СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧНІ ТА ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕОЗИНУ Y ТА АЛІЗАРИНОВОГО ЧЕРВОНОГО С У РОЗЧИНАХ ПІД ЧАС ДІЇ РІЗНИХ ТИПІВ ОКИСНИКІВ: DOI: https://doi.org/10.17721/1728-2209.2024.1(59).6

Софія  АДРІАНОВА; Оксана ТАНАНАЙКО

Автор(и)

Софія АДРІАНОВА Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Оксана ТАНАНАЙКО Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0001-5109-3823

Ключові слова:

хімічне окиснення; фотохімічне окиснення; спектрофотометрія; вольтамперометрія; еозин Y; алізариновий червоний С.

Анотація

Вступ. Дослідження деградації органічних барвників під дією хімічних і фізичних чинників є важливим для вивчення стійкості фарб на полотнах картин і тканин. Актуальним завданням є вибір оптимальної методики оцінки стабільності барвника у фарбі до дії окисників і мінімального часу його розкладу. Відмінності в хімічній будові обумовлюють різну стійкість барвників під час контакту з окисниками різного типу. Досліджувалися барвники еозин Y (EOS Y) і алізариновий червоний С (ARS), що входять до складу художніх фарб і фарб для тканин, і є представниками ксантенового та антрахінонового типу. Мета – дослідження спектрофотометричних і вольтамперометричних характеристик водних розчинів EOS Y та ARS після їхнього хімічного та фотохімічного окиснення, оцінювання ступеня їх розкладу та порівняння отриманих результатів.

Методи. Використано методи спектрофотометрії, циклічної вольтамперометрії; фотохімічне окиснення барвників проводили під дією сонячного світла.

Результати. На основі спектрофотометричних вимірювань отримано залежності ступеня розкладу EOS Y та ARS від часу контакту барвника з реактивом Фентона. За перші дві хвилини реакції EOS Y розкладається на 87 %, за 30 хв відбувається розклад 90 % барвника. За перші 2 хв ARS розкладається на 25 %, а за 30 хв – на 70 %. Отримано циклічні вольтамперограми розчинів EOS Y та ARS на вуглецевому електроді. Електрохімічне окиснення EOS Y відбувається необоротно в одну стадію в кислому й нейтральному середовищах. ARS окиснюється оборотно за першою і необоротно за другою стадіями в кислому середовищі за рН 2–3. Дисоційована форма ARS за рН > 4 окиснюється при менших потенціалах, ніж його молекулярна форма. Порівняння спектрів поглинання розчинів барвників після електрохімічного та хімічного окиснення свідчить про подібність продуктів окиснення EOS Y, отриманих вольтамперометричним і хімічним методами. Продукти хімічного та електрохімічного окиснення ARS відрізняються. Отримано градуювальні графіки для визначення концентрацій барвників у розчинах після їхнього окиснення реактивом Фентона та вольтамперометричним методом. Зміна спектрів поглинання розчинів EOS Y та ARS, що перебували на денному світлі, корелює зі зміною спектрів поглинання відповідних барвників під час хімічного окиснення реактивом Фентона. Ступінь розкладу барвників під впливом фотохімічних реакцій менша. Під дією сонячного світла EOS Y найбільш інтенсивно розкладається протягом першого дня опромінення (ступінь розкладу 56,4 %). За 36 днів контакту з денним світлом барвник розкладається на 93 %. На відміну від нього антрахіноновий барвник ARS розкладається лише на 10 %, що свідчить про його вищу фотостабільність.

Висновки. Спектрофотометричним методом показано, що ксантеновий барвник EOS Y ефективніше окиснюється хімічним методом із реактивом Фентона порівняно з антрахіноновим барвником ARS: за 30 хв реакції ступінь розкладу барвників становить 90 та 70 % відповідно. Під час фотохімічного окиснення барвників різниця між ступенями розкладу EOS Y та ARS за 36 днів контакту з денним світлом становить 93 та 10 % відповідно. Методом циклічної вольтамперометрії встановлено, що обидва барвники окиснюються на поверхні вуглецевого електрода. У кислому середовищі EOS Y окиснюється в одну, а ARS – у дві стадії. Розроблено методики визначення концентрацій барвників після їхнього окиснення реактивом Фентона та вольтамперометричним методом. Для обох барвників хімічний метод із використанням спектрофотометричного детектування чутливіший порівняно з вольтамперометричним (LOD=n∙10^–6 та n^.10^–5 моль/л відповідно). Спектрофотометрична методика визначення ступеня розкладу антрахінонового барвника з використанням реактива Фентона може використовуватись у подальшому для передбачення деградації барвника такого типу під дією сонячного світла.

* Автор статті є членом редакційної колегії «Вісника Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Хімія», тому не брав участі у рецензуванні та прийнятті рішення щодо публікації цієї статті.

