Sample preparation and heavy metal determination by atomic spectrometry /

Microwave digestions of mercury in Standards Reference Material (SRM) coal samples with nitric acid and hydrogen peroxide in quartz vessels were compared with Teflon® vessel digestion by using flow injection cold vapor atomic absorption spectrometry. Teflon® vessels gave poor reproducibiUty and tended to deliver high values, while the digestion results from quartz vessel show good agreement with certificate values and better standard deviations. Trace level elements (Ag, Ba, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Pb, Sn, Ti, V and Zn) in used oil and residual oil samples were determined by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. Different microwave digestion programs were developed for each sample and most of the results are in good agreement with certified values. The disagreement with values for Ag was due to the precipitation of Ag in sample; while Sn, V and Zn values had good recoveries from the spike test, which suggests that these certified values might need to be reconsidered. Gold, silver, copper, cadmium, cobalt, nickel and zinc were determined by continuous hydride generation inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. The performance of two sample introduction systems: MSIS™ and gas-liquid separator were compared. Under the respective optimum conditions, MSIS^"^ showed better sensitivity and lower detection limits for Ag, Cd, Cu, Co and similar values for Au, Ni and Zn to those for the gas-liquid separator.

Arsenic and germanium determination by hydride generation in the D.C. plasma optical emission spectrometer

Modifications to the commercial hydride generator, manufactured by Spectrametrics, resulted in improved operating procedure and enhancement of the arsenic and germanium signals. Experiments with arsenic(III) and arsenic(V) showed that identical reiults could be produced from both oxidation states. However, since arsenic(V) is reduced more slowly than arsenic(III), peak areas and not peak heights must be measured when the arsine is immediately stripped from the system (approximately 5 seconds reaction). When the reduction is allowed to proceed for 20 seconds before the arsine is stripped, peak heights may be used. For a 200 ng/mL solution, the relative standard deviation is 2.8% for As(III) and 3.8% for As(V). The detection limit for arsenic using the modified system is 0.50 ng/mL. Studies performed on As(V) standards show that the interferences from 1000 mg/L of nickel(II), cobalt(II), iron(III), copper(II), cadmium(II), and zinc(II) can be eliminated with the aid of 5 M Hel and 3% L-cystine. Conditions for the reduction of germanium to the corresponding hydride were investigated. The effect of different concentrations of HCl on the reduction of germanium to the covalent hydride in aqueous media by means of NaBH 4 solutions was assessed. Results show that the best response is accomplished at a pH of 1.7. The use of buffer solutions was similarly characterized. In both cases, results showed that the element is best reduced when the final pH of the solution after reaction is almost neutral. In addition, a more sensitive method, which includes the use of (NH4)2S208' has been developed. A 20% increase in the germanium signal is registered when compared to the signal achieved with Hel alone. Moreover, under these conditions, reduction of germanium could be accomplished, even when the solution's pH is neutral. For a 100 ng/mL germanium standard the rsd is 3%. The detection limit for germanium in 0.05 M Hel medium (pH 1.7) is 0.10 ng/mL and 0.09 ng/mL when ammonium persulphate is used in conjunction with Hel. Interferences from 1000 mg/L of iron(III), copper(II), cobalt(II), nickel(II), cadmium(II), lead(II), mercury(II), aluminum(III), tin(IV), arsenic(III), arsenic(V) and zinc(II) were studied and characterized. In this regard, the use of (NH4)ZS20S and Hel at a pH of 1.7 proved to be a successful mixture in the sbppression of the interferences caused by iron, copper, aluminum, tin, lead, and arsenic. The method was applied to the determination of germanium in cherts and iron ores. In addition, experiments with tin(IV) showed that a 15% increase in the tin signal can be accomplished in the presence of 1 mL of (NH4)2S20S 10% (m/V).

