title: Studies on the application of ion chromatography for the determination of stability constants of complexes with trivalent metal ions
title: Untersuchungen zur Anwendbarkeit der Ionenchromatographie für die Bestimmung vonStabilitätskonstanten von Komplexverbindungen mit dreiwertigen Metallionen
Creators: name: Wacker, Mareike
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: element species analytic
Elementspeziesanalytik
Stabilitätskonstanten
stability constants
Chemie
Ethylendiamintetraessigsäure
Komplexe
Ionenaustauschchromatographie

description: In this work the species
      distributions of metal ions (chromium, iron, gallium, indium
      and scandium) in the oxidation state +III are studied in the
      presence of different organic ligands, like biogenic amines,
      amino acids, oxalate, and ethylenediamine tetraacetate
      (EDTA). Aqueous nitrate solutions with an acidic pH (3-4) are
      chosen as matrix. The separation of the charged species is
      performed by ion exchange chromatography, and for detecting
      the metal species an ICP-AES is used. A new method is
      developed with which the stability constants of one complex
      ion can be calculated from the measured species
      distributions. As a model system, the combination of a
      trivalent metal ion and the ligand EDTA is chosen. The
      hexa-dentate ligand EDTA, together with the metal ions (Me),
      forms a [MeEDTA]−-complex. Due to the high stability of the
      complexes (logK for the tested metal complexes are between
      23.4-27.5) not all concentrations at equilibrium can be
      measured. Therefore, models are investigated with equimolar
      amounts of two metal ions that act as competitors for ligand
      ions. From the law of mass action an equation can be deduced
      with which the stability constant of a [MeEDTA]−-complex can
      be determined, when the stability constant of the second
      complex is known. An advantage of this method is that the
      factors (pH, ionic strength) are included in the calculation
      because of the formation of a ratio of the stability
      constants. In particular, a consideration is that the
      surfaces of the total integrals of the metal ions are
      functions of the concentration of ligand in the solutions.
      Free metal ions are bound by adsorption on the polymer
      surface of the PE tubes. The model solutions, containing
      iron(III) ions, show a photolytic degradation of the
      [FeEDTA]−-complex. Therefore, the model solutions should be
      stored in opaque HDPE containers and it is necessary to
      measure an acidified metal standard for the determination of
      the total integral. The ions apparant in the model system can
      be separated by anion- and cation-IC, thus offering the
      possibility of determine the stability constant with two
      independent systems to verify the results.
description: In der vorliegenden Arbeit werden
      Untersuchungen zu Speziesverteilungen von Metallionen der
      Oxidatiosstufe +III (Chrom, Eisen, Gallium, Indium und
      Scandium) in Gegenwart unterschiedlicher organischer
      Liganden, wie biogene Amine, Aminosäuren, Oxalat und
      Ethylendiamintetraacetat(EDTA), durchgeführt. Als Matrix
      werden wässrige Nitratlösungen mit einem sauren pH-Wert (3-4)
      gewählt. Die Trennung der geladenen Spezies erfolgt durch
      Ionenaustauschchromatographie und zur Detektion der
      Metallspezies wird ein ICP-AES verwendet. Es wird eine
      Methode entwickelt, mit der aus den gemessenen
      Speziesverteilungen die Stabilitätskonstante eines
      Komplexions bestimmt werden kann. Als Modellsystem wird die
      Kombination aus dreiwertigen Metallionen und dem Liganden
      EDTA gewählt. Der sechszähnige Ligand EDTA bildet mit den
      Metallionen (Me) den [MeEDTA]−-Komplex aus. Aufgrund der
      hohen Stabilität der Komplexe (logK-Werte liegen zwischen
      23,4-27,5 für die untersuchten Metallkomplexe) können nicht
      alle Konzentrationen im Gleichgewicht gemessen werden.
      Deshalb werden Modelle mit äquimolaren Mengen an zwei
      Metallionen, die als Konkurrenten um die Ligandionen
      auftreten, untersucht. Aus dem Massenwirkungsgesetz kann eine
      Gleichung hergeleitet werden, mit der die
      Stabilitätskonstante einer der beiden [MeEDTA]−-Komplexe
      bestimmt werden kann, wenn die Stabilitätskonstante des
      konkurrienden Komplexes bekannt ist. Ein Vorteil dieser
      Methode ist, dass die Einflussgrößen (pH-Wert, Ionenstärke)
      durch die Bildung eines Verhältnis der Stabilitätskonstanten
      mit einberechnet sind. Besonders zu berücksichtigen ist, dass
      die Flächen der Gesamtintegrale der Metallionen eine
      Abhängigkeit von der in der Lösungen vorhandenen Menge an
      Ligand zeigen, da freie Metallionen durch Adsorbtion an der
      Polymeroberfläche der PE-Gefäße gebunden werden. Bei den
      Modelllösungen, die Eisen(III)-ionen enthalten, zeigt sich
      zudem ein photolytischer Abbau des [FeEDTA]−-Komplexes.
      Deshalb sind die Modelllösungen in lichtundurchlässigen
      HDPE-Gefäßen zu lagern und es ist erforderlich einen
      angesäuerten Metallstandard für die Ermittlung des
      Gesamtintegrals zu messen. Die im Modellsystem vorhandenen
      Ionen können mit Anionen- und Kationen-IC getrennt werden und
      somit bietet sich die Möglichkeit, die
      Stabilitätskonstantenbestimmung mit zwei unabhängigen
      Systemen zu überprüfen.