Посилання

Al-Sakkaf, B., Nasreen, S., & Ejaz, N. (2020). Degradation Pattern of Textile Effluent by Using Bio and Sono Chemical Reactor. Journal of Chemistry, 1–13. https://doi.org/10.1155/2020/8965627

Álvarez-Martín, A., Trashin, S., Cuykx, M., Covaci, A., De Wael, K., & Janssens, K. (2017). Photodegradation mechanisms and kinetics of Eosin-Y in oxic and anoxic conditions. Dyes and Pigments, 145, 376–384. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.06.031

Batistela, V., Pellosi, D., Souza, F., Costa, W., Santin, S., Souza, V., Caetano, W., De Oliveira, H., Scarminio, I., & Hioka, N. (2011). pKa determinations of xanthene derivates in aqueous solutions by multivariate analysis applied to UV-Vis spectrophotometric data. Spectrochimica acta. Part A, Molecular and biomolecular spectroscopy, 79, 889–897. https://doi.org/10.1016/j.saa.2011.03.027

Groeneveld, I., Kanelli, M., Ariese, F., & Bommel, M. R. (2022). Parameters that affect the photodegradation of dyes and pigments in solution and on substrate – An overview. Dyes and Pigments, 210, 110999. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2022.110999

Hossain, A., Rayhan, A., Raihan, Md., Nargis, A., Ismail, I., Habib, A., & Mahmood, A. (2016). Kinetics of Degradation of Eosin Y by One of the Advanced Oxidation Processes (AOPs)–Fenton's Process. American J. of Analytical Chemistry, 7(12), 863–879. https://doi.org/10.4236/ajac.2016.712074

Kathiravan, A., Anbazhagan, V., Asha Jhonsi, M., & Renganathan, R. (2008). A Study on the Fluorescence Quenching of Eosin by certain Organic Dyes. Zeitschrift Fur Physikalische Chemie, 222(7), 1013–1021. https://doi.org/10.1524/zpch.2008.5267

Legan, L., Retko, K., Ropret, P. (2016). Vibrational spectroscopic study on degradation of alizarin carmine. Microchemical Journal, 127, 36–45. https://doi.org/10.1016/j.microc.2016.02.002

Molari, Rafael, & Appoloni, Carlos. (2020). Pigment analysis in four paintings by Vincent van Gogh by portable X-ray fluorescence (pXRF). Radiation Physics and Chemistry, 181, 109336. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.109336

Niazi, A., Ghalei, M., Yazdanipour, A., & Ghasemi, J. (2006). Spectrophotometric determination of acidity constants of Alizarine Red S in water, water-Brij-35 and water-SDS micellar media solutions. Spectrochimica acta. Part A, Molecular and biomolecular spectroscopy, 64, 660–664. https://doi.org/10.1016/j.saa.2005.08.002

Olivier, T., & Marine, B. (2022). Organic constituents. Chapter 4. Ed. Olivier, T., & Burgess, C. UV-Visible Spectrophotometry of Waters and Soils (3rd ed.). Elsevier.

Ramavandi, B., Najafpoor, A., Alidadi, H., & Bonyadi, Z. (2019). Alizarin Red S removal from aqueous solutions using Saccharomyces cerevisiae: kinetic and equilibrium study. Desalination and Water Treatment, 144, 286–291. https://doi.org/10.5004/dwt.2019.23556

Sabatini, Francesca, Eis, Eva, Degano, Ilaria, Thoury, Mathieu, Bonaduce, Ilaria, & Lluveras, Anna. (2020). The issue of eosin fading: A combined spectroscopic and mass spectrometric approach applied to historical lakes. Dyes and Pigments, 180, 108436. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2020.108436

Sarfo, D., Kaur, A., Marshall, D., & O'Mullane, A. (2023). Electrochemical degradation and mineralisation of organic dyes in aqueous nitrate solutions. Chemosphere, 316, 137821. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.137821

Seixas De Melo, J., Moura, A. P., Melo, M. J. (2004) Photophysical and spectroscopic studies of indigo derivatives in their keto and leuco forms. J. Phys. Chem. A, 108, 6975–6981. https://doi.org/10.1021/jp049076y

Shamsuzzaman, A., Subrata, P., & Swapan, K. S. (2013). Cyclic Voltammetric Investigations of Thiazine Dyes on Modified Electrodes. International Scholarly Research Notices. https://doi.org/10.1155/2013/959128

Skoog, D., West, D. Holler, F., & Crouch, S. (2013). Fundamentals of Analytical chemistry (9th ed). Mary Finch.

Wang, J. (2006). Analytical electrochemistry (3rd ed.). John Wiley & Sons Inc.

Zhang, W., Jiang, Xu., Ralston, J., Cao, J., Jin, X., Sun, W., & Gao, Zh. (2023). Efficient heterogeneous photodegradation of Eosin Y by oxidized pyrite using the photo-Fenton process. Minerals Engineering, 191, 107972. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107972