Investigation into the determination of arsenic by direct current plasma atomic emission spectrometer

Improvements have been made on the currently available hydride generator system manufactured by SpectraMetrics Incorporated, because the system was found to be unsatisfactory with respect to the following: 1. the drying agent, anhydrous calcium chloride, 2. the special sample tube, 3. the direction of argon flow through the Buchner funnel when it came to dealing with real sample, that is, with reference only to aqueous extracts of soil samples. Changes that were made on the system included the replacement of anhydrous calcium chloride with anhydrous calcium sulphate and the replacement of the special sample tube with a modified one made from silica. Re-directing the flow of argon through the top of the Buchner funnel appeared to make the system compatible with aqueous extracts of soil samples. The interferences from 1000 ~g/mL of nickel(II) , cobalt(II), iron(III), copper(II) have been eliminated with the aid of 1.4 M hydrochloric acid and 1% (weight/volume) L-cystine. Greater than 90% recovery of 0.3 ~g/mL arsenic signal was achieved in each case. Furthermore, 103% of arsenic signal was accomplished in the presence of 1000 ~g/mL cadmium with 5 M Hel. tVhen each of the interferents was present in solution at 1000 ppm, a recovery of 85% was achieved by using 5 M hydrochloric acid and 3% (weight/volume) L-cystine. Without L-cystine and when 1.4 M hydrochloric acid was used, the recoveries were 0% (Ni), 0% (Co), 88% (Fe), 15% (Cu), 18% (Cd). Similarly, a solution containing 1000 ppm of each interferent gave a zero percent recovery of arsenic. The reduction of trivalent and pentavalent arsenic at a pH less than one has also been investigated and shown to be quantitative if peak areas are measured. The reproducibility determination of a 0.3 Vg/mL standard arsenic solution by hydride generation shows a relative standard deviation of 3.4%. The detection limits with and without Porapak Q have been found to be 0.6 ng/mL and 1.0 ng/mL, respectively.

Studies of some cocondensations of nickel atoms with unsaturated organic ligands and with mixed ligand systems

The cocondensation of nickel with a number of unsaturated ligands was studied, as was the cocondensation with a number of mixed ligand systems. Enamines were found not to react with nickel while acrylonitrile was polymerized. In the mixed ligand syst.ems different products were obtained than when the ligands were cocondensed individually. Cocondensations of benzyl halide/allyl halide mixtures gave unstable products that were not observed when the halides were cocondensed individually. The effect of Kao-Wool insulation on nickel/benzyl halide cocondensations was found to be significant. Kao-Wool caused the bulk of the benzyl halide to be polymeri zed to a number of poly-benzylic species. An alkali metal reactor was designed for the evaporation of sodium and potassium atoms into cold solutions of metal halide and an or ganic substrate. This apparatus was used to synthesize Ni(P¢3 )3' but proved unsuccessful for synthesizing a nickel-enamine compound.

The effects of temperature on nickel tocicity in goldfish (carassius auratus L.)

Although it is widely assumed that temperature affects pollutant toxicity, few studies have actually investigated this relationship. Moreover, such research as has been done has involved constant temperatures; circumstances which are rarely, if ever, actually experienced by north temperate, littoral zone cyprinid species. To investigate the effects of temperature regime on nickel toxicity in goldfish (Carassius auratus L.), 96- and 240-h LCSO values for the heavy metal pollutant, nickel (NiCI2.6H20), were initially determined at 2DoC (22.8 mg/L and 14.7 mg/L in artificially softened water). Constant temperature bioassays at 10°C, 20°C and 30°C were conducted at each of 0, 240-h and 96-h LCSO nickel concentrations for 240 hours. In order to determine the effects of temperature variation during nickel exposure it was imperative that the effects of a single temperature change be investigated before addressing more complex regimes. Single temperature changes of + 10°C or -10°C were imposed at rates of 2°C/h following exposures of between 24 hand 216 h. The effects of a single temperature change on mortality, and duration of toxicant exposure at high and low temperatures were evaluated. The effects of fluctuating temperatures during exposure were investigated through two regimes. The first set of bioassays imposed a sinewave diurnal cycle temperature (20.±.1DOC) throughout the 10 day exposure to 240-h LeSO Ni. The second set of investigations approximated cyprinid movement through the littoral zone by imposing directionally random temperature changes (±2°C at 2-h intervals), between extremes of 10° and 30°C, at 240-h LC50 Ni. Body size (i.e., total length, fork length, and weight) and exposure time were recorded for all fish mortalities. Cumulative mortality curves under constant temperature regimes indicated significantly higher mortality as temperature and nickel concentration were increased. At 1DOC no significant differences in mortality curves were evident in relation to low and high nickel test concentrations (Le., 16 mg/L and 20 mg/L). However at 20°C and 30°C significantly higher mortality was experienced in animals exposed to 20 mg/L Ni. Mortality at constant 10°C was significantly lower than at 30°C with 16 mg/L and was significantly loWer than each of 2DoC and 39°C tanks at 20 mg/L Ni exposure. A single temperature shift from 20°C to 1DoC resulted in a significant decrease in mortality rate and conversely, a single temperature shift from 20°C to 30°C resulted in a significant increase in mortality rate. Rates of mortality recorded during these single temperature shift assays were significantly different from mortality rates obtained under constant temperature assay conditions. Increased Ni exposure duration at higher temperatures resulted in highest mortality. Diurnally cycling temperature bioassays produced cumulative mortality curves approximating constant 20°C curves, with increased mortality evident after peaks in the temperature cycle. Randomly fluctuating temperature regime mortality curves also resembled constant 20°C tanks with mortalities after high temperature exposures (25°C - 30°C). Some test animals survived in all assays with the exception of the 30°C assays, with highest survival associated with low temperature and low Ni concentration. Post-exposure mortality occurred most frequently in individuals which had experienced high Ni concentrations and high temperatures during assays. Additional temperature stress imposed 2 - 12 weeks post exposure resulted in a single death out of 116 individuals suggesting that survivors are capable of surviving subsequent temperature stresses. These investigations suggest that temperature significantly and markedly affects acute nickel toxicity under both constant and fluctuating temperature regimes and plays a role in post exposure mortality and subsequent stress response.

