Индикатор для определения ионов никеля (ii) в растворе
Владельцы патента RU 2368896:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный лесотехнический университет (RU)
Изобретение относится к качественному и полуколичественному определению ионов никеля (II) в водных растворах и может быть использовано для проведения экспресс-анализов в отрыве от лабораторной базы из рабочих растворов. Индикатор содержит модифицированную матрицу на основе силикагеля и органический реагент, при этом в качестве модифицированной матрицы используют силикагель в ОН- форме, модифицированный триметиламмониевыми группировками, а в качестве органического реагента - 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил) формазан и дополнительно водно-этанольный раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный силикагель 95,999 - 97,990; указанный органический реагент 0,001 - 0,040; водно-этанольный раствор остальное. Достигается упрощение и ускорение анализа, а также - обеспечение достоверности получаемых результатов на уровне ПДК при многократном избытке других ионов металлов. 2 табл.
Изобретение предназначено для качественного и полуколичественного определения ионов никеля (II) в водных растворах и может быть использовано для проведения экспресс-анализов в отрыве от лабораторной базы из рабочих растворов.
Известен состав для определения концентрации ионов никеля (II) в растворе, содержащий сульфарсазен, аммиак и трилон Б, который используют следующим образом: к 5 мл анализируемого раствора прибавляют 3-4 капли сульфарсазена и несколько капель аммиака до появления розового окрашивания с последующим титрованием трилоном Б до перехода окраски в лимонно-желтую (Бургер К. Органические реагенты в неорганическом анализе. М.: Мир, 1975).
Известный состав и метод определения ионов никеля характеризуется высокой чувствительностью, позволяет провести его количественное определение, однако требует специальных лабораторных условий. Кроме того, количественное определение связано со значительной длительностью процесса, а анализируемые растворы должны быть индивидуальными, но не рабочими.
Известен состав для определения ионов никеля (II) в форме таблеток на основе пенополиуретана, модифицированного диметилглиоксимом в присутствии пластификатора. Метод определения основан на сорбции никеля (II) из аммиачного буферного раствора (рН=9) указанным составом и состоит в том, что в сосуды для встряхивания помещают по 15 мл анализируемой пробы воды и добавляют по 10 мл аммиачного буферного раствора. В каждый сосуд помещают по одной таблетке состава для определения в виде таблетки, прижимают ее стеклянной палочкой для удаления пузырьков воздуха и встряхивают 30 мин. Растворы сливают, а таблетки подсушивают между двумя листами фильтровальной бумаги. О наличии ионов никеля (II) судят по изменению окраски таблетки пенополиуретана из белой в розовую по шкале (Иванов В.М., Сабри Массуд // Вестн. Моск. Университета. Серия 2. Химия, 1994, 35, №4, 1280).
Известный состав позволяет провести полуколичественный анализ ионов никеля в водном растворе в узком диапазоне определяемых концентраций - 0,2-4,0 мг/л, точечном значении рН, при этом процесс определения требует значительных временных затрат.
Наиболее близким к предлагаемому является состав для определения ионов никеля, содержащий в качестве реагента комплексное соединение 4-(2-пиридилазо)-2-нафтол с ионами Zn (II) (Zn(ПAH)2) и в качестве матрицы - силикагель Silpearl UV 254 (СП). (Запорожец О.А., Петрунек H.I., Калиниченко Е.В., Сухан В.В. «Визуально-колориметрическое определение Ni(II)» // Химия и технология воды. т.21, №1, с.14, 1999).
Определение ионов никеля (II) проводят следующим образом. Пробу воды объемом 10 см3 с содержанием Ni (II) 0.06 мг/дм3 помещают в стакан емкостью 50 см3, добавляют 0.1 см3 0.1 моль/дм3 раствора Na2S2O3 и 0.1 моль/дм3 раствором HNO3 доводят рН до 3.8. Раствор перемешивают с 0.05 г Zn(ПАН)2 - СП в течение 10 мин. Концентрацию ионов никеля определяют в диапазоне 0,15-6,0 мкг, сравнивая окраску со стандартной цветовой шкалой.
Известный состав обеспечивает возможность определения ионов никеля с высокой чувствительностью - на уровне ПДК из рабочих растворов, однако достоверное определение возможно только при точечном значении рН, что, в свою очередь, требует обеспечения возможности контроля достигаемой рН. Кроме того, для определения требуется непосредственно на месте изготовить многокомпонентный состав в определенной пропорции, что невозможно или чрезвычайно затруднительно в отрыве от лабораторной базы.
Задачей изобретения является создание индикатора, обеспечивающего упрощение и ускорение процесса определения содержания ионов никеля (II) из рабочих растворов в отрыве от лабораторной базы при сохранении достоверности результатов анализа.
