Способ раздельного определения 4-хлорбензойной и 2,4- дихлорбензойной кислот в воде

 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано для контроля технологических и очищенных сточных вод предприятий по производству синтетических красителей и пестицидов. Способ включает концентрирование кислот путем предварительной жидкостной экстракции их из водной пробы с последующим анализом экстракта при титровании его раствором КОН, причем в качестве экстрагента применяют этилацетат в количестве 5-20 см³ при объеме водной пробы 100 см³, а экстракт анализируют методом потенциометрического титрования раствором КОН в этиловом спирте при использовании в качестве дифференцирующего растворителя диметилформамида в различных объемных соотношениях к экстракту. Достигается раздельное определение 4-хлорбензойной и 2,4-дихлорбензойной кислот в воде при повышении точности и экспрессности анализа. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано для контроля технологических и очищенных сточных вод предприятий по производству синтетических красителей и пестицидов.

Аналогом является спектрофотометрическое определение 4-хлорбензсйной кислоты в сточных водах с применением фотометрического реагента - основного красителя 6Ж (Н.И. Миненко, Л.Я. Козлова. Определение п-хлорбензойной кислоты в сточных водах // Гигиена и санитария. - 1988. 11. - С. 50-51). Влияние сопутствующих компонентов устраняется экстракцией бутилацетатом. Способ характеризуется высокими пределами обнаружения 0,5•мг/дм³.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является фотометрическое определение 2- и 4-бромбензойных кислот в экстракте на основе н.бутилового спирта (Я.И. Коренман, Н.А. Новикова, С.И. Нифталиев. Экстракционное извлечение и фотометрическое титрование галогенбензойных кислот в экстрактах // Изв. вузов. Химия и хим. технология. - 1999. - Т. 42, 5. - С. 32-36.). В данном способе для извлечения и концентрирования кислот применена жидкостная экстракция н.бутиловым спиртом с использованием сульфата лития в качестве высаливателя. Экстракт анализируют методом фотометрического титрования с двумя рН-индикаторами, в качестве титранта применяют раствор КОН в изопропиловом спирте. Способ связан с использованием дорогостоящего высаливателя, применение двух индикаторов усложняет анализ и повышает погрешность определения до 10%.

Технической задачей изобретения является раздельное определение 4-хлорбанзойной и 2,4-дихлорбензойной кислот в воде, повышение точности и экспрессности анализа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе раздельного определения 4-хлорбензойной и 2,4-дихлорбензойной кислот в воде, включающем предварительную жидкостную экстракцию и концентрирование кислот с последующим анализом экстракта, новым является то, что в качестве экстрагента применяют этилацетат в количестве 5-20 см³ и экстракт анализируют методом потенциометрического титрования с использованием дифференцирующего растворителя диметилформамида в различных объемных соотношениях к экстракту.

Технический результат состоит в оптимизации условий проведения экстракции (соотношение равновесных объемов водной и органической фаз, г) и потенциометрического титрования экстракта (введение дифференцирующего растворителя и его объем).

Способ заключается в следующем.

Воду, применяемую для приготовления растворов кислот, и этилацетат предварительно взаимонасыщают для предотвращения их растворения друг в друге при экстракции. Водную пробу, содержащую 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, помещают в сосуд для экстракции, добавляют этилацетат в количестве 5-20 см³ и экстрагируют в течение 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно отделяют от водной фазы, помещают в ячейку для потенциометрического титрования, вводят стеклянный и хлоридсеребряный электроды и титруют раствором КОН в этиловом спирте. Для повышения точности анализа к экстракту добавляют дифференцирующий растворитель (диметилформамид) в различных объемных соотношениях к экстракту.

Вид дифференциальной кривой потенциометрического титрования кислот представлен на чертеже. Первый пик соответствует содержанию 4-хлорбензойной кислоты, второй - 2,4-дихлорбензойной кислоты.

Maccv кислот в анализируемой водной пробе (m, мг) вычисляют по формуле m=0,01•C•V•M•R, где С - концентрация титранта, моль/дм³; V - объем титранта, затраченный на титрование, см³; М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль; R - степень извлечения кислоты при однократной экстракции, %.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Пример 1. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 5 см³ насыщенного водой этилацетата (r= 20) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в ячейку для потенциометрического титрования, вводят стеклянный и xлоридсеребряный электроды и титруют 0,01 моль/дм³ раствором КOH в этиловом спирте.

