Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области

Исследован процесс измерения энергетической освещенности для вакуумного ультрафиолетового излучения с помощью раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра. Изучено образование трийодид-иона при облучении раствора светом с длиной волны 185 нм. Показано, что получение гидроксильного ра...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Мамаенко, А.В., Самсони-Тодоров, А.О., Зуй, О.В., Яременко, В.А., Гончарук, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2016
Назва видання:	Химия и технология воды
Теми:	Физическая химия процессов обработки воды
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160768
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области / А.В. Мамаенко, А.О. Самсони-Тодоров, О.В. Зуй, В.А. Яременко, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. — 2016. — Т. 38, № 2. — С. 121-128. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160768
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1607682025-02-10T00:33:36Z Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области Using a solution of potassium iodide as a photochemical actinometer for vacuuuum ultraviolet radiation Мамаенко, А.В. Самсони-Тодоров, А.О. Зуй, О.В. Яременко, В.А. Гончарук, В.В. Физическая химия процессов обработки воды Исследован процесс измерения энергетической освещенности для вакуумного ультрафиолетового излучения с помощью раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра. Изучено образование трийодид-иона при облучении раствора светом с длиной волны 185 нм. Показано, что получение гидроксильного радикала OH ∙ при этой длине волны обусловлено образованием I₃⁻. Квантовой выход процесса составляет 0,165. Измеряя концентрацию полученного I₃⁻, определена энергетическая освещенность кварцевой лампы ДРБ-20 (длина волны – 185 нм), которая составляет 49,2 ∙ 10⁻⁹ Е/с Досліджено процес вимірювання енергетичної освітленості для вакуумного ультрафіолетового випромінювання за допомогою розчину калій йодиду в якості фотохімічного актинометра. Вивчено утворення трийодид-іона при опроміненні розчину світлом з довжиною хвилі 185 нм. Показано, що отримання гідроксильного радикала OH. при цій довжині хвилі обумовлено утворенням I₃⁻. Квантовий вихід процесу становить 0,165. Вимірюючи концентрації отриманого I₃⁻, визначена енергетична освітленість кварцової лампи ДРБ-20 (довжина хвилі – 185 нм), яка становить 49,2 ∙ 10⁻⁹ Е/с. The process of measuring the irradiance for vacuum ultraviolet radiation with the help of a solution of potassium iodide as a photochemical actinometer was investigated. The process of formation of triiodide ion by irradiation of solution with light having a wavelength of 185 nm was studied. It has been shown that the production of the hydroxyl radical OH• at this wavelength is due to the formation of I₃⁻. Quantum yield of the process is 0,165. By measuring the concentration of the resulting I₃⁻ irradiance was determined to DRS-20 quartz lamp (wavelenght – 185 nm) is 49,2 ∙ 10⁻⁹ E/s. 2016 Article Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области / А.В. Мамаенко, А.О. Самсони-Тодоров, О.В. Зуй, В.А. Яременко, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. — 2016. — Т. 38, № 2. — С. 121-128. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160768 537.528; 544.726; 678.021 ru Химия и технология воды application/pdf Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды
spellingShingle	Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды Мамаенко, А.В. Самсони-Тодоров, А.О. Зуй, О.В. Яременко, В.А. Гончарук, В.В. Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области Химия и технология воды
description	Исследован процесс измерения энергетической освещенности для вакуумного ультрафиолетового излучения с помощью раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра. Изучено образование трийодид-иона при облучении раствора светом с длиной волны 185 нм. Показано, что получение гидроксильного радикала OH ∙ при этой длине волны обусловлено образованием I₃⁻. Квантовой выход процесса составляет 0,165. Измеряя концентрацию полученного I₃⁻, определена энергетическая освещенность кварцевой лампы ДРБ-20 (длина волны – 185 нм), которая составляет 49,2 ∙ 10⁻⁹ Е/с
format	Article
author	Мамаенко, А.В. Самсони-Тодоров, А.О. Зуй, О.В. Яременко, В.А. Гончарук, В.В.