Поставленная задача решается тем, что предлагается состав, содержащий модифицированную матрицу на основе силикагеля и органический реагент, при этом в качестве модифицированной матрицы используют силикагель в ОН- форме, модифицированный триметиламмониевыми группировками, а в качестве органического реагента - 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил)формазан и дополнительно водно-этанольный раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| указанный силикагель | 95,999-97,990 |
| указанный органический реагент | 0,001-0,040 |
| водно-этанольный раствор | остальное |
В качестве модифицированной матрицы используют силикагель Диасорб-100-ТА, полученный путем ковалентной прививки триметиламмониевыми группировками к поверхности силикагеля (количество привитых групп 0,32 мМ/г) со средним диаметром пор 100°А, выпускаемый по ТУ-2Б41-003-4Э299217-01 и предварительно переведенный в ОН- форму путем выдерживания в растворе едкого натра. Указанный силикагель имеет следующее строение:
Характеристика состава, мас.%: силикагель - 98,560±0,007; где Х=(СН3)3 - 1,440±0,007.
В качестве органического реагента используют 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил)формазан (далее по тексту - формазан), имеющий следующее строение:
В присутствии водно-этанольного раствора, взятого в соотношении этиловый спирт (С2Н5ОН):вода (Н2О)=1:1, формазан посредством нековалентной связи обеспечивает возможность закрепления на указанном модифицированном силикагеле гетарилформазановых группировок. Количество закрепленных таким образом гетарилформазановых группировок составляет 0,0005-0,022 ммоль/г, что соответствует содержанию формазана в заявляемом составе 0,001-0,04 мас.%.
Заявляемый индикатор получают следующим образом.
Модифицированный триметиламмониевыми группировками силикагель для перевода в ОН- форму выдерживают в течение не менее одних суток при комнатной температуре в водном растворе едкого натра. Полученный силикагель промывают водой до нейтральной реакции промывных вод, высушивают в естественных условиях на фильтре. Полученный силикагель используют в качестве ингредиента заявляемого состава. Водно-этанольный раствор берут в избытке против заявляемого и смешивают с формазаном, взятым в указанном количестве - 0,001-0,04 мас.%. Полученный водно-этанольный раствор формазана смешивают с полученным силикагелем и выдерживают при нагревании до температуры не более 50°С при периодическом перемешивании вручную в течение не менее 1,5 часов. В результате введенный в водно-этанольный раствор указанный формазан количественно высаживается на силикагель. Окончание образования заявляемого состава определяют по изменению окраски от исходной белой до красной с λmах=395 нм. Полученный индикатор отфильтровывают и сушат при комнатной температуре не менее 1 суток и используют для определения ионов никеля (II).
В отличие от прототипа, где в качестве матрицы используется Silpearl UV 254, в заявляемом составе используется модифицированный триметиламмониевыми группировками силикагель, предварительно переведенный в ОН- форму, в прототипе в качестве органического реагента используют комплексное соединение 4-(2-пиридилазо)-2-нафтол с ионами Zn (II), тогда как в предлагаемом составе в качестве органического реагента - 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил)формазан в среде водно-этанольного раствора. Сравнение заявляемого состава с известными позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна», т.к. не обнаружено индикаторов, аналогичных по качественному и количественному составу предлагаемому по настоящему изобретению.
Предлагаемый состав соответствует критерию изобретательский уровень, т.к. в известных нам источниках информации не обнаружено совокупности существенных признаков, аналогичных заявляемому индикатору. Более того, использование заявляемого состава позволяет получить технический результат, который явным образом не следует из известных свойств входящих в заявляемый состав ингредиентов, - возможность экспресс-определения содержания ионов никеля (II) из рабочих растворов в отсутствии лабораторной базы с сохранением достоверности результатов анализа.
Заявляемый индикатор может быть получен из известных в науке и технике веществ с использованием известных приемов их смешения друг с другом. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого состава критерию «промышленная применимость».
Примеры конкретного выполнения.
ПОЛУЧЕНИЕ ЗАЯВЛЯЕМОГО ИНДИКАТОРА.
Модифицированную матрицу ДИАСОРБ-100-ТА массой 2 г выдерживают 24 ч при комнатной температуре в 0,1 н. растворе гидроксида натрия (NaOH) для перевода в
ОН- форму, затем отмывают водой до нейтральной реакции промывных вод и высушивают на фильтре при комнатной температуре. Подготовленный ДИАСОРБ-100-ТА подвергают взаимодействию с водно-этанольным раствором, взятым в соотношении этиловый спирт (С2Н5ОН):вода (Н2О) 1:1 и объемом 50 мл и 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил) формазаном с исходным содержанием формазановых группировок 0,0020 ммоль·г-1. Закрепление формазановых группировок осуществляют при нагревании до 50°С при периодическом перемешивании вручную в течение около 1,5 ч. В результате модификации указанного силикагеля указанным формазаном наблюдается изменение окраски указанного силикагеля (твердой фазы) от исходной белой до красной (λmax=395 нм). Твердую фазу отфильтровывают и сушат при комнатной температуре 1 сутки.