Novel approaches to the synthesis and treatment of cathode materials for lithium-ion batteries

Nous avons mis au point une approche novatrice pour la synthèse d’un matériau de cathode pour les piles lithium-ion basée sur la décomposition thermique de l’urée. Les hydroxydes de métal mixte (NixMnxCo(1-2x)(OH)2) ont été préparés (x = 0.00 à 0.50) et subséquemment utilisés comme précurseurs à la préparation de l’oxyde de métal mixte (LiNixMnxCo(1-2x)O2). Ces matériaux, ainsi que le phosphate de fer lithié (LiFePO4), sont pressentis comme matériaux de cathode commerciaux pour la prochaine génération de piles lithium-ion. Nous avons également développé un nouveau traitement post-synthèse afin d’améliorer la morphologie des hydroxydes. L’originalité de l’approche basée sur la décomposition thermique de l’urée réside dans l’utilisation inédite des hydroxydes comme précurseurs à la préparation d’oxydes de lithium mixtes par l’intermédiaire d’une technique de précipitation uniforme. De plus, nous proposons de nouvelles techniques de traitement s’adressant aux méthodes de synthèses traditionnelles. Les résultats obtenus par ces deux méthodes sont résumés dans deux articles soumis à des revues scientifiques. Tous les matériaux produits lors de cette recherche ont été analysés par diffraction des rayons X (DRX), microscope électronique à balayage (MEB), analyse thermique gravimétrique (ATG) et ont été caractérisés électrochimiquement. La performance électrochimique (nombre de cycles vs capacité) des matériaux de cathode a été conduite en mode galvanostatique.

Complexes pinceurs de cobalt et de nickel : synthèse, caratérisation, réactivité

Plusieurs nouveaux complexes pinceurs de cobalt et de nickel ont été préparés avec le ligand pinceur de type POCOP : 2,6-(i-Pr2PO)2C6H4. Dans le cas du cobalt, une nouvelle voie de synthèse a été développée. Contrairement au cas du nickel, il s’agit ici de cobalt au degré d’oxydation +III. Les composés obtenus sont paramagnétiques. En outre, le dérivé bromé est instable à la lumière et se décompose en perdant un brome pour former le complexe pinceur de Co(II). La réactivité de ces complexes a été étudiée. Pour ce qui est du nickel, la catalyse de l’hydroamination a été élargie aux dérivés de l’acrylonitrile et aux amines aromatiques. En outre, la réaction d’hydroaryloxylation a été étudiée dans les mêmes conditions. Enfin, avec le 4-cyanostyrène et le cinnamonitrile, la formation d’amidines a été observée. Un complexe pinceur portant cette amidine a été isolé. Enfin, le cation réagit avec des anions fortement coordonnants tels le cyanure ou l’isocyanate. En outre, l’anion triflate peut être déplacé par l’eau, l’acrylonitrile et ses dérivés. Enfin, une réactivité particulière a été observée avec la morpholine, l’acétone et un mélange 1:1 aniline/triéthylamine.

