Индикаторный состав для совместного определения меди (ii) и марганца (ii) в водных растворах
Владельцы патента RU 2253864:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Красноярский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к аналитической химии (индикаторным составам) и может быть использовано для определения меди (II) и марганца (II) при совместном присутствии в водных растворах, в частности в сточных водах и производственных растворах. В индикаторном составе для совместного определения меди (II) и марганца (II) в водных растворах, содержащем сорбент, реагент, вещество для создания рН среды и воду, новым является то, что состав используют для проведения анализа в 2 стадии, он содержит в качестве сорбента - анионит АН-31 в сульфатной форме, в качестве реагента - 4-(2-пиридилазо)-резорцин (ПАР), а в качестве вещества для создания рН среды на первой стадии используют серную кислоту, а на второй стадии - серную кислоту с первой стадии, нейтрализованную избытком водного раствора аммиака до рН=9, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Анионит АН-31 0,6
ПАР 0,05
Серная кислота 0,098-0,1
Водный раствор аммиака 0,0035-0,004
Вода Остальное
Техническим результатом изобретения является разработка методики сорбционно-спектроскопического определения ионов меди (II) и марганца (II) при совместном присутствии, улучшающей селективность определения и повышающей экспрессность анализов. 3 табл.
Изобретение относится к аналитической химии (индикаторным составам) и может быть использовано для определения меди (II) и марганца (II) при совместном присутствии в водных растворах, в частности в сточных водах и производственных растворах.
В аналитической практике для определения марганца (II) используются фотометрические методы, основанные либо на переведении Mn(II) в перманганат-ионы, либо с предварительной экстракцией ионов Мn2+ [Марченко 3. Фотометрическое определение элементов. - М.: Мир, 1971, 502 с.]. К недостаткам методов можно отнести малую чувствительность, трудоемкость, а также использование токсичных органических растворителей, работа с которыми требует соблюдения особых правил по технике безопасности. Ионы меди (II) также определяют экстракционно-фотометрическими методами, имеющими вышеуказанные недостатки [Умланд Ф., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексные соединения в аналитической химии. - М.: Мир, 1975, 532 с.].
Отсутствуют сведения об индикаторных составах для совместного определения меди (II) и марганца (II). Наиболее близким техническим решением является определение с помощью твердофазной спектрофотометрии 64-6400 мкг/мл Cu(II) с органическим реагентом пиридилазонафтолом (ПАН) на сорбенте - катионите КУ-2 [Брыкина Г.Д., Марченко Д.Ю., Шпигун О.А.//Журн. аналит. химии, 1995, т.50, №5. С.484-491]. Недостатком данной методики является сравнительно высокая минимальная концентрация (32 мкг/мл) определяемого компонента. Кроме того, при помощи этой методики удается определять только ионы меди (II); сорбционно-спектроскопическая методика для определения ионов марганца (II) отсутствует.
Известен индикаторный состав для определения 30-100 мкг марганца (II) с бензгидроксамовой кислотой, используя предварительную сорбцию Mn(II) на анионите Дауэкс IX8. Недостатком технического решения является десорбция поглощенного анионитом марганца (II) порциями соляной кислоты, а затем упаривание полученного раствора почти досуха, что увеличивает продолжительность анализа до нескольких часов [Умланд Ф., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексные соединения в аналитической химии. - М.: Мир, 1975, 532 с.]. Кроме того, при помощи данной методики удается определять только ионы марганца (II).
Техническим результатом изобретения является разработка индикаторного состава для сорбционно-спектроскопического определения ионов меди (II) и марганца (II) при совместном присутствии, улучшающая селективность определения и повышающая экспрессность анализов.
Технический результат достигается тем, что в индикаторном составе для совместного определения меди (II) и марганца (II) в водных растворах, содержащем сорбент, реагент, вещество для создания рН среды и воду, новым является то, что состав используют для проведения анализа в 2 стадии, он содержит в качестве сорбента - анионит АН-31 в сульфатной форме, представляющий собой конденсационный слабоосновной анионит на основе полиэтиленполиамина, аммиака и эпихлоргидрина с функциональными первичными, вторичными и третичными аминогруппами, в качестве реагента - 4-(2-пиридилазо)-резорцин (ПАР), а в качестве вещества для создания рН среды на первой стадии используют серную кислоту, а на второй стадии - серную кислоту с первой стадии, нейтрализованную избытком водного раствора аммиака до рН=9, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Анионит АН-31 0,6
ПАР 0,05
Серная кислота 0,098-0,1
Водный раствор аммиака 0,0035-0,004
Вода Остальное
В настоящее время не имеется сведений об индикаторных составах с использованием ПАР для совместного определения меди (II) и марганца (II).
