Чтобы обеспечить чистую и безопасную водопроводную воду, необходимо удалить из сырой воды частицы, называемые коллоидами. Эти частицы очень маленькие, от нанометрового до микрометрового в диаметре. Полихлорированный алюминий используется в качестве коагулянта в процессе очистки воды для сбора и удаления этих частиц.
Однако ионы алюминия могут быть токсичными для рыб и препятствовать росту растений. Японский закон о гидротехнических сооружениях указывает, что концентрация алюминия в воде должна быть ограничена ниже 0.1 ч. / Млн (1: 10 000 000).
В воде можно обнаружить различные гидролизованные формы иона алюминия.
До сих пор для расчета концентраций этих соединений широко использовался «ферронный метод», включающий пигменты и абсорбционные измерители. Однако у этого метода есть и недостатки: анализ занимает несколько часов, а результаты часто содержат ошибки.
Исследовательская группа доцента Маки оптимизировала ЯМР¹ оборудование для разработки метода анализа, называемого «27Al qNMR (количественная ЯМР) спектроскопия», который точно измеряет содержание каждого соединения алюминия.
Примечательно, что измерения с использованием этого метода анализа могут быть выполнены всего за три минуты, а концентрация гидролизованных веществ может быть рассчитана с очень небольшой погрешностью во всех диапазонах pH.
После анализа механизма агломерации осадка, включающего ион алюминия, группа обнаружила, что при высокой концентрации ионов алюминия примерно через 100 минут образуется тридекамерный кластер типа Кеггина (K-Al13), а через несколько месяцев полимеризация происходит.
Этот новый метод анализа не только упростил измерение концентрации ионов алюминия в воде, но и прояснил структурные изменения, которые претерпевают ионы алюминия с течением времени. Эти результаты могут потенциально способствовать разработке высокоэффективных, экологически безопасных коагулянтов, которые могут более эффективно воздействовать на коллоиды.
¹ЯМР спектроскопия
Аббревиатура ядерного магнитного резонанса. Этот метод анализирует молекулярные соединения на атомном уровне, помещая ядра в магнитное поле и регистрируя их резонансную частоту. В большинстве анализов используются диполярные ядра с участием атомов углерода и протонов, но в этом методе используются квадрупольные ядра алюминия.
Это первый в мире зарегистрированный пример ЯМР-спектроскопии фиксированного количества на квадрупольных ядрах.