Способ потенциометрического определения вещества
Владельцы патента RU 2413211:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам потенциометрического определения веществ с использованием двух стандартных добавок определяемого вещества к анализируемому раствору этого вещества, и может быть использовано при анализе объектов со сложной матрицей, а также при наличии в пробе примесей неконтролируемого (переменного) содержания. Сущность изобретения: в способе потенциометрического определения вещества с использованием двух добавок стандартного раствора определяемого вещества к анализируемому раствору этого вещества и измерения потенциалов анализируемого раствора до и после внесения добавок, объемы двух последовательных добавок отмеряют так, чтобы на каждом шаге внесения добавки потенциал анализируемого раствора увеличивался бы на наперед заданную и одинаковую величину. Концентрацию определяемого вещества вычисляют по представленной формуле. Такой алгоритм внесения добавок обеспечивает простоту вычислений при обработке результатов измерений и повышает качество анализа. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам потенциометрического определения веществ с использованием двух стандартных добавок определяемого вещества к анализируемому раствору этого вещества, и может быть использовано при анализе объектов со сложной матрицей, а также при наличии в пробе примесей неконтролируемого (переменного) содержания.
Из уровня техники известен способ потенциометрического определения вещества с использованием двух добавок стандартного раствора определяемого вещества к анализируемому раствору этого вещества, согласно которому объем первой и объем второй добавки задают одинаковыми, а неизвестную концентрацию вещества находят по результатам измерений трех потенциалов: потенциала анализируемого раствора без добавок, потенциала этого раствора после внесения первой добавки и потенциала раствора после введения второй добавки (Brand M.J.D., Rechnitz G.A. Analytical Chemystry, 1970. V.42, №11, SEPTEMBER P.1172).
Недостатками прототипа являются, во-первых, низкая точность анализа и, во-вторых, сложность и нестрогость обработки результатов измерений. Низкое качество анализа обусловлено тем, что неизвестную концентрацию вычисляют методом последовательных приближений, а это требует предварительной оценки искомого содержания. Предварительную оценку затем уточняют численными методами, при том условии, что итерационный процесс сходится. Вероятностный характер сходимости порождает еще один недостаток известного способа - его невысокую надежность.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении качества анализа, а также в упрощении процедуры обработки результатов измерений.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе потенциометрического определения вещества с использованием двух добавок стандартного раствора определяемого вещества к анализируемому раствору этого вещества, включающего измерение потенциалов анализируемого раствора до и после внесения добавок, согласно изобретению объем первой, а затем объем второй добавки вносят и измеряют, контролируя приращение потенциала на каждом шаге внесения добавки на заданную и одинаковую величину, а концентрацию определяемого вещества вычисляют по формуле
где r=(1+V1/VA)2/(1+V2/VA);
cА - концентрация определяемого вещества в анализируемом растворе,
VA - объем анализируемого раствора.
сст - концентрация стандартного раствора,
V1 - объем первой добавки,
V2 - объем второй добавки.
Если разведением анализируемого раствора за счет внесения добавок пренебрегают, т.е. полагают, что r=1, обработку результатов проводят по формуле:
Существенные отличия заявляемого способа от известного заключаются в том, что в ходе анализа контролируют не объемы добавок, а приращения потенциала анализируемого раствора, а также в том, что измеряемыми величинами являются объемы стандартного раствора, а не потенциалы анализируемого раствора. Введение названных выше существенных отличий позволяет находить неизвестную концентрацию вещества по уравнениям (1)-(2) простыми вычислениями, тогда как по способу прототипа требуются сложные численные расчеты.
Ниже приведены конкретные примеры осуществления заявленного способа в его сравнении со способом прототипа.
Пример 1
Определение фторида в смешанном растворе с известным содержанием 0,1 ммоль/дм3 фторида, 0,4 ммоль/дм3 алюминия, 0,2 моль/дм3 сульфата цинка, 0,1 моль/дм3 цитратного буфера с рН=4,5÷6 осуществляют по способу прототипа (первая серия опытов) и по заявляемому способу (вторая серия опытов). Каждая серия опытов включает по пять параллельных определений.
Подготавливают к работе ионометрический анализатор жидкости «Эксперт-001-1» в соответствии с нормативной документацией к прибору. Вводят в рабочее состояние индикаторный и сравнительный электроды согласно их сертификатам.
В измерительный стакан помещают 100 см3 анализируемого раствора. Погружают в раствор потенциометрический датчик, составленный из фторидселективного электрода ЭF-VI и хлорсеребряного электрода сравнения ЭСр-101101. Измеряют потенциал индикаторного электрода E1. Вносят в анализируемый раствор из микробюретки, минимальная цена деления которой 0,02 см3, сначала одну, а затем вторую добавку 0,01 моль/дм3 стандартного раствора фторида натрия по алгоритму прототипа или по заявленному алгоритму. В первой серии опытов объем первой и объем второй добавки задают одинаковыми и равными 1,00 см3, а неизвестную концентрацию вещества находят по результатам измерений трех потенциалов: потенциала анализируемого раствора без добавок E1, потенциала этого раствора после внесения первой добавки E2 и потенциала раствора после введения второй добавки Е3. Во второй серии титрант добавляют в количестве V1 так, чтобы потенциал раствора принял значение E2=E1-20 мВ. Объем второй добавки V2 задают таким, чтобы потенциал анализируемого раствора принял значение Е3=E1-40 мВ. Другими словами, измеряют V1 и V2 при постоянном приращении потенциала ΔЕ=-20 мВ, тогда как в первой серии опытов измеряют E1, Е2 и Е3 при заданном и постоянном объеме добавки. Все измерения выполняют при комнатной температуре в пятикратной повторности. Содержание фторида в анализируемом растворе согласно заявленному способу вычисляют по уравнению (1). Результаты измерения потенциалов E1, Е2 и Е3 в первой серии опытов обрабатывают по формулам прототипа. Результаты анализа и их статистическая обработка приведены в таблице 1.
| Таблица 1. Сравнение метрологических характеристик заявленного способа и способа прототипа при определении фторида |
|||
| Способ | Найдено, ммоль/дм3 (n=5, Р=0,95) | δr, % | sr, % |
| прототип | 0,104±0,027 | 4 | 9,4 |
| заявленный | 0,101±0,011 | 1 | 3,2 |
| δr - относительная систематическая погрешность; | |||
| sr - относительное стандартное отклонение. |
Пример 2
Определение ионов меди(II) в растворе, содержащем 0,1 ммоль/дм3 меди и 0,1 моль/дм3 нитрата калия осуществляют по способу прототипа (первая серия опытов) и по заявленному способу (вторая серия опытов). Каждая серия опытов включает по пять параллельных определений.
Подготавливают к работе ионометрический анализатор жидкости «Эксперт-001-1» в соответствии с нормативной документацией к прибору. Вводят в рабочее состояние индикаторный и сравнительные электроды согласно их сертификатам.
В измерительный стакан помещают 100 см3 анализируемого раствора. Погружают в раствор потенциометрический датчик, составленный из медьселективного электрода ХС-Cu-01 и хлорсеребряного электрода сравнения ЭСр-101101. Измеряют потенциал индикаторного электрода E1. Вносят в анализируемый раствор из микробюретки, минимальная цена деления которой 0,02 см3, сначала одну, а затем вторую добавку 0,01 моль/дм3 стандартного раствора сульфата меди по алгоритму прототипа или по заявленному алгоритму. В первой серии опытов объем первой и объем второй добавки задают одинаковыми и равными 1,00 см3, а неизвестную концентрацию вещества находят по результатам измерений трех потенциалов: потенциала анализируемого раствора без добавок E1, потенциала этого раствора после внесения первой добавки Е2 и потенциала раствора после введения второй добавки Е3. Во второй серии титрант добавляют в количестве V1 так, чтобы потенциал раствора принял значение E2=E1+10 мВ. Объем второй добавки V2 задают таким, чтобы потенциал анализируемого раствора принял значение Е3=E1+20 мВ. Другими словами, измеряют V1 и V2 при постоянном приращении потенциала ΔЕ=10 мВ, тогда как в первой серии опытов измеряют E1, Е2 и Е3 при заданном и постоянном объеме добавки. Все измерения выполняют при комнатной температуре в пятикратной повторности. Содержание фторида в анализируемом растворе согласно заявленному способу вычисляют по уравнению (1). Результаты измерения потенциалов E1, Е2 и Е3 в первой серии опытов обрабатывают по формулам прототипа. Результаты анализа и их статистическая обработка приведены в таблице 2.
| Таблица 2. Сравнение метрологических характеристик заявленного способа и способа прототипа при определении ионов меди |
|||
| Способ | Найдено, ммоль/дм3 (n=5, Р=0,95) | δr, % | sr, % |
| прототип | 0,101±0,11 | 1 | 39 |
| заявленный | 0,101±0,019 | 1 | 5,7 |
| δr - относительная систематическая погрешность; | |||
| sr - относительное стандартное отклонение отдельного измерения. |
Из сравнения метрологических характеристик заявленного способа и способа прототипа в табл.1 и табл.2 видно, что как заявленный способ, так и способ прототипа дают несмещенные оценки действительного содержания анализируемого вещества, однако случайная составляющая погрешности анализа по способу прототипа существенно выше. Более того, при определении двухзарядных ионов, см. табл.2, случайная составляющая погрешности известного способа может достигать уровня, при котором количественные определения становятся невозможными. Лучшее качество анализа по заявленному способу можно объяснить, с одной стороны, тем, что результат анализа здесь формируется при измерении только двух величин (V1 и V2), а по известному способу для получения результата необходимо измерить три значения потенциала (E1, Е2 и Е3). Существенным фактором повышения качества анализа является также более простая математическая структура вычислений по заявленному способу. Таким образом, поставленная техническая задача, заключающаяся в повышении качества, а также в упрощении процедуры обработки результатов потенциометрического анализа с использованием двух добавок достигается за счет изменения алгоритма внесения стандартных добавок определяемого вещества в анализируемый раствор этого вещества.
Изобретение может быть применено при анализе объектов окружающей среды, медико-биологических анализах, анализе пищевых продуктов, а также при контроле технологических растворов разнообразных производств. В частности, изобретение может быть использовано при разработке программного обеспечения для сопряженных с ЭВМ приборов потенциометрического анализа. При этом наибольший эффект можно ожидать при использовании данного алгоритма для автоматических титропроцессоров.
1. Способ потенциометрического определения вещества с использованием двух добавок стандартного раствора определяемого вещества к анализируемому раствору этого вещества, включающий измерение потенциалов анализируемого раствора до и после внесения добавок, отличающийся тем, что объем первой, а затем объем второй добавки вносят и измеряют, контролируя приращение потенциала на каждом шаге внесения добавки на заданную и одинаковую величину, а концентрацию определяемого вещества вычисляют по формуле:
где r=(1+V1/VA)2/(1+V2/VA);
СА - концентрация определяемого вещества в анализируемом растворе;
VA - объем анализируемого раствора;
cст - концентрация стандартного раствора;
V1 - объем первой добавки;
V2 - объем второй добавки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при условии r=1 концентрацию определяемого вещества вычисляют по формуле:
где r=(1+V1/VA)2/(1+V2/VA);
CA - концентрация определяемого вещества в анализируемом растворе;
VA - объем анализируемого раствора;
cст - концентрация стандартного раствора;
V1 - объем первой добавки;
V2 - объем второй добавки.
