Вольтамперометрический способ определения таллия в водных средах

Изобретение относится к области аналитической электрохимии и может быть использовано для определения микроконцентраций таллия в различных объектах (вода питьевая, природная, очищенная сточная, пищевые продукты и др.) Способ включает последовательность операций, выполняемых на вольтамперометрической аппаратуре. В качестве фонового раствора, в котором предварительно растворяют анализируемое вещество, используется лимонная кислота концентрации не менее 2 моль/дм³ с добавкой соли ртути с концентрацией ионов ртути не более 4·10^-5 моль/дм³. Электрохимическое осаждение продуктов восстановления таллия проводят при отрицательном потенциале твердого рабочего электрода, установленном в диапазоне от -900 мВ до -1000 мВ (относительно хлоридсеребряного электрода сравнения). Электрохимически растворяют осажденные продукты восстановления таллия, регистрируют вольтамперную кривую. Аналитическим сигналом таллия является высота анодного тока электрохимического растворения таллия на вольтамперной кривой в области потенциалов от -700 мВ до -600 мВ. Техническим результатом изобретения является возможность определения микроконцентрации таллия с высокой точностью. 1 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к области аналитической электрохимии, в частности к методам измерения концентрации таллия в растворах, и может быть использовано для определения микроконцентраций таллия в питьевой, природной сточной воде, пищевых продуктах и пр.

В настоящее время известны электрохимические методы измерения концентрации таллия на различных типах рабочих электродов: ртутный, графитовый, платиновый, углеситалловый. Известные методы измерения концентрации таллия с использованием различных типов рабочих электродов реализованы на трехэлектродной электрохимической ячейке, включающей рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения (например, хлоридсеребряный).

Известный способ определения таллия [1] состоит в вольтамперометрическом определении концентрации таллия с использованием твердого рабочего электрода из углеситалла. Электролиз с целью осаждения продуктов восстановления таллия на торце рабочего электрода проводят при потенциале -1300 мВ (относительно хлоридсеребряного электрода сравнения - х.с.э.), в качестве фонового электролита используют раствор состава 0,05 М HCl с добавкой ионов ртути концентрации 1·10^-4 моль/дм³.

Осажденный продукт электрохимически растворяют при анодном сканировании потенциала рабочего электрода от -1300 мВ до 0 мВ со скоростью 50 мВ/с и одновременно регистрируют вольтамперную кривую. Аналитическим сигналом таллия является анодный пик с максимумом при -500 мВ. При измерении концентрации таллия описанным выше методом чувствительность определения составляет 1·10^-8 моль/дм³.

Недостатком описанного вольтамперометрического способа измерения концентрации таллия [1] является мешающее влияние аналитических сигналов кадмия и свинца на аналитический сигнал таллия, что приводит к уменьшению селективности определения таллия.

Предлагаемый способ вольтамперометрического измерения концентрации таллия свободен от указанных выше недостатков и позволяет при сравнительно небольшом времени анализа одной пробы с высокой точностью измерять концентрации таллия на уровне 1·10^-10 моль/дм³.

Эти достоинства предлагаемого способа вольтамперометрического измерения концентрации таллия достигаются за счет использования в качестве фонового раствора, в котором растворяется анализируемое вещество, при подготовке анализируемого раствора лимонной кислоты концентрации не менее 2 моль/дм³, а вольтамперометрическое измерение концентрации таллия в анализируемом растворе включает осаждение продуктов восстановления таллия на поверхности рабочего электрода при потенциале рабочего электрода, задаваемом в диапазоне от -900 мВ до -1000 мВ (относительно х.с.э.), и их последующее растворение при развертке потенциала рабочего электрода со скоростью более 500 мВ/с.

Предлагаемый способ вольтамперометрического измерения концентрации таллия состоит в следующем. Устанавливают трехэлектродную электрохимическую ячейку, включающую твердый рабочий электрод из инертного материала (например, углеситалла), вспомогательный электрод и электрод сравнения. Перед началом работы и после проведения анализа индикаторную часть твердого рабочего электрода промывают бидистиллированной водой и протирают мягкой фильтровальной бумагой. После установки электрических параметров измерительного цикла электроды погружают в анализируемый раствор, представляющий собой анализируемое вещество, растворенное в фоновом электролите, с добавкой соли ртути с концентрацией ионов ртути не более 4·10^-5 моль/дм³, проводят электрохимическое осаждение таллия (в виде продуктов восстановления) при отрицательном потенциале рабочего электрода, задаваемом в диапазоне от -900 мВ до -1000 мВ (относительно х.с.э.). Электрохимически растворяют осажденный продукт (указанные продукты восстановления таллия) при определенной скорости изменения потенциала рабочего электрода (более 500 мВ/с) и регистрируют вольтамперную кривую растворения продуктов восстановления таллия. Аналитическим сигналом при этом является анодный пик растворения продуктов восстановления таллия на вольтамперной кривой в области потенциалов от -700 мВ до -600 мВ.

Для определения концентрации таллия в анализируемом растворе используют метод стандартной добавки градуировочного раствора таллия в анализируемый раствор, содержащий растворенное в фоновом электролите анализируемое вещество и соль ртути. После регистрации вольтамперной кривой анализируемого раствора, содержащего анализируемое вещество, растворенное в фоновом электролите, соль ртути и градуировочный раствор, определяют массовую концентрацию таллия в анализируемом веществе по соотношению величин анодных пиков растворения продуктов восстановления таллия в анализируемом растворе и в анализируемом растворе, содержащем градуировочный раствор таллия.

