Способ кинетического определения меди

 

Способ применим для определения меди в материалах и объектах окружающей среды. Анализируемый образец с индигокармином окисляют пероксидом водорода в буферном растворе при рН 2,9-3,2 в присутствии винной кислоты в количестве не менее 0,03 моль. Достигаются упрощение, ускорение и снижение трудоемкости анализа. 4 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к кинетическим способам определения меди.

Известен способ кинетического определения меди, заключающийся в окислении органических реагентов (гидрохинона, 2,4-диаминофенола, п-фенилендиамина, п-фенетидина) пероксидом водорода, катализируемом солями меди (II) при pH анализируемых растворов 5-8 (С.У.Крейнгольд. Каталиметрия в анализе реактивов и веществ особой чистоты. - М.: Химия, 1983, с. 79-87). Предел обнаружения меди составляет 0,001 - 0,1 мкг/мл, ошибка определения 10-30%.

При анализе солей цинка, кадмия, никеля, магния существенно выражено влияние основы и приходится прибегать к предварительному выделению меди методами экстракции, соосаждения, ионного обмена или отделению основы. Это значительно увеличивает продолжительность анализов, их трудоемкость и ограничивает применение метода.

Изобретение направлено на расширение круга объектов анализа, повышение точности, снижение трудоемкости и продолжительности анализов.

Это достигается тем, что в качестве органического реагента используется индигокармин, окисление которого с анализируемым образцом проводится при pH 2,9-3,2 в присутствии винной кислоты в количестве не менее 0,03 моль/л.

Способ осуществляется следующим образом. К анализируемому термостатическому раствору прибавляют предварительно термостатированные при температуре 30±1^oC растворы индигокармина, универсальный буферный раствор с pH 3,0, винной кислоты и пероксида водорода, выдерживают в термостате в течение 5-10 мин. Измеряют разность оптических плотностей исследуемого и холостого раствора на фотоэлектроколориметре КФК-2 (l=2 см, λ_max = 590 нм) относительно холостой пробы. Холостая проба, не содержащая анализируемого образца, проводится через все стадии анализа. Содержание меди определяется по градуировочному графику.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что в качестве индикаторного вещества используется индигокармин, обладающий высоким светопоглощением, а окисление его проводится в присутствии винной кислоты, элиминирующей холостую реакцию, что способствует повышению чувствительности метода.

Определение меди (II) предлагаемым способом не мешают 1000-кратные количества цинка, алюминия, кадмия, никеля и кобальта, поэтому не требуется предварительного выделения меди при анализе объектов, содержащих эти элементы. Это значительно сокращает продолжительность и снижает трудоемкость анализов, а также расширяет круг объектов для использования этого способа.

Индигокармин необратимо окисляется пероксидом водорода до бесцветного изатина с соответствующим уменьшением оптической плотности в максимуме поглощения. В присутствии винной кислоты окисление индигокармина существенно задерживается (рис. 1, кривая 1), при этом каталитический эффект в присутствии меди сохраняется (рис. 1, кривая 2). Повышение концентрации винной кислоты более 0,03 моль/л существенно не влияет на скорость некаталитической реакции. Скорость реакции не зависит от концентрации индигокармина в растворе. Для удобства измерения оптической плотности эксперимент проводился при концентрации индигокармина 1·10^-4 моль/л. При концентрации винной кислоты в растворе 0,03 моль/л скорость реакции окисления индигокармина пероксидом водорода максимальна при концентрации пероксида водорода 4·10^-3 моль/л (рис. 2) и pH раствора 2,9 - 3,2 (рис. 3). При pH>4 реакция практически не идет. Это позволяет остановить реакцию повышением pH раствора до 4-5.

В оптимальных условиях предел обнаружения меди (II) равен 1·10^-3 мкг/мл. Градуировочный график линеен в интервале концентрации 1,0·10^-3 -1,2·10^-2 мкг/мл (рис. 4). Относительное стандартное отклонение при определении 2·10^-3 мкг/мл меди (II) составляет 3-5%.

