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
Опубліковано в: :Химия и технология воды
Дата:2016
Автори: Мамаенко, А.В., Самсони-Тодоров, А.О., Зуй, О.В., Яременко, В.А., Гончарук, В.В.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2016
Теми:
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
_version_ 1859765780249313280
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.
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.
collection DSpace DC
container_title 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 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.
first_indexed 2025-12-02T04:57:37Z
format Article
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.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160768
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0204-3556
language Russian
last_indexed 2025-12-02T04:57:37Z
publishDate 2016
publisher Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
record_format dspace
spelling Мамаенко, А.В.
Самсони-Тодоров, А.О.
Зуй, О.В.
Яременко, В.А.
Гончарук, В.В.
2019-11-19T15:20:51Z
2019-11-19T15:20:51Z
2016
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
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.
ru
Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
Химия и технология воды
Физическая химия процессов обработки воды
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
Article
published earlier
spellingShingle Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области
Мамаенко, А.В.
Самсони-Тодоров, А.О.
Зуй, О.В.
Яременко, В.А.
Гончарук, В.В.
Физическая химия процессов обработки воды
title Использование раствора йодида калия в качестве фотохимического актинометра для вакуумной ультрафиолетовой области
title_alt Using a solution of potassium iodide as a photochemical actinometer for vacuuuum ultraviolet radiation
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_short 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
topic Физическая химия процессов обработки воды
topic_facet Физическая химия процессов обработки воды
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160768
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