Продолжительность анализа, включая экстракцию и титрование, составляет 20 мин. Характеристики способа приведены в табл.1.

Пример 2. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 10 см³ насыщенного водой этилацетата (r= 10) и экстрагируют 10 мин. Далее анализ проводят аналогично примеру 1. Характеристики способа приведены в табл.1.

Пример 3. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 15 см³ насыщенного водой этилацетата (r= 6,7) и экстрагируют 10 мин. Далее анализ проводят аналогично примеру 1. Характеристики способа приведены в табл.1.

Пример 4. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 20 см³ насыщенного водой этилацетата (r= 5) и экстрагируют 10 мин. Далее анализ проводят аналогично примеру 1. Характеристики способа приведены в табл. 1.

Пример 5. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 10 см³ насыщенного водой этилацетата (r= 10) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в ячейку для потенциометрического титрования, добавляют дифференцирующий растворитель (диметилформамид) в объемном соотношении к экстракту 1: 1. Далее анализ проводят аналогично примеру 1. Характеристики способа приведены в табл. 1.

Пример 6. К 100 см⁵ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 10 см³насыщенного водой этилацетата (r= 10) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в ячейку для потенциометрического титрования, добавляют дифференцирующий растворитель (диметилформамид) в объемном соотношении х экстракту 2: 1. Далее анализ проводят аналогично примеру 1. Характеристики способа приведены в табл.1.

Пример 7. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 10 см³насыщенного водой этилацетата (r= 10) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в ячейку для потенциометрического титрования, добавляют дифференцирующий растворитель (диметилформамид) в объемном соотношении х экстракту 0,5:1. Далее анализ проводят аналогично примеру 1. Характеристики способа приведены в табл.1.

Пример 8. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензoйную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 1 см³ насыщенного водой этилацетата (r= 100) и экстрагируют 10 мин. Способ неосуществим, так как объем выделившейся органической фазы недостаточен для проведения анализа.

Пример 9. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 2 см³ насыщенного водой этилацетата (r= 50) и экстрагируют 10 мин. Способ неосуществим, так как объем выделившейся органической фазы недостаточен для проведения анализа.

Пример 10. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартных растворов кислот насыщают этилацетатом), содержащей 4-хлорбензойную и 2,4-дихлорбензойную кислоты, добавляют 4 см³ насыщенного водой этилацетата (r= 25) и экстрагируют 10 мин. Способ неосуществим, так как объем выделившейся органической фазы недостаточен для проведения анализа.

Как видно из табл. 1, положительный эффект по предлагаемому способу достигается при использовании большого количества экстрагента (примеры 3 и 4), либо с введением дифференцирующего растворителя при r=10 (примеры 5-7). Осуществление анализа по примерам 3 и 4 нецелесообразно, так как связано с большим расходом экстрагента. При r=20 степень извлечения кислот менее 95%, что приводит к большой погрешности определения (пример 1). При r=10 степень извлечения кислот превышает 95%, однако погрешность потенциометрического титрования такого экстракта высока (пример 2). Применение дифференцирующего растворителя (диметилформамид) снижает погрешность титрования. Введение диметилформамида в избытке по отношению к экстракту снижает точность определения (пример 6). Оптимальный результат достигается при r=10 и соотношении объемов экстракт: дифференцирующий растворитель 1:0,5 (пример 7).

Сравнительная характеристика известного и предлагаемого способов приведена с табл.2.

Предлагаемый способ позволяет: - раздельно определять 4-хлорбензойную и 2.4-дихлорбензойную кислоты в воде при минимальных концентрациях на уровне 0,1 мг/дм³; - снизить погрешность определения за счет применения дифференцирующего растворителя; - повысить экспрессность анализа, поскольку детектирование кислот осуществляется прямым титрованием экстракта (исключается стадия реэкстракции).

Формула изобретения

Способ раздельного определения 4-хлорбензойной и 2,4-дихлорбензойной кислот в воде, включающий концентрирование кислот путем предварительной жидкостной экстракции их из водной пробы с последующим анализом экстракта при титровании его раствором КОН, отличающийся тем, что в качестве экстрагента применяют этилацетат в количестве 5-20 см³ при объеме водной пробы 100 см³, а экстракт анализируют методом потенциометрического титрования раствором КОН в этиловом спирте при использовании в качестве дифференцирующего растворителя диметилформамида в различных объемных соотношениях к экстракту.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2