра-

гались эпизодически и весьма редко. Такое положение

зовании участвует тиолат-ион.

объясняется тем, что взаимодействие его с катионами,

На основании литературных данных, а также стехио-

приводящее к образованию сульфида соответствую-

метрии образования комплексов этого реагента с ионами

щего металла, протекает слишком медленно, особенно,

различных металлов было установлено, что ДТЗ ведет

в кислом растворе, вследствие малой скорости гидролиза

себя как двухосновная кислота. Переход кислых солей

ТАА.

28

Химия

«Молодой учёный» . № 20 (79)

. Декабрь, 2014 г.

При взаимодействии ТАА с катионами различных ме-

Как известно, серосодержащие соединения специ-

таллов, постоянно осаждаются в виде сульфидов за счет

фичны к ионам различных металлов, поэтому важно по-

образующегося при гидролизе сероводорода, образуя до-

лучение новых

органических

комплексообразующих

статочно прочные и хорошо растворимые в воде ком-

веществ на основе доступных, импортзамещяющих и де-

плексы составов: [Ме (TAA)] n+, [Ме (TAA) 2] n+, [Ме

шевых компонентов, обладающих рядом ценных анали-

(TAA) 3] n+ и [Ме (TAA) 4] n+. Образующийся при гидро-

тических свойств, с целью их использования в качестве

лизе H2S или S2− можно использовать для осаждения ряда

подходящих и селективных реагентов на ионы различных

катионов, образующих мало растворимые сульфиды.

металлов, в особенности благородных элементов.

Такой метод осаждения, как известно, приводит к об-

Применение

платиновых индикаторных электродов

разованию гораздо более чистых и менее дисперсных

позволяет использовать возникающий анодный ток окис-

осадков сульфидов металлов, по сравнению с таковыми,

ления титранта для индикации конечной точки титро-

получаемыми действием сероводорода или сульфида ам-

вания, что значительно расширяет число катионов, ти-

мония.

труемых амперометрическим способом.

Эта особенность ТАА до сих пор никем не использо-

Нами было установлено, используемые нами се-

валась для разработки прямых методов титрования ка-

роcодержащие реагенты в любой из вышеприведенных

тионов, потому что в водном растворе реакция образо-

сред на платиновом дисковом аноде легко окисляются

вания тиоацетамидатного комплекса, как правило, всегда

и при этом обнаруживают появление соответствующего

сопровождается побочной реакцией образования суль-

анодного тока, благодаря чему эти реагенты с аналити-

фидов металлов.

ческой точки зрения весьма интересны и ценны как под-

Можно однако, предположить, что если полностью ис-

ходящие и специфичные титранты для амперометриче-

ключить или хотя бы сильно замедлить процесс гидролиза

ского титрования различных катионов в водных, неводных

ТАА путем замены воды подходящим органическим рас-

и смешанных средах.

творителем или смесью растворителей, то прямое титро-

Учитывая все преимущества и достоинства меди, пал-

вание катионов раствором этого реагента на основе ре-

ладия, платины, золота, серебра и их соединений, а также

акции комплексообразования станет вполне возможным.

важность этих металлов в народном хозяйстве возникла

дится в двух таутомерных формах:

довых концентраций в природных объектах и промыш-

ленных материалах, поскольку их микроколичества порою

играют важную и определяющую роль в решении раз-

личных аналитических, медицинских, социальных, эко-

Для титриметрического определения ионов раз-

логических, технических, народнохозяйственных и других

личных металлов в амперометрическом варианте в не-

задач.