author_facet	Мамаенко, А.В. Самсони-Тодоров, А.О. Зуй, О.В. Яременко, В.А. Гончарук, В.В.
author_sort	Мамаенко, А.В.
title	Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области
title_short	Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области
title_full	Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области
title_fullStr	Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области
title_full_unstemmed	Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области
title_sort	использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области
publisher	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Физическая химия процессов обработки воды
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160768
citation_txt	Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области / А.В. Мамаенко, А.О. Самсони-Тодоров, О.В. Зуй, В.А. Яременко, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. — 2016. — Т. 38, № 2. — С. 121-128. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Химия и технология воды
work_keys_str_mv	AT mamaenkoav ispolʹzovanierastvoraiodidakaliâvkačestvefotohimičeskogoaktinometradlâvakuumnoiulʹtrafioletovoioblasti AT samsonitodorovao ispolʹzovanierastvoraiodidakaliâvkačestvefotohimičeskogoaktinometradlâvakuumnoiulʹtrafioletovoioblasti AT zuiov ispolʹzovanierastvoraiodidakaliâvkačestvefotohimičeskogoaktinometradlâvakuumnoiulʹtrafioletovoioblasti AT âremenkova ispolʹzovanierastvoraiodidakaliâvkačestvefotohimičeskogoaktinometradlâvakuumnoiulʹtrafioletovoioblasti AT gončarukvv ispolʹzovanierastvoraiodidakaliâvkačestvefotohimičeskogoaktinometradlâvakuumnoiulʹtrafioletovoioblasti AT mamaenkoav usingasolutionofpotassiumiodideasaphotochemicalactinometerforvacuuuumultravioletradiation AT samsonitodorovao usingasolutionofpotassiumiodideasaphotochemicalactinometerforvacuuuumultravioletradiation AT zuiov usingasolutionofpotassiumiodideasaphotochemicalactinometerforvacuuuumultravioletradiation AT âremenkova usingasolutionofpotassiumiodideasaphotochemicalactinometerforvacuuuumultravioletradiation AT gončarukvv usingasolutionofpotassiumiodideasaphotochemicalactinometerforvacuuuumultravioletradiation
first_indexed	2025-12-02T04:57:37Z
last_indexed	2025-12-02T04:57:37Z
_version_	1850371166302109696
fulltext	ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №2 121 © А.В. Мамаенко, А.О. Самсони-Тодоров, О.В. Зуй, В.А. Яременко, В.В. Гончарук, 2016 Физическая химия процессов обработки воды УДК 537.528; 544.726; 678.021 А.В. Мамаенко, А.О. Самсони-Тодоров, О.В. Зуй, В.А. Яременко, В.В. Гончарук ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТВОРА ЙОДИДА КАЛИЯ В КАЧЕСТВЕ ФОТОХИМИЧЕСКОГО АКТИНОМЕТРА ДЛЯ ВАКУУМНОЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН, г. Киев, Украина mamaenko_1407@ukr.net Исследован процесс измерения энергетической освещенности для вакуумного ультрафиолетового излучения с помощью раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра. Изучено образование трийодид-иона при облучении раствора светом с длиной волны 185 нм. Показано, что получение гидроксильного радикала OH ∙ при этой длине волны обусловлено образовани- ем I 3 -. Квантовой выход процесса составляет 0,165. Измеряя концентрацию полученного I 3 -, определена энергетическая освещенность кварцевой лампы ДРБ-20 (длина волны – 185 нм), которая составляет 49,2 ∙ 10 -9 Е/с. Ключевые слова: вакуумное ультрафиолетовое излучение, гидроксиль- ный радикал, квантовой выход, фотохимический актинометр, энергетиче- ская освещенность. Введение. В настоящее время проблема точного измерения энер- гетической освещенности для вакуумного ультрафиолетового излу- чения остается нерешенной. Существует несколько способов опре- деления энергетической освещенности, основанных на химическом или физическом