Способ одновременного определения иодид- и иодат-ионов методом вольтамперометрии

Изобретение относится к аналитической химии. Технический результат изобретения: экономичное и экспрессное определение иодид- и иодат-ионов одновременно из одного анализируемого раствора. Сущность: одновременно регистрируют аналитические сигналы иодид- и иодат-ионов методом прямой дифференциально-импульсной вольтамперометрии при развертке потенциала от минус 0,15 до минус 1,55 В на фоне 0,1-0,2 М раствора сульфита натрия. В качестве индикаторного электрода используют или серебряный, или углеродсодержащий электрод, покрытые или пленкой ртути, или амальгамой серебра. При отсутствии на регистрируемой вольтамперограмме пика иодид-ионов после определения иодат-ионов в анализируемый раствор дополнительно добавляют муравьиную кислоту и регистрируют катодную вольтамперограмму при тех же условиях. 4 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности может быть использовано для одновременного определения иодид- и иодат-ионов методом вольтамперометрии.

В настоящее время используется три основных способа анализа вод и водных растворов на содержание иодид- и иодат-ионов методами вольтамперометрии.

1) Определение иодид-ионов проводят непосредственно в анализируемом растворе. Иодат-ионы восстанавливают до иодид-ионов и определяют суммарное содержание иодид- и иодат-ионов по аналитическому сигналу иодид-ионов. Содержание иодат-ионов определяют как разницу между суммарным содержанием иодид- и иодат-ионов и содержанием иодид-ионов. Восстановление проводят аскорбиновой кислотой [M.Lucia, A.M.Campos. New approach to evaluating dissolved iodine speciation in natural waters using cathodic stripping voltammetry and a storage study for preserving iodine species. // Marine Chemistry. 1997, V.57. P.107-117] или облучением УФ-светом [Горемыкин С.В., Сойер В.Г., Семенов А.Д. - В кн.: Методы определения загрязняющих веществ в поверхностных водах. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976, С.215].

2) Определение иодат-ионов проводят непосредственно в анализируемой воде. Иодид-ионы окисляют до иодат-ионов и определяют суммарное содержание иодид- и иодат-ионов по аналитическому сигналу иодат-ионов. Содержание иодид-ионов определяют как разницу между суммарным содержанием иодид- и иодат-ионов и содержанием иодат-ионов. Окисление проводят гипобромидом в щелочной среде [Унифицированные методы анализа вод / Под ред. Лурье Ю.Ю. - М.: Химия, 1971. - 375 с.]; перекисью водорода при кипячении пробы [Herring J.R., Liss, P.S. A new method for the determination of iodine species in seawater // Deep-Sea Research. 1974, V.21. P.777-783]; хлорной водой [E.C.V. Butler and J.D. Smith Iodine speciation in seawaters - the analytical use of ultra-violet photo-oxidation and differetial pulse polarography // Deep-Sea Research. 1980. Vol.27A. P.489-493].

3) Определение иодат- и иодид-ионов проводят непосредственно в анализируемой воде с применением двух разных вольтамперометрических методик [Vesna Marko Branica Iodine speciation in the water column of the Rogoznica Lake // The Science of the Total Environment. 1996, V.182. Р.1-9].

Каждый из способов имеет свои преимущества и свои недостатки. В зависимости от имеющегося в наличии оборудования и типа анализируемого раствора (какая из форм йода преобладает) для анализа выбирают один из этих способов. При этом анализ раствора проводят дважды: один раз - для определения иодид-ионов; второй - для определения иодат-ионов.

Наиболее близким является способ определения иодид- и иодат-ионов в морской воде [R.C.Tian, E.Nicolas Iodine speciation in the northwestern Mediterranean Sea: method and vertical profile // Marine Chemistry. 1995, V.48. P.151-156]. При этом иодид-ионы определяют на фоне 0,02 М сульфита натрия методом катодной инверсионной вольтамперометрии, проводя развертку потенциала от -0,15 В до -0,60 В после предварительного накопления иодид-ионов на поверхности индикаторного электрода в течение 90 секунд. Для повышения чувствительности определения к 5 мл пробы добавляют 0,05 мл 0,1% раствора Тритона. Иодат-ионы определяют методом дифференциальной импульсной вольтамперометрии на фоне 0,02 моль/л сульфита натрия, проводя развертку потенциала от -0,75 В до -1,40 В. В качестве индикаторного электрода для определения двух форм йода применяют висящую ртутную каплю. Однако известный способ имеет следующие недостатки: необходимость дважды проводить анализ пробы и применение инертного газа для устранения мешающего влияния кислорода. Это усложняет анализ и увеличивает время его выполнения.

