Портал аналитической химии

Молекулы флуоресцирующих соединений также могут содержать несколько атомов, способных быть лигандами, поэтому такие соединения тоже могут образовывать комплексы с металлами. Связывание иона металла обычно сопровождается изменением флуоресцеции комплексообразующего вещества или цвет, или интенсивность флуоресценции (вплоть до остутствия флуоресценции при прибавлении металла).

Изме-нение флуоресценции, так же как и изменение окраски, можно использовать для индикации точки эквивалентности при комплексоометрическом титровании. Флуоресцентные индикаторы называют также «металлофлуорохромными» или «металлофлуоресцентными». Их особенно удобно применять при титровали окрашенных растворов. С таким титрованием приходится сталкиваться при определении многих переходных металлов, комплексы которых с ЭДТА зачастую более интенсивно окрашены, чем акво-комплексы, как, например, CoY~, присутствие которого в растворе затрудняет индикацию конечной точки титрования при помощи окрашенного индикатора.

Изменение флуоресценции лучше всего наблюдать в темноте (светонепроницаемый кожух с глазком), освещая сосуд для титрования ультрафиолетовыми лучами (кварцевая лампа). Большей частью изменение флуоресценции бывает очень резким, поэтому таким методом можно устанавливать конец титрования с большой точностью. Правда, для глаз исследователя наблюдение за изменением флуоресценции раствора более утомительно, чем наблюдение за изменением окраски индикатора.

Уже в течение многих лет для определения алюминия используют морин (С), поскольку добавление последнего к раствору, содержащему алюминий, вызывает появление желто-зеленой флуоресценции. Аналогичные явления наблюдаются и в тех случаях, когда раствор содержит галлий или индий, поэтому морин применяют для индикации точки эквивалентности при титровании раствором ЭДТА галлия [55 (36)] и индия.

Давно известен также тот факт, что оксинаты некоторых металлов флуоресцируют сильнее или иначе, чем свободный 8-окси-хинолин (CVII). Поэтому не удивительно, что оксин используют в качестве индикатора для комплексонометрического титрования галлия в присутствии гидроксиламина при рН от 2,5 до 3,5 (тар-тратный буферный раствор); точку эквивалентности отмечают по ослаблению флуоресценции раствора.

В качестве флуоресцентного индикатора применяют также 8-оксихинолин-5-сульфокислоту (CVIII), которая при взаимодействии с металлами образует растворимые комплексы (а не осадки). Этот реактив в растворе цинка при рН ~ 10 (аммиачный буферный раствор) дает сильную желто-зеленую флуоресценцию, которая исчезает в конечной точке титрования цинка раствором ЭДТА:

8-Оксихииолин, или оксин {CVII): X-H. 8 Оксихииолин-5-сульфокислота (CVIII): X - SO3H.

Кислые растворы З-окси-2-нафтойной кислоты (IV) имеют зеленую флуоресценцию, которая при добавлении алюминия переходит в синюю; это явление используют для индикации конечной I точки титрования ионов алюминия. С помощью З-окси-2-нафтойной кислоты можно раздельно определять титрованием раствором ЭДТА железо (III) и алюминий при их совместном присутствии; при этом железо титруют при рН около 2 до исчезновения синей окраски его комплекса с индикатором, а затем при рН = 3 (глициновый буферный раствор) титруют алюминий до перехода синей флуоресценции раствора в зеленую.

В результате поисков новых флуоресцентных индикаторов был синтезирован кальцеин (XXV). Этот реактив, являющийся продуктом конденсации флуоресцеина, формальдегида и иминодиуксусной кислоты, применяют преимущественно для титрования ионов кальция в сильнощелочном растворе. Точку эквивалентности вначале устанавливали по изменению окраски раствора от зелено-желтой к коричневой. Одновременно с изменением окраски происходит изменение флуоресценции , причем, как оказалось, в случае чистого вещества (называемого также флуорексоном изменение флуоресценции бывает гораздо более резким, чем переход окраски.

В нейтральном растворе, в котором отсутствуют металлы, флуорексон флуоресцирует почти так же, как и обычный незамещенный флуоресцеин, однако, в противоположность последнему, флуоресценция флуорексона исчезает при добавлении в раствор едкого кали, если концентрация последнего превышает 0,025 М.

Если к сильнощелочному раствору флуорексона прибавляют щелочноземельные металлы, особенно кальций, стронций или барий, флуоресценция появляется снова, но при образовании комплексов этих катионов с ЭДТА она тушится, что и используют для установления конца титровани. Натрий, находясь в растворе в больших концентрациях, тоже вызывает флуоресценцию значительной интенсивности, поэтому при титровании щелочноземельных катионов раствор нужно подщелачивать едким кали, а не едким натром.

В области рН от 4 до 10 флуоресценция свободного кальцеина тушится ионами меди, поэтому ряд металлов можно определять обратным титрованием избытка ЭДТА стандартным раствором Сu2+-ионов, устанавливая конечную точку титрования по тушению флуоресценции кальцеина. Таким образом определяют ионы меди, кобальта и хрома (III) а также молибдена. Можно также проводить прямое титрование меди раствором ЭДТА или полиамина .

Для определения кальция наряду с кальцеином применяют и еще один флуоресцентный индикатор — метилкальцеин (XXVI), являющийся продуктом конденсации флуоресцеина с формальдегидом и N-Meтилглицином.

Успешный синтез кальцеина послужил стимулом к исследованиям, направленным на введение атомов лигандов и в другие гЬлуореспирующие соединения с целью сделать их способными к связыванию металлов; в особенности это относится к бесцветным производным кумарина и ксантона, которые, как известно, прекрасно флуоресцируют и, кроме того, меняют цвет флуоресценции в зависимости от рН раствора.

В частности, конденсацией 4-метилумбеллиферона с формальдегидом и иминодиуксусной кислотой был получен интересный металлофлуоресцентный индикатор, названный одним автором умбелликомплексоном, а другими — кальцеином синим и обладающий, по-видимому, строением, соответствующим формуле CIX [неясно расположение в его молекуле группы —СН2—N(—СН2— -СООН)2, которая может находиться также в положении 8]:

Умбелликомплексон — бесцветное, плохо растворимое в воде вещество (оно становится растворимым при добавлении к воде слабых оснований, например ацетата натрия). Даже сильно разбавленные растворы его обнаруживают при рН от 4 до 10 интенсивную синюю флуоресценцию с максимумом интенсивности I при длине волны 445 нм. При этом возбуждение обусловлено действием ультрафиолетовых лучей, и лучший выход флуоресценции достигается при возбуждении светом с длиной волны 370 нм, которая почти соответствует одному из двух максимумов интенсивности излучения ртутно-кварцевой лампы.

При рН > 10 флуоресценция ослабляется, а при рН = 12 практически тушится. Катионы марганца, железа, кобальта, никеля, меди, ртути, свинца и висмута в области рН от 4 до 10 полностью тушат флуоресценцию умбелликомплексона, Zn2+- и Сс!2+-ионы тушат частично, а катионы с незаполненными d-оболочками — Mg2+, Са2+, Sr2+, Ва2+ — не тушат совсем.

В сильнощелочном нефлуоресцирующем растворе (при рН около 13) в присутствии Са2+-, Sr2+- и Ва2+-ионов вновь возникает яркое свечение, Mg2+-, Zn2+-, Cd2+- и Рb2+-ионы в тех же условиях вызывают лишь слабую флуоресценцию, а остальные ионы металлов не оказывают никакого влияния. На этих явлениях основаны методы установления точки эквивалентности комплексонометрических титрований с помощью умбелликомплексона.