действии света. Измерителями энергетической осве- щенности (актинометрами), работающими на физических принци- пах, являются термоэлементы, фотоэлементы или фотоэлектронные умножители, калориметры, полупроводниковые фотодиоды и другие приборы [1]. В фотохимических лабораториях наиболее часто используют ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №2122 химические актинометры, действие которых основано на протекании какой-либо фотохимической реакции. Известны газовые, жидкост- ные и твердофазные химические актинометры. Для определения энергетической освещенности в вакуумной УФ-области применяют в основном газофазные актинометры, в качестве которых исполь- зуют гемиоксид азота, диоксид углерода, кислород, пары ацетона, бромид водорода [1 – 3]. В [4] описан способ измерения энергети- ческой освещенности с использованием монофторида хлора ClF в более широком спектральном диапазоне измерения – от ваку- умного УФ-облучения до 320 нм. Среди жидкостных химических актинометров наибольшее распространение получили актиноме- тры на основе комплексных соединений переходных металлов. Наи- более удобным в работе и обладающим высокой чувствительностью в широком спектральном диапазоне (254 – 577 нм) является ферри- оксалатный актинометр [1, 2, 5]. Также для контроля УФ-излучения может быть использован рас- твор йодида калия. Ранее было показано [6, 7], что концентрирован- ный раствор KI, насыщенный N 2 O, применяют в качестве химиче- ского актинометра для λ = 254 нм. В этой системе полоса поглощения обусловлена переносом заряда на растворитель [8]: I– + H 2 О + hv→ I– H 2 О . (1) Затем заряд релаксирует в комплексе: I–H 2 О → (I∙е–) + H 2 О. (2) В нем между атомом йода и электроном протекает процесс: (I∙е–) → I–, (3) Комплекс может разрушиться, выделяя аква-электрон: (I∙е–)→ I∙ + е– aq . (4) При отсутствии дополнительного акцептора электронов преоб- ладает обратная реакция, и большинство аква-электронов реком- бинирует с атомами йода при образовании йодидов. Некоторые из ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №2 123 аква-электронов могут вступать в реакцию с ионами водорода, имеющимися в растворе. Водородные радикалы (Н∙) в конечном итоге образуют газооб- разный водород (Н 2 ). Следовательно, эквивалентное число атомов йода в объеме раствора вступает в реакцию с йодидом и затем образует трийодид: I– + I∙→ I 2 ∙ – , (5) 2I 2 ∙ – → I 3 – + I–. (6) Тем не менее в отсутствие дополнительного акцептора электронов эта система непригодна для актинометрии. Поэтому для улавливания аква-электронов используют оксид азота (I): N 2 O + е– aq → OH∙ + OH– + N 2 . (7) Полученный гидроксильный радикал может реагировать с йоди- дом с образованием радикала йода: OH∙ + I– → OH– + I∙. (8) Следовательно, общую реакцию запишем следующим образом: 3І– + N 2 O + H 2 O + hv→ І 3 – + N 2 + 2OH-. (9) В этом случае формирование трийодида происходит по линейной кинетике с квантовым выходом 0,235 при 25°С [6,9]. Цель данной работы – изучение механизма фотообразования I 3 – при ультрафиолетовом облучении c длиной волны 185 нм. Методика эксперимента. Вначале готовили 3%-ный раствор йодида калия. При измерении количества образованного I 3 – исполь- зовали титриметрическую методику, основанную на титровании I 3 – тиосульфатом натрия в присутствии индикатора крахмала [10]. Для УФ-обработки в спектральном диапазоне излучения 185 – 254 нм использовали кварцевую аргонно-ртутную лампу низкого давления ДРБ-20 в очень малом слое жидкости. Диаметр лампы – 17, длина – 470 мм. Лампа была вертикально погружена в кварцевый кожух с внутренним диаметром 19 мм (рисунок). Кроме этого, при- меняли лампу Philips TUV-8, которая дает спектр с максимальной длиной волны 254 нм. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №2124 Продолжительность обработки раствора составляла 30 мин при температуре раствора 22,8°С; рН раствора 6,7. Схема установки для обработки раствора йодида калия: 1 – кварцевый ко- жух, 2 – кварцевая аргонно-ртутная лампа низкого давления ДРБ-20, 3 – дроссель, 4 – стартер. Результаты и их обсуждение. При определении энергетической освещенности в ходе эксперимента необходимо было контролировать концентрацию продукта фотолиза КІ – трийодид-иона. Для этого 3%-ный раствор йодида калия облучали в течение 30 мин в вакуумной ультрофиолетовой области. Концентрацию образовавшегося продукта определяли титриметрическим методом [10]. В данных условиях она составила 2,25∙10-4 моль/дм3. Температура раствора – 41,7°С; рН рас- твора 9,3. Образование трийодид-иона под действием УФ-облучения можно объяснить взаимодействием гидроксил-радикала с йодид-ионами. Инициирование этого процесса состоит из следующих стадий: – образование гидроксил-радикала при действии квантов света на молекулу воды [11] H 2 О → ОH∙ + OH∙, (10) H 2 О → OH∙ + H+ + е– aq ; (11) ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №2 125 – взаимодействие гидроксил-радикала с йодид ионом [7] OH∙ + I– → OH– + I∙; (12) – образование трийодид-иона I∙ + I∙ → I 2 , (13) I 2 + I– → I 3 –. (14) Следует отметить, что в данном эксперименте гидроксил-радикал, необходимый для образования трийодида, образуется под действием квантов света при длине волны 185 нм. Квантовый выход образова- ния OH. при этом составляет 0,33 [11]. Поглощающим свет компонен- том в области 185 нм служит вода. Величина поглощения воды А 185 = 2 185 H Oε ∙ С 2H O = 792 см-1 столь велика, что реальная глубина проник- новения света в воде (нм) будет определяться следующим образом: D 185 = = 2 185 H Oε ∙ С 2H O ∙ h; (15) h = D 185 / А 185 = 1/792 ≤ 12,6 ∙ 10 -4 ; (16) h = D 185 / А 185 = 2/792 ≤ 25,2 ∙ 10 -4 . (17) Численная величина оптической плотности D 185 = 1 означает сни- жение энергетической освещенности на глубине h в 10 раз, т.е. до 10% исходной величины, D 185 = 2 – в 100 раз, т.е. до 1% исходной величины. Таким образом, при использовании ламп низкого давления реали- зовать монохроматическое УФ-излучение в области спектра 185 нм можно при использовании его в очень тонком слое жидкости, при этом жидкость должна контактировать непосредственно с лампой во избе- жание поглощения кислородом воздуха вакуумного излучения [12]. В нашем случае количество образованного I 3 – эквивалентно коли- честву OH∙, т.е. из двух радикалов образуется одна молекула I 3 –. По уравнению (12) было рассчитано количество гидроксил-радикалов, которое образуется за 1 с, и составляет 16,25 ∙ 10–9 моль. Энергетическую освещенность данной лампы при λ = 185 нм рассчитывали в виде ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №2126 I = C OH /Ф OH , (18) где I – энергетическая освещенность при λ = 185 нм; C OH – концентра- ция гидроксил-радикалов, образовавшихся за 1 с; Ф OH – квантовый выход образования OH∙ при λ = 185 нм. Для уточнения механизма образования йода или трийодид-иона рассчитан квантовый выход образования йода: Ф = C/I , (19) где C – концентрация образовавшегося йода или трийодид-иона за 1 с. Согласно (18) энергетическая освещенность при λ = 185 нм составляет 49,2 ∙ 10 -9 Е/с, а по (19) квантовый выход образования трийодид-иона – 0,165 при λ = 185 нм. Использование различных концентраций растворов йодида калия не изменяет расчетных значений энергетической освещенности. Кварцевая аргонно-ртутная лампа низкого давления ДРБ-20, кроме излучения в области 185 нм, дает также излучение в области спектра 254 нм. Для проверки окраски раствора при этой длине волны исполь- зовали лампу Philips TUV-8. Изменение окраски раствора йодида калия при близких к нейтральным значениях рН раствора не наблюдалось. Это свидетельствует о