Задачей заявляемого изобретения является: экспрессное и экономичное определение иодид- и иодат-ионов одновременно из одного анализируемого раствора.

Поставленная задача достигается тем, что определение иодид- и иодат-ионов так же, как и в прототипе, проводят методом вольтамперометрии на фоне сульфита натрия. Согласно изобретению одновременно регистрируют аналитические сигналы иодид- и иодат-ионов методом прямой дифференциальной импульсной вольтамперометрии. Развертку потенциала проводят от минус 0,15 до минус 1,55 В на фоне 0,1 М раствора сульфита натрия. В качестве индикаторного электрода используют или серебряный, или углеродсодержащий электрод, покрытые или пленкой ртути, или амальгамой серебра электрохимическим способом. При отсутствии на регистрируемой вольтамперограмме пика иодид-ионов после определения иодат-ионов в анализируемый раствор дополнительно добавляют муравьиную кислоту до ее концентрации от 0,03 до 0,05 М и при тех же условиях проводят регистрацию дифференциальной импульсной вольтамперограммы при потенциалах от минус 0,15 до минус 0,60 В. В качестве электрода сравнения используют 1 М хлорсеребряный электрод, в качестве вспомогательного - стеклоуглеродный или 1 М хлорсеребряный электрод. Измерение концентраций определяемых ионов проводят методом добавок аттестованных смесей. Характерный вид вольтамперограмм растворов иодид- и иодат-ионов и растворов с добавками их аттестованных смесей представлен на фигуре 1 и фигуре 2.

Одновременная регистрация аналитических сигналов иодид- и иодат-ионов из одного анализируемого раствора сокращает расход пробы, реактивов и уменьшает время анализа более чем в два раза. Более высокая концентрация фонового электролита сульфита натрия позволяет отказаться от использования при анализе инертного газа, так как мешающий определению кислород, присутствующий в растворе, устраняется за счет химической реакции между кислородом и сульфит-ионами (О₂+2SO₃ ^2-→2SO₄ ^2-), что также приводит к удешевлению и упрощению анализа. Подкисление анализируемого раствора муравьиной кислотой позволяет снизить предел обнаружения иодид-ионов в четыре раза.

На фигуре 1 представлена дифференциальная импульсная катодная вольтамперограмма пробы, содержащей по 2· 10^-7 М и 4· 10^-7 М иодат- и иодид-ионов соответственно, и вольтамперограмма этой же пробы с добавкой 2· 10^-7 М иодат-ионов и 4· 10^-7 М иодид-ионов, полученные с использованием индикаторного серебряного электрода, покрытого амальгамой серебра.

На фигуре 2 представлена дифференциальная импульсная катодная вольтамперограмма пробы, содержащей по 2· 10^-7 М и 4· 10^-7 М иодат- и иодид-ионов соответственно, и вольтамперограмма этой же пробы с добавкой 2· 10^-7 М иодат-ионов и 4· 10^-7 М иодид-ионов, полученные с использованием индикаторного серебряного электрода, покрытого пленкой ртути.

В таблице 1 обобщены результаты анализа различных вод на содержание иодид- и иодат-ионов методом вольтамперометрии, полученные с использованием в качестве индикаторного электрода ртутного пленочного электрода.

В таблице 2 обобщены результаты анализа различных вод на содержание иодид- и иодат-ионов методом вольтамперометрии, полученные с использованием в качестве индикаторного электрода, покрытого амальгамой серебра.

В таблице 3 обобщены результаты анализа проб соли на содержание иодид- и иодат-ионов методом вольтамперометрии, полученные с использованием в качестве индикаторного электрода ртутного пленочного электрода.

В таблице 4 обобщены результаты анализа проб соли на содержание иодид- и иодат-ионов методом вольтамперометрии, полученные с использованием в качестве индикаторного электрода, покрытого амальгамой серебра.

Изобретение характеризуется следующими примерами.

Пример 1. Определение иодид- и иодат-ионов в минеральной воде с использованием в качестве индикаторного электрода ртутного пленочного электрода.

В электрохимическую ячейку вольтамперометрического анализатора объемом не менее 15 мл вносят 2-10 мл анализируемой воды, 0,5 мл насыщенного раствора сульфита натрия и добавляют бидистиллированной воды до объема раствора 10-12 мл. Для устранения мешающего влияния цинка в анализируемый раствор добавляют 0,02 мл этилендиаминтетрауксусной кислоты. Индикаторный электрод, вспомогательный стеклоуглеродный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения устанавливают в вольтамперометрический анализатор. В качестве индикаторного электрода используют серебряный электрод, покрытый пленкой ртути путем электролиза из насыщенного раствора Hg₂(NO₃)₂. Перемешивают раствор в течении 20-25 секунд и регистрируют катодную вольтамперограмму в дифференциальном импульсном режиме от минус 0,20 до минус 1,55 В при следующих параметрах: ширина импульса 30-40 мс, амплитуда - 50 мВ, скорость развертки потенциала 10-30 мВ/с. Содержание определяемых ионов оценивают методом добавок аттестованных смесей иодид- и иодат-ионов. Время анализа одной пробы не превышает 5 минут.

