Способ определения n-метил-2-пирролидона методом инверсионной вольтамперометрии

Изобретение относится к анализу вредных органических соединений в водных объектах. Способ заключается в электрохимическом концентрировании N-метил-2-пирролидона на ртутно-пленочном электроде, причем концентрирование проводят в течение 60-300 с при потенциале электролиза -(0,05÷0,15) В на фоне этиленгликоля с добавкой тетрабутиламмония бромистого с последующей регистрацией катодных вольтамперных кривых при линейной развертке потенциала со скоростью 80 мВ/с и определяют концентрацию N-метил-2-пирролидона по высоте пика при значении потенциала -(0,25÷0,45) В относительно хлоридсеребряного электрода. Достигается повышение чувствительности и ускорение анализа.

 

Изобретение относится к области аналитической химии, к анализу вредных органических соединений в водных объектах методом инверсионной вольтамперометрии.

N-метил-пирролидон (N-МП) используется в промышленности как растворитель углеводородов нефти, синтетических смол, осветлитель нефтяных смазочных масел, диспергатор минеральных и органических пигментов в лакокрасочном производстве, интермедиат в производстве фармацевтических препаратов. При утечке он очень опасен для водных сред (http://chemindustry.ru/ms/chemicals/N-Methylpyrrolidone.php, Кнунянц И.Л. Химическая энциклопедия. - М.: Научное изд-во «Большая Российская энциклопедия», 1992. - Т. 3.)

Известен способ определения N-метил-2пирролидона в неводной среде газохроматографическим методом (ГОСТ 52532-2006, «Масла базовые. Газохроматографический метод определения N-метилпирролидона») на уровне концентраций 0,002% в маслах. Сущность метода заключается в экстрагировании N-метилпирролидона из образца продукта гептаном и водой с последующим хроматографическим исследованием водной вытяжки и сопоставлением площадей пиков N-метилпирролидона в искусственной смеси и испытуемой пробе. Недостатком является то, что газохроматографический метод подразумевает использование дорогостоящего оборудования, сложность в подготовке хроматографических колонок, сложную процедуру пробоподготовки и использование сорбента Хромосорб 103.

В водных средах известен способ определения N-метил-2 пирролидона методом потенциометрии под током по реакции осаждения вольфрамофосфорной кислотой (Богословский В.В., Пизелкин И.П. Потенциометрическое определение водорастворимых органических амидов с применением вольфрамофосфорной гетерополикислоты. // Журн. аналит. химии. - 2006. - Т. 61, №11. - С.1215-1217). Метод основан на потенциометрическом титровании с поляризованным микроплатиновым электродом в среде НСl раствором вольфрамофосфорной кислоты. Диапазон определяемых концентраций 0,4-65%. Недостатком данного метода является низкая чувствительность определения.

Наиболее близким к предлагаемому нами способу является инверсионно-вольтамперометрический способ определения корданума (патент РФ 2167418, G01N 27/48 от 1998.05.05), взятый за прототип. Вещество концентрируют на ртутно-пленочном электроде с серебряной подложкой при потенциале электролиза Еэ=(1,35-1,45) В на фоне 0,1-0,5 н. хлорида лития с добавлением 0,2·10^-4 г/мл сернокислого магния в течение 300 с с последующей регистрацией поляризационных кривых при линейной скорости развертки потенциала 20-50 мВ/с, а концентрацию препарата определяют по высоте волны в интервале потенциалов от -(0,9-1,0) В относительно хлорсеребряного электрода. Использование условий, приведенных в способе прототипа, делает невозможным применение данного способа для определения метилпирролидона в водных объектах. Предложенный способ заключается в том, что проводят электрохимическое накопление метилпирролидона на поверхности электрода с последующей регистрацией катодных вольтамперных кривых.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение чувствительности и экспрессности способа определения метилпирролидона в водных средах методом инверсионной вольтамперометрии.

Поставленная задача решается тем, что способ определения N-метил-2 пирролидона методом инверсионной вольтамперометрии включает электрохимическое концентрирование N-метил-2-пирролидона на ртутно-пленочном электроде, но в отличие от прототипа концентрирование проводят в течение 60-300 с при потенциале электролиза -(0,05÷0,15) В на фоне этиленгликоля в присутствии тетрабутиламмония бромистого (ТБАВr) с последующей регистрацией катодных вольтамперных кривых при линейной развертке потенциала со скоростью 80 мВ/с, а концентрацию N-метил-2-пирролидона определяют по высоте пика при значении потенциала -(0,25÷0,45) В относительно хлоридсеребряного электрода.

В предлагаемом способе определение метилпирролидона проводят на фоне этиленгликоля в присутствии ТБАВr. Фон ранее применялся при определении тяжелых металлов методом ИВА с УФ-облучением для удаления растворенного кислорода (Захарова Э.А., Мокроусов Г.М., Волкова В.Н., Лисецкий В.Н. Фотохимический способ устранения влияния влияния кислорода в полярографических методах анализа. / Журнал аналитической химии. 1983. Т.38. Вып.9. С.1584-1586). Отличительным признаком являются установленные условия электрохимического накопления: Еэ=-0,05÷-0,15 В. В прототипе диапазон потенциалов электролиза Еэ=-(1,35-1,45)В, который не позволяет накапливать метилпирролидон на индикаторном электроде.

Известно, что органические вещества способны образовывать с ртутью устойчивые комплексы или труднорастворимые соли. Это позволяет концентрировать их на ртутном электроде. В предлагаемом способе аналитический сигнал метилпирролидона тем выше, чем положительнее значение Еэ (Еэ>-0,05 В). К тому же, при отрицательных потенциалах накопления (Еэ≤-0,05 В) сигнал просто отсутствует. Поскольку аналитический сигнал метилпирролидона появляется только после выдерживания электрода при потенциалах, когда растворяется ртуть с поверхности электрода, то мы предположили, что он обусловлен образованием ртуть-органического соединения. Время электролитического накопления выбирают в зависимости от концентрации определяемого вещества. Важным для определения метилпирролидона методом инверсионной вольтамперометрии является способ очистки электрода. Способ очистки состоит из двух стадий:

1) десорбция органических веществ при отрицательных потенциалах (Е=-1,6 В);

2) растворение ртути (Е=0,05 В) при перемешивании раствора.

Общее время очистки электрода составляет 40-60 с.

Оптимально экспериментально установленным является Еоч=0,05 В. Наилучшим потенциалом накопления Еэ=-0,05 В, так как при данном потенциале происходит оптимальное для образования Hg-органического соединения выделение ионов Hg²⁺ из электрода. Установленные условия впервые позволили количественно определить метилпирролидон путем регистрации вольтамперных кривых при потенциалах

-0,05÷-0,15 В на фоне этиленгликоля в присутствии тетрабутиламмонийбромида. Нижняя граница определяемых содержаний МП равна 0,025 г/л. Все условия определения метилпирролидона подобраны экспериментально. Приготовление фоновых и стандартных растворов органического вещества в воде является общепринятым.

Пример 1. Определение метилпирролидона методом инверсионной вольтамперометрии в растворе

В кварцевый стаканчик емкостью 20 мл наливали 10 мл этиленгликоля (безводный), добавляли кристаллы сухого тетрабутиламмония бромистого. Раствор облучали УФО при перемешивании 300 с для удаления растворенного кислорода, и снимали вольтамперограмму фона при следующих условиях:

развертка - 80 мВ/с;

Е начала развертки - 0,05 В;

Е конца развертки - 1,50 В.

Затем вносили 0,025 мл раствора N-метилпирролидона с концентрацией 10 г/л и снимали вольтамперные кривые при указанных условиях. Время единичного анализа не превышает 15 минут. Установленные экспериментальные условия позволяют определить метилпирролидон методом инверсионной вольтамперометрии в водных объектах с чувствительностью не менее 0,025 г/л. Преимуществом заявленного изобретения является его высокая селективность и экспрессность.

Способ определения N-метил-2-пирролидона методом инверсионной вольтамперометрии, заключающийся в электрохимическом концентрировании N-метил-2-пирролидона на ртутно-пленочном электроде, отличающийся тем, что концентрирование проводят в течение 60-300 с при потенциале электролиза -(0,05÷0,15)В на фоне этиленгликоля с добавкой тетрабутиламмония бромистого с последующей регистрацией катодных вольтамперных кривых при линейной развертке потенциала со скоростью 80 мВ/с и определяют концентрацию N-метил-2-пирролидона по высоте пика при значении потенциала -(0,25÷0,45)В относительно хлоридсеребряного электрода.