Способ полярографического анализа неорганических веществ в растворе

 

Изобретение относится к области электрохимического анализа. Технический результат: повышение чувствительности и достоверности полярографического анализа за счет увеличения надежности дезактивации органических веществ, мешающих проведению анализа. Способ полярографического анализа неорганических веществ в растворе включает предварительную дезактивацию мешающих анализу органических веществ в присутствии кислорода, удаление растворенного кислорода под воздействием ультрафиолетового облучения и регистрацию зависимостей ток - потенциал, по которым определяют содержание неорганических веществ в растворе. Способ отличается от известных решений тем, что электроды опускают в анализируемый раствор после предварительной дезактивации органических веществ с одновременным прекращением доступа кислорода, регистрацию зависимостей ток - потенциал осуществляют с периодическим прерыванием ультрафиолетового облучения на время не менее 20 с, а полноту дезактивации определяют по виду кривых зависимостей ток - потенциал по стабилизации значений высот анодных пиков при повторных съемах кривых. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электрохимического анализа и может быть использовано в разных вариантах полярографического анализа различных неорганических веществ для дезактивации органических веществ под действием ультрафиолетового облучения.

Известен способ полярографического анализа (авт.св. N 957090, G 01 N 27/48, 07.09.82), включающий предварительное удаление растворенного кислорода под действием ультрафиолетового облучения в присутствии вещества, связывающего кислород, причем в качестве вещества, связывающего кислород, используют фотоактивные органические добавки.

Недостатком данного способа является то, что в нем не предусмотрено устранение влияния растворенных органических веществ, вследствие чего они адсорбируются на поверхности электрода, что приводит к снижению чувствительности и достоверности полярографического анализа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ полярографического анализа ("Выбор условий и оценка метрологических характеристик определения тяжелых металлов в природных и сточных водах методом инверсионной вольтамперометрии с УФ-облучением". Аналитическая химия, т. XIII, N 2, стр. 246), включающий предварительную дезактивацию мешающих анализу органических веществ в присутствии кислорода и фотоактивного вещества в течение периода времени, выбираемого с учетом интенсивности ультрафиолетового облучения, природы и концентрации органических веществ в растворе, удаление растворенного кислорода под воздействием ультрафиолетового облучения и регистрацию зависимостей ток - потенциал, по которым определяют содержание неорганических веществ в растворе.

При этом время фотохимической обработки пробы выбирается экспериментально в ходе анализа природных и сточных вод, а затем уточняется на основании статистических данных и сравнения с результатами анализа независимым методом. В прототипе решается задача дезактивации органических соединений в присутствии кислорода при использовании ультрафиолетового облучения, однако недостатком прототипа является невысокая достоверность и чувствительность анализа из-за отравления поверхности электродов, постоянно находящихся в растворе, за счет адсорбции на них органических веществ.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет уменьшить время анализа в 1,5-2 раза по сравнению с прототипом за счет устранения операции регенерации поверхности ртутного электрода. Основной задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение чувствительности и достоверности полярографического анализа за счет увеличения надежности дезактивации органических веществ, мешающих проведению анализа. Кроме того, при реализации данного решения исключается регенерация электродов между анализами. Данная задача решается тем, что в способе полярографического анализа неорганических веществ в растворе, включающем предварительную дезактивацию органических веществ в присутствии кислорода и фотоактивного вещества в течение периода времени, выбираемого с учетом интенсивности ультрафиолетового облучения, природы и концентрации органических веществ в растворе, удаление растворенного кислорода под воздействием ультрафиолетового облучения и регистрацию зависимостей ток - потенциал, по которым определяют содержание неорганических веществ в растворе, электроды опускают в анализируемый раствор с одновременным прекращением доступа кислорода после предварительной дезактивации органических веществ, периодически прерывают ультрафиолетовое облучение в процессе всего полярографического анализа, а полноту дезактивации определяют по виду кривых зависимостей ток - потенциал, по стабилизации значений высот анодных пиков при повторных съемах кривых. Целесообразно в качестве фотоактивного вещества выбирать такое вещество, которое одновременно служит и полярографическим фоном и способствует устранению кислорода из раствора, например муравьиную кислоту. Предлагается период времени прерывания ультрафиолетового облучения устанавливать не менее 20 с. Предлагаемое решение повышает чувствительность и достоверность результатов полярографического анализа за счет уменьшения адсорбции органических веществ на электродах, снижающих срок их службы и ухудшающих их работу, за счет того что электроды помещают в анализируемый раствор после предварительной дезактивации органических веществ. Кроме того, полярографический анализ проводят с кратковременным прерыванием ультрафиолетового облучения, что также позволяет повысить чувствительность анализа за счет следующего. При непрерывном ультрафиолетовом облучении возникает существенная систематическая ошибка, связанная с уменьшением сигнала, например, по Pb (механизм до конца не изучен). Кратковременное прекращение ультрафиолетового облучения на период, например, не менее 20 с восстанавливает сигнал до первоначального уровня. Данный период кратковременного прекращения ультрафиолетового облучения установлен опытным путем и обусловлен тем, что при прекращении облучения на более длительный срок кислород начинает проникать в анализируемый раствор и ухудшает анализ. Регистрация зависимости ток - потенциал служит не только для определения неорганических веществ в растворе, но и для регистрации полноты дезактивации органических веществ, которая фиксируется по стабилизации максимумов сигналов из ряда кривых зависимостей ток - потенциал. Это очень важно для решения поставленной задачи, т. к. растворенные органические вещества образуют комплексные соединения с определенными металлами, которые в составе этих комплексов электрохимически неактивны и, следовательно, не проявляют себя в виде сигнала. По мере ультрафиолетового облучения комплексы металл - органическое вещество распадаются и металлы становятся электрохимически активны. Так как этот процесс протекает во времени, сигналы на повторных кривых постепенно увеличиваются, достигая через некоторое время постоянного значения. При отсутствии данного приема мы обнаруживаем только часть имеющегося в растворе вещества, в связи с чем достоверность анализа будет низкой. Кроме того, использование в качестве фотоактивного вещества таких веществ, которые одновременно способствуют и устранению кислорода из раствора и служат полярографическим фоном, также повышает чувствительность способа. Исследования показали, что существует ряд веществ, например муравьиная кислота, которые при определенных условиях под действием ультрафиолетового облучения образуют высокоактивные радикалы, пригодные для деструкции дезактивации органических веществ. Применение подобных веществ позволяет устранить дополнительную операцию и дополнительный реагент, т.к. подобные вещества способствуют одновременно и удалению мешающего анализу кислорода и служат полярографическим фоном. На фиг. 1 представлена вольтамперограмма пробы воды, содержащей Zn, Cd, Pb, Cu с соответствующими их концентрации анодными пиками. На фиг. 2 представлены вольтамперограммы пробы воды с анодными пиками соответствующих элементов, по которым определяют полноту дезактивации. Предлагаемый способ реализуется следующим образом. В качестве анализируемого раствора была выбрана природная вода, содержащая гуминовую кислоту с концентрацией органического углерода 0,02 мг/л (определялась фотоколометрическим методом). В кварцевый стаканчик помещали 10 мл анализируемой воды и 0,1 мл концентрированной муравьиной кислоты. Включали источник ультрафиолетового облучения, (ртутно-кварцевую лампу с длиной волны равной 180-1100 нм). Стаканчик с раствором устанавливали на расстоянии 10 - 15 см от ультрафиолетового источника и облучали в течение 15 мин при перемешивании с доступом кислорода за счет его поступления в раствор, находящийся в открытом стаканчике, из воздуха. В процессе экспериментов было установлено, что время предварительной дезактивации в среднем для различных проб составляет в среднем 15 - 30 мин. Уменьшение времени снижает надежность дезактивации, а его увеличение удлиняет процесс полярографического анализа. Затем опускали электроды в раствор с одновременным прекращением доступа кислорода. Эту операцию способа реализовали, закрывая стаканчик с раствором крышкой с вставленными в нее электродами.