том, что гидроксил-радикалы не образуются при действии квантов света на воду с λ = 254 нм при рН 6,7. Таким образом, можно предположить, что образование йода в ней- тральной среде протекает по механизмам (10) – (14) при λ = 185 нм. Реализация предложенного способа измерения энергетической осве- щенности источниками света позволяет с высокой точностью опреде- лять степень энергетической освещенности в вакуумной УФ-области спектра с помощью химического актинометра – йодида калия. Выводы. Таким образом, показана возможность использования раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра в вакуумной ультрафиолетовой области при λ = 185 нм. Это позволяет применять данную методику для калибровки различных моделей кварцевых аргонно-ртутных УФ-ламп низкого давления с λ = 185 нм, а также импульсных УФ-ламп в этой же вакуумной области спектра излучения. Знание энергетической освещенности источников света позволит вычислять квантовые выходы для различных фотохимиче- ских реакций в данной области спектра. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №2 127 Резюме. Досліджено процес вимірювання енергетичної освітленос- ті для вакуумного ультрафіолетового випромінювання за допомогою розчину калій йодиду в якості фотохімічного актинометра. Вивчено утворення трийодид-іона при опроміненні розчину світлом з довжино- ю хвилі 185 нм. Показано, що отримання гідроксильного радикала OH. при цій довжині хвилі обумовлено утворенням I 3 –. Квантовий вихід процесу становить 0,165. Вимірюючи концентрації отриманого I 3 ,– ви- ви- значена енергетична освітленість кварцової лампи ДРБ-20 (довжина хвилі – 185 нм), яка становить 49,2 ∙ 10-9 Е/с. V.V. Goncharuk, A.V. Mamaenko, A.O. Samsoni-Todorov, O.V. Zuy, V.A. Yaremenko Using a solUtion of potassiUm iodide as a photochemical actinometer for vacUUm Ultraviolet radiation Summary The process of measuring the irradiance for vacuum ultraviolet radiation with the help of a solution of potassium iodide as a photochemical actinometer was investigated. The process of formation of triiodide ion by irradiation of solution with light having a wavelength of 185 nm was studied. It has been shown that the production of the hydroxyl radical OH• at this wavelength is due to the formation of I 3 -. Quantum yield of the process is 0,165. By measuring the concentration of the resulting I 3 - irradiance was determined to DRS-20 quartz lamp (wavelenght – 185 nm) is 49,2 ∙ 10-9 E/s. Список использованной литературы [1] Рабек Я. Экспериментальные методики в фотохимии и фотофизике: В 2 -х т. – М. : Мир, 1985. – Т. 2. – 537 с. [2] Гордон А., Форд Р. Спутник химика. – М. : Мир, 1976. – 542 с. [3] Правилов А.М. // Химия высоких энергий. – 1987. – 21, № 4. – С. 294– 304. [4] Пат. СССР 1151833, МПК G01J1/50/ Н.Ф. Чеботарев.– Опубл. 23. 04.85, Бюл. № 15. [5] Калверт Дж., Питс Дж. Фотохимия. – М. : Мир, 1968. – 671 с. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №2128 [6] Rahn R.O. // J. Photochem. and Photobiol. – 1993. – 58, N6. – P. 874–880. [7] Rahn R.O. // Ibid. – 1997. – 66, N4. – P. 450–455. [8] Jortner J., Levine R., Ottolenghi M., Stein G. // J. Phys. Chem. – 1961. – 65. – Р. 1232–1238. [9] Dainton F.S., Logan S.R. // Proc. R. Soc. Lond. – 1965. – 287. – Р. 281–294. [10] ГОСТ 18301-72. Вода питьевая. Методы определения содержания оста- точного озона. – М.: Изд-во стандартов, 1984. – С. 75 –78. [11] Gonzalez M.G., Oliveros E., Worner M., Braun A.M. // J. Photochem. and Photobiol., C. – 2004. – 5. – Р. 225–246. [12] Goncharuk V.V., Samsoni-Todorov A.O., Zui O.V., Romanyukina I.Yu., Yaremenko V.A. // J. Water Chem. and Technol. – 2014. – 36, N3. – Р. 120– 124. Поступила в редакцию 10.09.2015 г.

Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области

Репозитарії

Схожі ресурси