Для определения меди (II) и марганца (II) при совместном присутствии 0,2 г предварительно набухшего анионита АН-31 в сульфатной форме [Салдадзе К.М., Копылова-Валова В.Д. Комплексообразующие иониты (комплекситы). - М.: Химия, 1980, 336 с.] помещают в градуированную пробирку с притертой пробкой емкостью 50 мл и добавляют 10 мл 0,05% раствора ПАР, после чего пробирку встряхивают в течение 10 мин. Затем ионит отфильтровывают и добавляют исследуемый раствор объемом 25,0 мл, предварительно подкисленный 0,01 М раствором серной кислоты до рН=2, и пробирку снова встряхивают в течение 15 мин. Ионит отфильтровывают и измеряют коэффициент диффузного отражения влажного образца при длине волны 580 нм на колориметре “Пульсар” по отношению к образцу сравнения, представляющему собой описанный выше индикаторный состав без меди (II) и марганца (II). Затем ионит помещают снова в фильтрат, нейтрализуют серную кислоту избытком 0,001 М водного раствора аммиака до рН=9 и пробирку снова встряхивают в течение 15 мин, после чего ионит вновь отфильтровывают и измеряют коэффициент диффузного отражения влажного образца при длине волны 580 нм на колориметре “Пульсар” по отношению к образцу сравнения, представляющему собой описанный выше индикаторный состав без меди (II) и марганца (II).
Содержание меди (II) и марганца (II) в анализируемом растворе определяют по градуировочным графикам. Для их построения в градуированные пробирки с притертыми пробками вводят по 0,2 г анионита АН-31 и 10 мл 0,05% раствора ПАР, после чего пробирки встряхивают в течение 10 мин. Затем навески ионита отфильтровывают и вводят по 25,0 мл стандартных растворов меди (II) и марганца (II) с концентрацией их от 0,05 до 3,0 мг/л, предварительно подкисленных 0,01 М раствором серной кислоты до рН=2, после чего пробирки снова встряхивают в течение 15 мин, а затем навески анионита отфильтровывают и измеряют коэффициент диффузного отражения, как описано выше. После измерения навески ионита снова помещают в фильтрат, нейтрализуют серную кислоту избытком 0,001 М водного раствора аммиака до рН=9 и пробирки вновь встряхивают в течение 15 мин, а затем ионит отфильтровывают и измеряют коэффициент диффузного отражения, который пересчитывают в функцию Гуревича-Кубелки-Мунка по уравнению:
ΔF(R)=[(1-R)2/2R]-[(1-R0)2/2R0],
где R и R0 - коэффициенты диффузного отражения прореагировавшего образца и образца сравнения соответственно. Строят зависимость в координатах ΔF(R)-СCu(II), мг/л или ΔF(R)-СMn(II), мг/л, где Ccu(ii) и СMn(II) - соответственно концентрация меди (II) и марганца (II) в растворе.
Введение в индикаторный состав анионита АН-31 и органического реагента ПАР позволяет повысить чувствительность определения и экспрессность анализа (табл.1). Поскольку ПАР образует прочные комплексы с ионами меди (II) и марганца (II) [Иванов В.М. Гетероциклические азотсодержащие азосоединения. - М.: Наука, 1982, 50 с.], состав которых зависит от рН среды, оптическая плотность этих комплексов стабильна в течение длительного времени, а подчинение систем основному закону светопоглощения имеет место в широком интервале концентраций определяемого иона.
Определению Cu(II) и Mn(II) сорбционно-спектроскопическим методом не мешает присутствие 500-кратных количеств ионов никеля (II), кобальта (II), железа (II, III), хрома (III), цинка, а также оксалат- и фосфат-ионов (табл.2, 3).