Основные преимущества предлагаемого способа вольтамперометрического определения таллия состоят в высокой чувствительности и точности измерения концентрации таллия за счет отсутствия мешающего влияния аналитических сигналов кадмия и свинца на аналитический сигнал таллия при регистрации вольтамперной кривой растворения продуктов восстановления талия и определении пика таллия на вольтамперной кривой в области потенциалов от -700 мВ до -600 мВ (левее регистрируемых пиков кадмия и свинца) в отличие от существующего способа вольтамперометрического определения таллия с определением аналитического сигнала таллия на регистрируемой вольтамперной кривой с максимумом в области потенциалов -500 мВ (между регистрируемыми пиками кадмия и свинца) [1]. Не менее существенным преимуществом предлагаемого способа является значительное увеличение чувствительности анализа и сокращение времени измерений (в 3-5 раз) за счет использования высоких скоростей развертки потенциала рабочего электрода (более 500 мВ/с) на измерительной стадии вместо рекомендуемой в указанном аналоге скорости изменения потенциала 50 мВ/с [1].

Предлагаемый способ вольтамперометрического измерения концентрации таллия был реализован на практике с использованием анализатора вольтамперометрического АВА-3 по ТУ 4215-068-00227703-2004 (производство НПП «Буревестник», ОАО). В работе использовалась трехэлектродная электрохимическая ячейка, включающая рабочий электрод из углеситалла, вспомогательный платиновый электрод и хлоридсеребряный электрод сравнения. Перед началом работы или после проведения анализа перед следующим погружением в анализируемый раствор индикаторную часть рабочего электрода промывали бидистиллированной водой и протирали мягкой фильтровальной бумагой. Устанавливали электроды в держатели, вносили в стаканчик электрохимической ячейки фоновый раствор (лимонная кислота концентрации не менее 2 моль/дм³), в котором было растворено анализируемое вещество, а также соль ртути с концентрацией ионов ртути 4·10^-5 моль/дм³, погружали в него электроды. Электрохимическое осаждение продуктов восстановления таллия проводили из анализируемого раствора при потенциале -1000 мВ (относительно х.с.э.) на рабочем электроде. Электрохимическое растворение осажденного концентрата (продуктов восстановления таллия) и регистрацию аналитического сигнала таллия в области потенциалов от -700 мВ до -600 мВ проводили при развертке потенциала рабочего электрода от -1000 мВ до +50 мВ со скоростью 1000 мВ/с.

Предлагаемый способ вольтамперометрического измерения концентрации таллия найдет широкое применение в аналитической электрохимии. Для измерения концентрации таллия не требуется наличия весьма специфических навыков у исполнителя, которому достаточно владеть стандартными приемами подготовки электродов и прибора к работе. По сравнению с известными методами существенно повышается селективность анализа из-за использования в качестве фонового раствора лимонной кислоты концентрации не менее 2 моль/дм³, проведения вольтамперометрического определения таллия при установке потенциала рабочего электрода в диапазоне от -900 мВ до -1000 мВ (относительно х.с.э.) на стадии электрохимического накопления продуктов восстановления таллия из анализируемого раствора, развертке потенциала рабочего электрода от -1000 мВ до +50 мВ со скоростью более 500 мВ/с на измерительной стадии, что приводит к значительному увеличению (на 2 порядка) чувствительности измерений, а так же к существенному (в 3-5 раз) сокращению времени анализа, что делает работу по определению микроконцентраций таллия более производительной.

Предлагаемый способ был использован для определения массовой концентрации таллия в питьевой, природной, очищенной сточной воде. Чувствительность определения таллия в указанных объектах составляет 1·10^-10 моль/дм³ (0,05 мкг/дм³), общее время анализа одного анализируемого раствора составляет от 2 до 5 мин (в зависимости от измеряемой концентрации).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. МВИ ФР. 1.31.2002.00595 «Методика выполнения измерений массовой концентрации подвижных форм тяжелых металлов токсичных элементов (Cd, Pb, Cu, Zn, Bi, Tl, Ag, Fe, Se, Co, Ni, As, Sb, Hg, Mn) в почвах, грунтах, донных отложениях, осадках сточных вод методом инверсионной вольтамперометрии». М.: НПКФ АКВИЛОН, 2001. 57 с.

1. Способ вольтамперометрического измерения концентрации таллия в анализируемом растворе, заключающийся в том, что на индикаторную поверхность твердого рабочего электрода из инертного материала при отрицательном потенциале рабочего электрода электрохимически осаждают продукты восстановления таллия из анализируемого раствора, представляющего собой анализируемое вещество, растворенное в фоновом электролите, изменением потенциала рабочего электрода электрохимически растворяют указанные продукты восстановления таллия, измеряют величину анодного тока их растворения, идентифицируют пик таллия на вольтамперной кривой и по величине пика определяют концентрацию таллия в анализируемом растворе, отличающийся тем, что фоновый раствор представляет собой лимонную кислоту концентрации не менее 2 моль/дм³ с добавкой соли ртути с концентрацией ионов ртути не более 4·10^-5 моль/дм³, электрохимическое осаждение продуктов восстановления таллия проводят при постоянном потенциале твердого рабочего электрода, установленном в диапазоне от -900 мВ до -1000 мВ (относительно хлоридсеребряного электрода сравнения), а пик таллия на регистрируемой вольтамперной кривой определяют в области потенциалов от -700 мВ до -600 мВ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрохимическое растворение продуктов восстановления таллия проводят при сканировании потенциала рабочего электрода со скоростью более 500 мВ/с.