Complexes pinceurs de type POCOP de Nickel (II) : synthèse, caractérisation, réactivité et applications catalytiques

Ce mémoire décrit la synthèse, la caractérisation spectroscopique et l’étude de la réactivité catalytique d’une nouvelle série de complexes pinceurs de Ni(II) formés à partir du ligand POCOPPh (P,C,P-2,6-{Ph2PO}2C6H4), très peu étudié dans le cas du nickel. Les études décrites dans ce mémoire examinent l’effet des substituants des phosphines sur les propriétés spectroscopiques et électrochimiques ainsi que les activités catalytiques. La synthèse du ligand a été améliorée par rapport à la procédure connue dans la littérature en diminuant le temps de réaction à 30 min et la température jusqu'à température ambiante. Les composés pinceur (P,C,P-2,6-{Ph2PO}2C6H3)NiX ont été obtenus avec des rendements variant entre 60% et 88%. Le premier complexe a été synthétisé en faisant réagir le précurseur NiBr2(NCCH3)x avec le ligand POCOPPh pour donner (POCOPPh)NiBr. Ce dernier réagit par la suite avec les sels d’argent et de potassium pour donner 4 nouveaux complexes soient : (POCOPPh)NiCN, (POCOPPh)NiOTf, (POCOPPh)NiOAc et (POCOPPh)NiONO2 (OTf = triflate et OAc = acetate). Vu la réactivité limitée du dérivé bromure, le dérivé (POCOPPh)NiOTf a été utilisé pour la préparation du composé (POCOPPh)NiCCPh. Le dérivé Ni-OTf a été utilisé également pour la synthèse des complexes (POCOPPh)NiR qui ont été détectés par RMN. Ces complexes (POCOPPh)NiR ont montré une stabilité trop faible et donnent des nouveaux complexes de type (POCOPPh)NiX en échangeant l’halogène avec le Mg ou de type (POCOPPh)NiOH en s’hydrolysant. Les espèces cationiques [(POCOPPh)NiNCR][OTf] (R= Me, CHCH2, CHCHMe, C(Me)CH2, NCCH2CH2N(Ph)H) ont été obtenues facilement et avec des bon rendements à partir du (POCOPPh)NiOTf. Tous les composés obtenus ont été caractérisés par la spectroscopie RMN (1H, 13C{1H}, 31P{1H}, 19F{1H}), la spectroscopie IR et la spectroscopie UV-vis. L’analyse élémentaire et l’analyse par la diffraction des rayons X, dont le but est de résoudre la structure à l’état solide, ont été utilisées pour la plupart des complexes. Des études de voltampérométrie cyclique ont été menées pour déterminer la densité électronique des centres métalliques et l’effet des phosphines sur cette propriété électrochimique. Dans le but de déterminer l’effet des substituants des phosphines sur l’activité catalytique des complexes, nous avons évalué les réactivités catalytiques des deux complexes (POCOPPh)NiOTf et (POCOPi-Pr)NiOTf dans la réaction d’hydroamination des oléfines activés et plus spécifiquement l’acrylonitrile. Après optimisation des conditions expérimentales, on a constaté que la réactivité des deux composés sont similaires mais une grande différence apparaît après l’ajout des additifs. En effet, le complexe (POCOPi-Pr)NiOTf donne une bonne activité catalytique en présence de la triéthylamine, tandis que cette activité diminue considérablement en présence d’eau, contrairement au complexe (POCOPPh)NiOTf qui est plus actif en présence d’eau. Dans le cas du complexe (POCOPPh)NiOTf, on a pu montrer que la base se coordonne au nickel dans le produit formé après la réaction d’hydroamination, ce qui diminue l’activité de ce complexe dans certains cas. Également on a exploré la réaction de l’addition du lien O-H sur l’acrylonitrile, et étonnamment le complexe (POCOPPh)NiOTf est beaucoup plus actif que son homologue (POCOPi-Pr)NiOTf dans le cas des alcools aromatiques. Par contre, les alcools aliphatiques restent un défi majeur pour ce genre de complexe. Le mécanisme de cette réaction qui a été proposé montre que l’alcoolyse passe par les deux intermédiaires (POCOPPh)NiOAr et [(POCOPPh)NiOAr][HOAr] mais l’isolation de ces intermédiaires observés par RMN semble être difficile.