Продолжали облучение в течение 1 мин до полной дезактивации кислорода. Затем прекращали ультрафиолетовое облучение на 20 с, после чего устанавливали потенциал накопления 1,4 В и проводили накопление в течение 30 с, используя традиционные приемы вольтамперометрии.

Зависимость ток - потенциал снимали, фиксируя анодные пики Zn, Cd, Pb, Cu (фиг. 1).

Контроль за полнотой устранения мешающего влияния органических веществ осуществляли по достижению постоянного значения высот анодных пиков при повторных съемах кривых (фиг. 2).

Нижние границы определяемых содержаний составили в мг/л: 7·10^-5 для Zn, 1·10^-5 для Cu, 3·10^-5 для Pb, 6·10^-6 для Cd.

В прототипе нижние границы определяемых содержаний были на порядок ниже. Так, например, для Zn - 2,5·10^-4, для Cu - 4·10^-4, для Pb - 3·10^-4 мг/л.

Общее время анализа одной пробы не превышало 20 мин, анализ следующей пробы не требовал регенерации электродов.

При методах, использующих предлагаемый способ, время анализа не превышает 30 мин, а по сравнению с анализом по способу-прототипу нижние границы определяемых содержаний неорганических веществ были стабильно на порядок ниже.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить полярографический анализ с высокой степенью надежности за счет дезактивации органических веществ, мешающих проведению анализа.

Формула изобретения

1. Способ полярографического анализа неорганических веществ в растворе, включающий предварительную дезактивацию органических веществ в присутствии кислорода и фотоактивного вещества в течение периода времени, выбираемого с учетом интенсивности ультрафиолетового облучения, природы и концентрации органических веществ в растворе, удаление растворенного кислорода под воздействием ультрафиолетового облучения и регистрацию зависимостей ток - потенциал, по которым определяют содержание неорганических веществ в растворе, отличающийся тем, что электроды опускают в анализируемый раствор с одновременным прекращением доступа кислорода после предварительной дезактивации органических веществ, регистрацию зависимостей ток - потенциал осуществляют, периодически прерывая ультрафиолетовое облучение в процессе полярографического анализа, а полноту дезактивации органических веществ определяют по виду кривых зависимости ток - потенциал по стабилизации значений высот анодных пиков при повторных съемах кривых.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фотоактивного вещества выбирают такое вещество, которое одновременно служит и полярографическим фоном, и способствует устранению кислорода из раствора, например муравьиную кислоту.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что период прерывания ультрафиолетового облучения устанавливают не менее 20 с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2