Флуоресцентный люминофор своими руками. Часть 2 (8-оксихинолинат цинка)

Добрый день, уважаемые читатели.

В первой части статьи мы рассказывали вам как можно достаточно просто в домашних условиях получить органический флуоресцентный пигмент (люминофор) — 8-оксихинолинат алюминия. Сегодня мы поговорим о его ближайшем родственнике — 8-оксихинолинате цинка.

Для проведения опыта необходимо взять 0.3-0.5 гр хлорида цинка и растворить в 30-50 мл 70% этилового спирта. Далее в раствор необходимо добавить 2-5 мл 30% раствора серной кислоты и всё тщательно перемешать. Добавление серной кислоты необходимо для получения буферной среды на следующем этапе синтеза.

Вместо серной кислоты и чистого этилового спирта можно воспользоваться 2% раствором салициловой кислоты в 70% растворе этилового спирта т.е. воспользоваться салициловым спиртом.

Далее в раствор необходимо небольшими порциями добавлять 3-5% раствор гидроксида аммония (аммиака) и тщательно перемешивать до достижения pH равного 8-9. При этом из раствора будет выпадать студенистый осадок смеси гидроксида цинка и хлорида аммония. В итоге получится однородная масса жёлто-молочного цвета.

Внешний вид смеси гидроксида цинка с хлоридом аммония

Если в такой раствор добавить 0.5-1 гр 8-оксихинолина и тщательно перемешать, то в растворе образуется 8-оксихинолинат цинка, обладающий флуоресцентными свойствами. После первого тщательного перемешивания необходимо раствору дать постоять 1-2 часа. При этом раз в 5-10 минут раствор снова необходимо тщательно перемешивать (в идеале лучше воспользоваться магнитной мешалкой).

На фото ниже показан результат после первого перемешивания — хорошо видно, что масса неоднородна и просматриваются частички добавленного 8-оксихинолина.

Их стало видно из-за образования на поверхности флуоресцентного 8-оксихинолината цинка. Впрочем, 8-оксихинолин можно было добавить в виде раствора в небольшом количестве органического растворителя. В этом случае процесс пошел бы быстрее, но это не отменяет необходимости тщательного перемешивания раствора и выдержки некоторого времени для полного протекания химических реакций.

Флуоресценция 8-оксихинолината цинка

Для пробы после первого перемешивания полученная смесь была нанесена на косметический ватный диск (что бы посмотреть флуоресценцию в тонком слое) — данный опыт показан в подборке фото ниже.

Хорошо видно, что при дневном свете раствор практически жёлтого цвета (раствор 8-оксихинолината алюминия был практически зелёным с небольшим жёлтым оттенком). При засветке УФ-лампой на общем фоне с зелёно-синей флуоресценцией хорошо видны нерастворившиеся частички 8-оксихинолина.

Аналогично 8-оксихинолинату алюминия была предпринята попытка экстрагировать 8-оксихинолинат цинка растворителем Р-4, содержащем в своём составе толуол.

После добавления 50-100 мл растворителя тщательно перемешивали полученную смесь в течение 3-5 минут, а после этого дали отстояться несколько часов и слили органическую фракцию.

В отличии от 8-оксихинолината алюминия основная фракция 8-оксихинолината цинка в растворителе Р-4 не растворима и выпадает в осадок. Нерастворимая фракция имеет яркую зелёно-синюю флуоресценцию. Растворимая же фракция имеет практически оранжевую флуоресценцию, но её процентное содержание достаточно низкое.

Результат экстрагирования обеих фракций показан в подборке фото ниже.

Появление небольшого количества растворимой фракции с оранжевой флуоресценцией не совсем ясно. Есть несколько предположений её появления:

1. Одна из форм 8-оксихинолината цинка растворима в растворителе Р-4 и действительно обладает оранжевой флуоресценцией. Но при этом условия синтеза в эксперименте не способствовали её синтезу. Смена условий синтеза в этом случае должна напрямую повлиять на процентное содержание данной фракции;

2. В реальности в качестве растворимой фракции присутствует 8-оксихинолинат с другим металлом (например, кадмием). В реальности это маловероятно т.к. для эксперимента использовался хлорид цинка марки ЧДА + дистиллированная вода. Но полностью этого исключать нельзя т.к. реакция с 8-оксихинолином достаточно чувствительна…

Для подтверждения/опровержения данных предположений необходимо провести дополнительные эксперименты (т.к. доступа к специализированному аналитическому оборудованию у меня нет).

На видео ниже показан завершающий этап синтеза и флуоресценция 8-оксихинолината цинка.

В качестве буферной среды можно воспользоваться ацетатным буфером, который добавляется к раствору, содержащему ионы цинка до получения нужного pH, а после этого добавить раствор 8-оксихинолина в органическом растворителе и произвести экстракцию 3-5 минут.

А на этом на сегодня всё. С уважением, Sobiratel_sxem.

Список использованной литературы:

1. 8-оксихинолинат цинка

2. Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц (зам. гл. ред. Н. С. Зефиров, Н. Н. Кулов). — М. : Большая российская энциклопедия, 1992. — Т. 3 : Мед-Пол. — 639 с.

3. Никитина, Н. Г. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа : учебник и практикум для вузов / Н. Г. Никитина, А. Г. Борисов, Т. И. Хаханина ; под редакцией Н. Г. Никитиной. — 4-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2023. — 394 с.