Таким образом, индикаторный состав для совместного определения ионов меди (II) и марганца (II) позволяет осуществлять аналитический контроль за степенью чистоты растворов марганца (II), которая предполагает отсутствие ионов цветных металлов, в частности меди (II), ввиду использования диоксида марганца при производстве химических источников тока.
| Таблица 1 | |||
| Сравнительная характеристика разработанного индикаторного состава для совместного определения меди (II) и марганца (II) и известных составов (для определения Cu(II) - сорбционно-спектроскопическая методика с КУ-2 и ПАН, для определения Mn(II) - фотометрическая методика с бензгидроксамовой кислотой) | |||
| Параметр | Состав с АН-31 | Известные составы для определения | |
| Меди (II) | Марганца (II) | ||
| Диапазон определяемых концентраций, мкг/мл | 0,05-50 | 64-6400 | 30-100 |
| Предел обнаружения, мкг/мл | 0,01 | 32 | 0,4 |
| Объем раствора, мл | 25,0 | 100 | |
| Продолжительность анализа | 40 мин | 10 мин | Несколько часов |
| Другие характеристики | Возможно совместное определение ионов Cu(II) и Mn(II). He требуется их десорбция, т.к. определение производится в фазе анионита АН-31 при создании определенного значения рН среды | Возможно определение только ионов Cu(II) | Предварительная сорбция Mn(II) на анионите Дауэкс IX8, затем десорбция, упаривание полученного раствора и определение только ионов Mn(II) |
| Таблица 2 | ||
| Определение меди (II) и марганца (II) методом спектроскопии диффузного отражения в присутствии сопутствующих компонентов. Исходная концентрация Cu(II) - 1,5 мг/л; Mn(II) - 1,5 мг/л; n=5; P=0,95 | ||
| Посторонний ион | Отношение постороннего иона к иону Сu (Мn) (по концентрации) | Относительная ошибка Qотн, % |
| Ni(II) | 10:1 | -7,0 |
| 50:1 | -1,7 | |
| 500:1 | 12,0 | |
| Co(II) | 10:1 | -5,1 |
| 50:1 | -1,2 | |
| 500:1 | 11,0 | |
| Cr(III) | 10:1 | -7,4 |
| 50:1 | -1,3 | |
| 500:1 | 12,0 | |
| Fe(II,III) | 10:1 | -7,9 |
| 50:1 | 1,3 | |
| 500:1 | 8,7 | |
| Zn(II) | 10:1 | -6,0 |
| 50:1 | -1,1 | |
| 500:1 | 7,3 | |
| C2О4 2- | 10:1 | -4,0 |
| 50:1 | 1,6 | |
| 500:1 | 18,6 | |
| PО4 3- | 10:1 | -4,7 |
| 50:1 | -1,3 | |
| 500:1 | 8,7 |
| Таблица 3 | ||||||||||
| Среднестатистическое стандартное отклонение при совместном определении меди (II) и марганца (II) методом спектроскопии диффузного отражения в присутствии сопутствующих компонентов. Исходная концентрация Сu(II) - 1,5 мг/л; Mn(II) - 1,5 мг/л; n=5; P=0,95 | ||||||||||
| Медь (II) | Марганец (II) | |||||||||
| Ni(II) | Co(II) | Cr(III) | Mn(II) | Fe(II,III) | C2O4 2- | PO4 3- | Cu(II) | Ni(II) | Zn(II) | Fe(II,III) |
| рН=2 | ||||||||||
| 0,248 | 0,223 | 0,247 | 0,228 | 0,251 | 0,287 | 0,332 | 0,275 | 0,254 | 0,335 | 0,347 |
| рН=9 | ||||||||||
| 0,299 | 0,255 | 0,293 | 0,267 | 0,295 | 0,223 | 0,277 | 0,228 | 0,269 | 0,275 | 0,262 |
Индикаторный состав для совместного определения меди (II) и марганца (II) в водных растворах, содержащий сорбент, реагент, вещество для создания рН среды и воду, отличающийся тем, что состав используют для проведения анализа в 2 стадии, он содержит в качестве сорбента анионит АН-31 в сульфатной форме, в качестве реагента - 4-(2-пиридилазо)-резорцин (ПАР), а в качестве вещества для создания рН среды на первой стадии используют серную кислоту, а на второй стадии - серную кислоту с первой стадии, нейтрализованную избытком водного раствора аммиака до рН=9, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Анионит АН-31 0,6
ПАР 0,05
Серная кислота 0,098-0,1
Водный раствор аммиака 0,0035-0,004
Вода Остальное