Ацетаты, хлориды, нитраты, сульфаты не мешают определению меди (II). В растворе допустим 1000-кратный избыток алюминия (III), никеля (II), кадмия (II), цинка (II), кобальта (II), 1000-кратный избыток кальция (II), свинца (II), магния (II), железа (II), железа (III).

Реакция окисления индигокармина пероксидом водорода использована для определения меди (II) в солях, сплавах и почвах.

Пример 1.

Проводилось определение меди в нитрате никеля и нитрате кадмия.

В мерную колбу емкостью 25 мл помещают и термостатируют при t = 30^oC в течение 20 минут 10 мл анализируемого раствора соли никеля или кадмия, 2,5 мл · 10^-3 М предварительно термостатированного раствора индигокармина, 1 мл 10%-ного раствора винной кислоты, 10 мл универсального буферного раствора с pH 3 и 1 мл 0,1 М раствора пероксида водорода. Через 5-10 минут после прибавления пероксида водорода объем в мерной колбе доводят до метки 1М раствором едкого натра.

Измеряют оптическую плотность раствора на фотоэлектроколориметре КФК-2 в кюветах с толщиной слоя 2 см, используя оранжевый светофильтр (λ = 590 нм) относительно воды. Параллельно ставят холостую пробу, не содержащую анализируемого раствора.

Содержание меди (II) в пробе находят по калибровочному графику, построенному в координатах разности оптической плотности исследуемого и холостого растворов после проведения реакции. Для проверки разработанной методики используют метод добавок. Результаты анализа представлены в табл. 1 и 2.

Пример 2.

Проводилось определение меди в никелевом сплаве (ГСО 232а с содержанием меди 0,03%).

Навеску сплава 0,1 г растворяют при нагревании в 25 мл соляной кислоты (1:1), добавляют несколько капель концентрированной азотной кислоты и кипятят до удаления оксидов азота. Раствор переносят в мерную колбу емкостью 50 мл и доводят до метки дистиллированной водой. Рабочий раствор готовят разбавлением исходного в 10 раз.

Проводят определение, как указано в примере 1. Результаты определения меди в никелевом сплаве представлены в табл. 3.

Пример 3.

Проводилось определение меди в почвах.

Почву доводят до воздушно-сухого состояния в сушильном шкафу при температуре 100^oC. Навеску почвы 5 г помещают в коническую колбу емкостью 200 мл, добавляют 50 мл H₂SO₄ (1:1), нагревают до кипения и кипятят в течение 30 минут, подкисляют концентрированной азотной кислотой до просветления раствора, охлаждают, переносят в мерную колбу емкостью 200 мл и доводят до метки водой. 10 мл полученного раствора помещают в мерную колбу емкостью 200 мл, осаждают железо (III) 10%-ным раствором гидроксида аммония и доводят объем в мерной колбе до метки водой. Раствор фильтруют через фильтр с белой лентой. 10 мл фильтрата разбавляют в мерной колбе емкостью 250 мл.

Проводят определение как указано в примере 1. Для проверки разработанной методики проводят определение меди, применяя известный метод с использованием бицинхониновой кислоты (метод I).

Результаты анализа представлены в табл. 4.

Из данных, приведенных в табл. 1 - 3, следует, что разработанный кинетический метод определения меди характеризуется достаточной точностью и хорошей воспроизводимостью результатов анализа. По сравнению с известными методами кинетического определения меди точность в 2 - 5 раз выше, метод обладает высокой чувствительностью.

Предлагаемый метод прост в исполнении, экспрессен, позволяет снизить трудоемкость анализов и оперативно осуществлять контроль материалов и объектов окружающей среды.

Формула изобретения

Способ кинетического определения меди, включающий окисление органического реагента с анализируемым образцом пероксидом водорода в буферном растворе, отличающийся тем, что в качестве органического реагента используют индигокармин, окисление которого проводят в буферном растворе при pH 2,9 - 3,2 в присутствии винной кислоты в количестве не менее 0,03 моль/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5