Состав для изготовления заявляемого индикатора, мас.%.: силикагель - 95,999; формазан - 0,004; водно-этанольный раствор - остальное, приведен в таблице 1 (пример №3). Аналогично получали заявляемые составы по примерам №1, №2, №4, №5, указанные в таблице 1. Получаемые составы представляют собой порошок, который может быть использован в виде порошка или в таблетированном виде.
Контрольные составы (примеры №6 и №7) получены аналогично заявляемым составам с соответствующим изменением концентрации входящих ингредиентов. Данные приведены в таблице 1.
ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЯВЛЯЕМОГО ИНДИКАТОРА.
Заявляемый состав индикатора, изготовленный по примеру №3, массой 0,1 г помещали в анализируемый модельный раствор объемом V=50 мл при рН 4,0÷6,0 с заданной концентрацией ионов Ni (II). В растворах с концентрацией ионов Ni (II) 30-300 мкг·мл-1 фиксировали изменение окраски заявляемого состава. В результате сорбции анализируемого раствора заявляемый состав изменяет свой цвет от красного (λmax=395 нм) до синего (λmax=605 нм, Δλ=210 нм). Разница в изменении цвета индикатора хорошо определяется визуально и позволяет сделать достоверный вывод о наличии/отсутствии ионов Ni (II) в анализируемом растворе, а также провести полуколичественное его определение по шкале сравнения. Изменение окраски индикатора измеряли с помощью спектрофотометра Specord M-40. Полученные данные приведены в таблице 2. В растворах с концентрацией Ni (II) ниже 30 мкг·мл-1 не наблюдалось визуального изменения окраски, либо изменение окраски носило спорный характер и требовало применения аппаратных методов измерения, что невозможно или затруднительно в отрыве от лабораторной базы. В растворах с концентрацией Ni (II) выше 300 мкг·мл-1 дальнейшего изменения окраски визуально не наблюдалось, что связано с насыщением индикатора ионами никеля (II).
Кроме того, определение ионов Ni (II) проводили в растворах, которые одновременно содержали пятикратный избыток ионов Со (II), а также ионы щелочных и щелочно-земельных металлов. Как показали наши исследования, ионы посторонних металлов не влияют на достоверность определения ионов Ni (II) в растворах.
Предлагаемый индикатор позволяет проводить определение ионов Ni (II) в отрыве от лабораторной базы из рабочих растворов в широком концентрационном интервале как в статических, так и в динамических условиях, например, в колонке. Использование заявляемого индикатора позволяет расширить арсенал индикаторов, упростить процесс качественного и полуколичественного определения ионов Ni (II), сократить длительность процесса определения, обеспечив достоверность получаемых результатов.
| Таблица 1 Состав индикатора |
|||||||
| Состав индикатора, мас.% | Примеры по изобретению | Контрольные примеры | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Заявляемый силикагель | 96,000 | 96,000 | 95,999 | 97,000 | 97,990 | 96,000 | 98,000 |
| Заявляемый формазан | 0,001 | 0,002 | 0,004 | 0,001 | 0,040 | 0,0009 | 0,041 |
| Водно-этанольный раствор | 3,999 | 3,998 | 3,997 | 2,999 | 1,970 | 3,9991 | 1,959 |
| Таблица 2 Определение ионов никеля (II) |
|||||||
| Концентрация ионов никеля (II), мкг·мл-1 | Оптическая плотность (А) | ||||||
| Примеры по изобретению | Контрольные примеры | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| 30 | 0,05 | 0,08 | 0,20 | 0,18 | 0,20 | 0,03 | 0,19 |
| 50 | 0,08 | 0,12 | 0,25 | 0,24 | 0,26 | 0,05 | 0,24 |
| 80 | 0,10 | 0,16 | 0,30 | 0,32 | 0,31 | 0,08 | 0,30 |
| 100 | 0,12 | 0,18 | 0,35 | 0,35 | 0,35 | 0,10 | 0,35 |
| 150 | 0,16 | 0,20 | 0,38 | 0,37 | 0,39 | 0,12 | 0,37 |
| 300 | 0,18 | 0,20 | 0,40 | 0,39 | 0,40 | 0,14 | 0,39 |
Индикатор для определения ионов никеля (II) в растворе, содержащий модифицированную матрицу на основе силикагеля и органический реагент, при этом в качестве модифицированной матрицы используют силикагель в ОН- форме, модифицированный триметиламмониевыми группировками, а в качестве органического реагента - 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил) формазан и, дополнительно, водно-этанольный раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| указанный силикагель | 95,999-97,990 |
| указанный органический реагент | 0,001-0,040 |
| водно-этанольный раствор | остальное |