Если при регистрации вольтамперограммы пробы на ней отсутствует пик иодид-ионов, то проводят определение иодат-ионов методом добавки аттестованной смеси иодат-ионов. После чего к анализируемому раствору добавляют 0,01-0,02 мл концентрированной муравьиной кислоты и регистрируют катодную дифференциальную импульсную вольтамперограмму от минус 0,15 до минус 0,5 В при параметрах, указанных выше. Содержание иодид-ионов оценивают методом добавки аттестованной смеси иодид-ионов. В этом случае время анализа одной пробы не превышает 10 минут.

Нижние пределы обнаружения иодид- и иодат-ионов составляют 3· 10^-7 М и 1· 10^-7 М соответственно.

Результаты анализа различных вод с применением ртутного пленочного электрода на серебряной подложке представлены в таблице 1.

Пример 2. Определение иодид- и иодат-ионов в минеральной воде с использованием в качестве индикаторного электрода, покрытого амальгамой серебра.

Проводят измерения так же, как описано в Примере 1, используя в качестве индикаторного серебряный электрод, покрытый амальгамой серебра путем последовательного электрохимического нанесения ртути и серебра. Применение такого электрода позволяет проводить анализ не менее 100 проб без обновления рабочей поверхности электрода.

Нижние пределы обнаружения иодид- и иодат-ионов составляют 4· 10^-7 М и 8· 10^-8 М соответственно.

Результаты анализа различных вод с использованием в качестве индикаторного серебряного электрода, покрытого амальгамой серебра, представлены в таблице 2.

Пример 3. Определение иодат- и иодид-ионов в пищевой, морской, природной солях с использованием в качестве индикаторного электрода ртутного пленочного электрода.

2 г соли растворяют бидистиллированной водой в мерной колбе вместимостью 50 мл. В электрохимическую ячейку объемом не менее 15 мл наливают 9-10 мл бидистиллированной воды и 0,2-2,0 мл полученного солевого раствора. Добавляют 0,5 мл насыщенного раствора сульфита натрия, 0,01 мл 0,1 М раствора этилендиаминтетрауксусной кислоты (для устранения мешающего влияния цинка). Индикаторный электрод, вспомогательный хлорсеребряный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения устанавливают в вольтамперометрический анализатор. В качестве индикаторного электрода используют углеродсодержащий электрод, покрытый пленкой ртути путем электролиза из насыщенного раствора Hg₂(NO₃)₂. Проводят измерения так же, как описано в Примере 1.

Нижние пределы обнаружения иодид- и иодат-ионов составляют 4· 10^-5 М и 2· 10^-5 М соответственно.

Результаты анализа различных проб соли с применением ртутного пленочного электрода на углеродсодержащей подложке представлены в таблице 3.

Пример 4. Определение иодат- и иодид-ионов в пищевой, морской, природной солях с использованием в качестве индикаторного электрода, покрытого амальгамой серебра.

Проводят измерения так же, как описано в Примере 3, используя в качестве индикаторного углеродсодержащий электрод, покрытый амальгамой серебра путем последовательного электрохимического нанесения ртути и серебра. Применение такого электрода позволяет проводить анализ не менее 20 проб без обновления рабочей поверхности электрода.

Результаты анализа различных проб соли с использованием в качестве индикаторного углеродсодержащего электрода, покрытого амальгамой серебра, представлены в таблице 4.

Способ одновременного определения иодид- и иодат-ионов методом вольтамперометрии на фоне сульфита натрия, отличающийся тем, что одновременно регистрируют аналитические сигналы иодид- и иодат-ионов методом прямой дифференциально-импульсной вольтамперометрии при развертке потенциала от минус 0,15 до минус 1,55 В на фоне 0,1 М раствора сульфита натрия, используя в качестве индикаторного электрода или серебряный, или углеродсодержащий электрод, покрытые или пленкой ртути, или амальгамой серебра, причем при отсутствии на регистрируемой вольтамперограмме пика иодид-ионов после определения иодат-ионов в анализируемый раствор дополнительно добавляют муравьиную кислоту и регистрируют катодную вольтамперограмму при тех же условиях.