A detailed study of the lithiation of iron phosphate as well as the development of a novel synthesis of lithium iron silicate as cathode material for lithium-ion batteries

Dans cette thèse nous démontrons le travail fait sur deux matériaux de cathodes pour les piles lithium-ion. Dans la première partie, nous avons préparé du phosphate de fer lithié (LiFePO4) par deux méthodes de lithiation présentées dans la littérature qui utilisent du phosphate de fer (FePO4) amorphe comme précurseur. Pour les deux méthodes, le produit obtenu à chaque étape de la synthèse a été analysé par la spectroscopie Mössbauer ainsi que par diffraction des rayons X (DRX) pour mieux comprendre le mécanisme de la réaction. Les résultats de ces analyses ont été publiés dans Journal of Power Sources. Le deuxième matériau de cathode qui a été étudié est le silicate de fer lithié (Li2FeSiO4). Une nouvelle méthode de synthèse a été développée pour obtenir le silicate de fer lithié en utilisant des produits chimiques peu couteux ainsi que de l’équipement de laboratoire de base. Le matériau a été obtenu par une synthèse à l’état solide. Les performances électrochimiques ont été obtenues après une étape de broyage et un dépôt d’une couche de carbone. Un essai a été fait pour synthétiser une version substituée du silicate de fer lithié dans le but d’augmenter les performances électrochimiques de ce matériau.

Monohalogénocyclopropanations stéréosélectives à l'aide de carbénoïdes de zinc, couplages croisés de cyclopropylsilanols, cyclisations d'iodures d'alkyle catalysées par le nickel

Les cyclopropanes sont des unités qui sont très importantes en raison de leur présence dans de nombreux produits naturels, dans certaines molécules synthétiques ayant une activité biologique, ainsi que dans plusieurs intermédiaires synthétiques. Les travaux décrits dans cet ouvrage portent sur l’halogénocyclopropanation stéréosélective d’alcools allyliques en présence d’un ligand chiral stœchiométrique de type dioxaborolane et de carbénoïdes de zinc substitués dérivés de composés organozinciques et d’haloformes. Nous avons ainsi développé des conditions pour l’iodo-, la chloro- et la fluorocyclopropanation stéréosélective. Une étude mécanistique portant sur la nature des carbénoïdes alpha-chlorés et alpha-bromés a révélé qu’il y a un échange des halogènes portés par ces carbénoïdes. Lors de la chlorocyclopropanation, le carbénoïde le plus réactif (alpha-chloré) réagit de façon prédominante en vertu du principe de Curtin-Hammet. Les iodocyclopropanes énantioenrichis ont pu être fonctionnalisés via une réaction d’échange lithium-iode suivie du traitement avec des électrophiles, ou via une réaction de transmétallation au zinc suivie d’un couplage de Negishi. Ainsi, toute une gamme de cyclopropanes 1,2,3-substitués énantioenrichis a pu être synthétisée. Dans l’optique de développer de nouvelles méthodologies de fonctionnalisation des cyclopropanes, nous nous sommes par la suite tournés vers le couplage croisé de type Hiyama-Denmark des cyclopropylsilanols. Dans cette voie synthétique, le groupement silanol a deux fonctions : il sert de groupement proximal basique lors de la cyclopropanation de Simmons-Smith et il subit la transmétallation au cours du couplage croisé. Dans l’étape du couplage croisé, la nature des ligands liés à l’atome de silicium s’est avérée cruciale au bon déroulement de la réaction. Ainsi, l’échange de ligands avec le diéthyl éthérate de trifluoroborane générant le cyclopropyltrifluorosilane in situ est requis pour obtenir de bons rendements. Le dernier volet de cet ouvrage porte sur la cyclisation d’iodures d’alkyle par substitution aromatique par voie homolytique catalysée par le nickel. Une série de composés de type tétrahydronaphtalène et thiochromane ont été préparés selon cette méthode. Une étude mécanistique a confirmé la nature radicalaire de cette réaction et suggère fortement l’action catalytique du nickel. De plus, des études de spectrométrie RMN DOSY ont montré une association entre le complexe de nickel et le substrat ainsi que la base employés dans cette réaction.

Spectroscopie électronique de complexes du nickel(II), de lor(I), du ruthénium(II) et de certains lanthanides : caractéristiques inhabituelles de leur structure électronique

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Préparation, caractérisation et étude de réactivité de complexes de nickel comportant un ligand de type "pincer"

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Caractérisation des états excités de complexes de nickel(II) par spectroscopie de réflectivité diffuse et d'absorption à température variable

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal