Способ потенциометрического определения вещества



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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области аналитической химии и может найти применение при проведении анализов растворов на количественное определение органических веществ, в частности при определении фенолов в водных растворах, например воды, взятой из водоемов.

Изобретение относится к области аналитической химии и мембранных технологий и может быть использовано для потенциометрического определения ионного состава электромембранных систем.

Изобретение относится к потенциометрическим методам определения концентрации фторид-ионов в водной среде. .

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения массового содержания остаточных количеств полиоксиэтилированных неионогенных ПАВ в их сульфатированных производных.

Изобретение относится к способу и устройству для измерения способности к образованию осадка у текучих сред и эффективности ингибиторов осаждения. .

Изобретение относится к области физики статического электричества и может быть использовано в газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, а именно для определения концентрации ионов в объеме нефтепродуктов.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области мембранных технологий разделения и очистки веществ и может быть использовано для определения свойств селективной проницаемости ионообменных мембран.

Гигрометр // 2413935
Изобретение относится к области аналитического приборостроения

Изобретение относится к измерению концентрации субстрата посредством аккумулирования энергии, полученной из реакции между биокатализатором и субстратом, распознаваемым биокатализатором

Изобретение направлено на определение платины в водных растворах методом хронопотенциометрии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов. Способ определения ионов металлов включает определение платины (IV) методом хронопотенциометрии при контролируемом потенциале минус 0,24 B в режиме реального времени на графитовом электроде. Определение ионов платины (IV) на графитовом электроде в перемешиваемом растворе при контролируемом потенциале минус 0,24 B и регистрацией отклика на фоновом электролите 0,1 М HCl относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение обеспечивает возможность снизить предел и нижнюю границу определяемых содержаний платины (IV) по пику электровосстановления в режиме реального времени. 2 пр., 1 табл., 2 ил.

Изобретение направлено на определение золота в водных растворах методом хронопотенциометрии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов. Способ определения ионов металлов включает определение золота (III) методом хронопотенциометрии, при контролируемом потенциале минус 0,3 B в режиме реального времени на графитовом электроде. Определение проводят на графитовом электроде в перемешиваемом растворе на фоновом электролите 0,1 M HCl, относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение обеспечивает возможность снизить предел и нижнюю границу определяемых содержаний золота (III) по пику электровосстановления в режиме реального времени при контролируемом потенциале на графитовом электроде. 2 пр., 1 табл., 2 ил.

Изобретение направлено на повышение точности и упрощение конструкции кулонометрической установки с контролируемым потенциалом. Указанный результат достигается тем, что кулонометрическая установка с контролируемым потенциалом, содержащая потенциостат, задатчик потенциала, подключенный к первому входу потенциостата, трехэлектродную электролитическую ячейку, рабочий электрод, которой соединен с общим проводом потенциостата, электрод сравнения соединен со вторым входом потенциостата, а вспомогательный электрод соединен с выходом потенциостата, резисторный преобразователь ″ток-напряжение″, включенный между выходом потенциостата и вспомогательным электродом ячейки, первый и второй развязывающие резисторы, переключатели, интегратор напряжения, блоки регистрации и управления, дополнительно содержит операционный усилитель, переключатель полярности и сдвоенный переключатель с первой и второй группами переключающих контактов, при этом вход переключателя полярности через первый и второй развязывающие резисторы соединен с резисторным преобразователем ″ток-напряжение″, а выход - со входом и общим проводом операционного усилителя, выход которого соединен со входом интегратора напряжения, переключающий контакт первой группы сдвоенного переключателя подключен к выводу резисторного преобразователя ″ток-напряжение″, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты этой группы сдвоенного переключателя соединены соответственно со вспомогательным электродом электролитической ячейки и с общим проводом, переключающий контакт второй группы сдвоенного переключателя подключен ко второму входу потенциостата, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты этой группы переключателя соединены соответственно с электродом сравнения электролитической ячейки и с выходом потенциостата, а управляющие входы задатчика потенциала, сдвоенного переключателя, переключателя полярности, операционного усилителя, интегратора напряжения и блока регистрации соединены с соответствующими выходами блока управления. 5 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению. Кулонометрическая потенциостатическая установка, содержащая потенциостат, задатчик потенциала, подключенный к первому входу потенциостата, трехэлектродную электролитическую ячейку, рабочий электрод, которой соединен с общим проводом потенциостата, а электрод сравнения - со вторым входом потенциостата, резисторный преобразователь ″ток-напряжение″, включенный между выходом потенциостата и вспомогательным электродом ячейки, блок переключения полярности, подключенный к резисторному преобразователю ″ток-напряжение″, интегратор напряжения, выполненный по схеме интегрирующего преобразователя ″напряжение-частота″ с подключенным на его выходе счетчиком импульсов, блоки регистрации и управления, первый и второй развязывающие резисторы, первый и второй переключатели и эталонный резистор, причем вход и общий провод интегратора напряжения соединены с выходом блока переключения полярности соответственно через первый и второй развязывающие резисторы, а управляющие входы задатчика потенциала, блока переключения полярности, первого и второго переключателей, интегратора напряжения и блока регистрации соединены с соответствующими выходами блока управления. В установку дополнительно введено устройство контроля фонового тока, включающее третий и четвертый развязывающие резисторы и дополнительный интегрирующий преобразователь ″напряжение-частота″, вход и общий провод последнего через третий и четвертый развязывающие резисторы соединены с выходом блока переключения полярности, а выход соединен с блоком регистрации. Изобретение обеспечивает возможность упрощения конструкции потенциостатической кулонометрической установки, что позволило одновременно обеспечить проверку правильности хода процесса электролиза и измерение массы определяемого химического элемента. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в гидрометаллургии, в различных геологических разработках при поиске и разведке. Способ определения платины в руде методом хронопотенциометрии заключается в том, что платину (IV) переводят в раствор и проводят хронопотенциометрическое определение. При этом согласно изобретению платину (IV) переводят в растворе в фосфатный комплекс и проводят определение ионов платины (IV) на графитовом электроде в перемешиваемом растворе, при контролируемом потенциале минус 0,3 B и с регистрацией отклика на фоновом электролите 0,1 М H3PO4, относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение позволило существенно улучшить метрологические характеристики анализа платины (IV); повысить чувствительность определения до 0,0005 мг/дм3. 2 пр., 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для измерения объемной доли влаги (ОДВ) в газах. Способ стабилизации динамических характеристик кулонометрических гигрометров заключается в том, что в гигрометре с целью стабилизации динамических характеристик независимо от температуры окружающей среды используется кулонометрическая ячейка, в которой поддерживается постоянной температура сорбента с использованием общего электрода ячейки. Техническим результатом является стабилизация динамических характеристик кулонометрических гигрометров независимо от температуры окружающей среды. 1 ил., 1 табл.

Гигрометр // 2589516
Изобретение относится к области аналитического приборостроения, предназначено для измерения объемной доли влаги в газах, может быть использовано в гигрометрах, основанных на кулонометрическом методе измерения влажности. Гигрометр содержит датчик, включающий блок формирования потока со стабилизатором расхода газа, измерительный канал, в котором установлен кулонометрический чувствительный элемент, источник постоянного тока, измеритель тока электролиза. Для достижения технического результата включен дополнительный источник постоянного тока, который подключается к электродам кулонометрического чувствительного элемента с помощью контактов многопозиционного выключателя общего питания гигрометра. Технический результат заключается в сокращении времени подготовки гигрометра к работе. Данный гигрометр рекомендуется применять в технологиях с прерывистым циклом, имеющим большие перерывы в работе. Наиболее эффективно применение данного технического решения в переносном гигрометре. Это решение увеличивает ресурс основного источника питания, экономит анализируемый газ, гигрометр становится более оперативным и мобильным. 1 ил.
Наверх