водных и смешанных средах ТАА до сих пор не нашел

Как известно, амперометрическое титрование пред-

применения, несмотря на достаточно высокую прочность

ставляет собой объемный метод анализа, в котором

и постоянство состава многих его комплексов с благо-

для индикации конечной точки титрования использу-

родными и некоторыми тяжелыми металлами. Хотя уже

ется диффузионный ток, наблюдаемый на ртутно — ка-

было отмечено ранее, что аналитические возможности

пающем, вращающемся платиновом или другом твердом

ТАА успешно могут быть расширены и улучшены при пе-

электроде. Благодаря экспрессности выполнения ана-

реходе от водных растворов к неводным и смешанным

лиза, дешевизне, доступности и простоте аппаратурного

средам, из за исключения процесса гидролиза, являюще-

оформления разработанные методики титрования вполне

гося одним из факторов, препятствующих использованию

могут быть использованы для определения благородных

максимальных возможностей органических хелатообра-

металлов в различных по природе объектах окружающей

зующих тиолов в аналитической практике. В связи с этим

среды, производственных и промышленных материалах

в аналитических целях также необходимо было оценить

в стационарных и полевых условиях.

возможности и выявить особенности использования ТАА

Поэтому, определение этих металлов в различных

в качестве подходящего титранта на ноны различных ме-

по природе объектах окружающей среды; стоматологии,

таллов в неводной амперометрии [3].

изделиях радио- и электронной техники, минералах,

Результаты и их обсуждение: Для решения постав-

рудах и производственных отходах является необхо-

ленной задачи и достижения намеченной цели были про-

димой и актуальной задачей современной электроана-

ведены предварительные опыты по амперометрическому

литической химии, медицины и экологии. Важное место

титрованию ионов металлов растворами серосодержащих

в этом аспекте занимает амперометрия, отличающаяся

реагентов и ММГО в слелдуюших протолитических

высокими точностью, экспрессностью и нижними гра-

средах: уксусной кислоте, н-пропоноле, ДМФА и ДМСО.

ницами определяемых содержаний компонентов, ос-

Титрование ионов металлов осуществляли с учетом спе-

нованная на законах полярографии и вольтампероме-

цифических условий образования комплексов металлов

трии, где конечную точку титрования устанавливают

и их стехиометрии с этими реагентами.

по зависимости предельного анодного и катодного токов

30

Химия

«Молодой учёный» . № 20 (79) . Декабрь, 2014 г.

логии, аналитической и физической химии, медицины,

ственную важность, необходимость и актуальность, так

имеющее в жизни людей (населения) как народнохозяй-

и социальную и прикладную значимость.

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Computer Science

33

Прототип TouchSpace на отладочной плате

Область применения

В настоящее время на отладочной плате создан ра-

Разрабатываемое устройство TouchSpace найдет ши-

бочий прототип устройства, представленный на рисунке 3.

рокое применение среди молодого поколения, не бояще-

Для функционирования прототипа TouchSpace, была

гося начать использовать что то принципиально новое.

написана программа на C++, позволяющая обрабаты-

Кроме того, устройство будет интересно любителям и раз-

вать данные с микроконтроллера и перемещать курсор

работчикам компьютерных игр, так как управление же-

по экрану.

стами подразумевает более широкий функционал манипу-

На рисунке 4 представлен график зависимости коорди-

лятора, по сравнению с аналогами.

наты Y, приходящей с датчика, от времени.

Проанализировав график, можно сделать вывод,

Заключение

что в поступающем сигнале много шума, который не позво-

ляет перемещать курсор по экрану с ожидаемой точночтью.

К лету 2015 года планируется собрать готовый об-

Решение описанной выше проблемы — применение

разец устройства, способный обрабатывать различные

фильтрации к поступающему в программу сигналу.

жесты пользователя, вызывающие такие важные со-

В данной работе для устранения шума в сигнале был

бытия как клики левой и правой кнопок мыши, масшта-

применен фильтр Калмана. На рисунке 6 отражена зави-

бирование и перемещение объектов на экране, сворачи-

симость координаты Y от времени с применением филь-

вание окон и другое.

трации.

Обучение устройства различным жестам позволит

Полученная зависимость координаты Y от времени

сделать работу с компьютером простой и неприну-

не имеет резких перепадов значений, которые наблю-

жденной, не требующей использования какой либо по-

дались в графике зависимости координаты от времени

верхности.

без применения фильтра. Как результат курсор на экране

Дизайн и изготовление корпуса для TouchSpace также

перемещается плавно, что позволяет с комфортом управ-

является не менее важным вопросом, так как внешний

лять компьютером.

вид устройства является визитной карточкой продукта.