Способ определения ионов свинца (ii) в растворе


 


Владельцы патента RU 2441232:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный лесотехнический университет (RU)

Изобретение предназначено для обнаружения и полуколичественного определения ионов свинца (II) в водных растворах и может использоваться для проведения экспресс-анализов проб вод природных водоемов и промышленных сточных вод в отрыве от лабораторной базы. Способ осуществляется путем сорбции ионов Рb (II) из анализируемого раствора на твердый носитель, в качестве которого используют тканевый носитель. Сорбцию ведут путем помещения тканевого носителя в анализируемый раствор с последующим отделением жидкой фазы и обработкой тканевого носителя органическим реагентом, взятым в количестве 0,032-0,158 мас.% от массы тканевого носителя. В качестве органического реагента используют 1-фенил-3-изопропил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазан в виде этанольного раствора. Обработанный тканевый носитель для стабилизации проявившейся окраски выдерживают на воздухе. Концентрацию ионов Рb (II) определяют визуально, сравнивая интенсивность окраски тканевого носителя с имитационной цветовой шкалой. Достигается расширение арсенала тест-средств при повышении чувствительности и сохранении достоверности результатов анализа. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение предназначено для обнаружения и полуколичественного определения ионов свинца (II) в водных растворах и может использоваться для проведения экспресс-анализов проб вод природных водоемов и промышленных сточных вод в отрыве от лабораторной базы.

Известен способ определения ионов свинца с помощью реактивной бумаги, пропитанной раствором, содержащим 10 мг дитизона, 0.5 мг тиомочевины, 6 г карбоната натрия и 1 г поливинилового спирта в 50 мл этанола и 50 мл воды. Перед анализом бумагу последовательно пропитывают указанными реагентами и высушивают. Определение ионов свинца проводят способом погружения готовой реактивной бумаги в анализируемый раствор, после чего сравнивают окраску матрицы с готовой цветовой шкалой и находят по ней концентрацию металла. Чувствительность определения составляет 0,5 мг/дм3 (Золотов Ю.А., Иванов В.М., Амелин В.Г. Химические тест-методы анализа. УРСС. Москва. 2002 г. С.186).

Известный способ характеризуется многокомпонентностью, трудностью и длительностью подготовительного периода. Кроме того, чувствительность анализа невысока, а процесс модификации бумаги требует лабораторных условий.

Известен способ определения свинца с помощью индикаторной трубки. В основу метода положена цветная реакция свинца с родизонатом натрия в растворе и сорбция образовавшегося окрашенного соединения в индикаторной трубке. Для определения 10-80 мг/дм3 свинца к 2 см3 анализируемого раствора прибавляют раствор родизоната натрия, раствор тартратного буферного раствора с pH 3,6-3,8 и перемешивают. Полученный окрашенный раствор пропускают с помощью медицинского шприца через индикаторную трубку. Измеряют длину окрашенной в фиолетово-розовый цвет зоны и определяют содержание свинца с помощью шкалы длин (Золотов Ю.А., Иванов В.М., Амелин В.Г. Химические тест-методы анализа. УРСС. Москва. 2002 г. С.187).

Известный способ позволяет провести полуколичественный анализ ионов свинца в водном растворе в узком диапазоне рН, при этом характеризуется многокомпонентностью и низкой чувствительностью аналитической реакции.

Известен способ определения ионов свинца с помощью фильтровальной бумаги, при котором фильтровальную бумагу замачивают в 0,04 М растворе сульфата цинка, высушивают и замачивают в 0,04 M растворе сульфида натрия, осаждая на бумаге ZnS. При пропускании через модифицированную вышеуказанным способом фильтровальную бумагу 20 см3 анализируемого раствора наблюдается появление темно-коричневой окраски, интенсивность которой пропорциональна концентрации ионов свинца в анализируемом растворе. Определение 0,01-1 мг/дм3 свинца проводят в 0,05-0,1 M NaOH при пропускании 20 см3 анализируемого раствора через модифицированную фильтровальную бумагу. Для задерживания гидроксидов в тест-устройстве используют прокладку из фильтровальной бумаги (Золотов Ю.А., Иванов В.М., Амелин В.Г. Химические тест-методы анализа. УРСС. Москва. 2002 г. С.188).

Известный способ определения ионов свинца характеризуется хорошей чувствительностью, но использование непрочной на прорыв фильтровальной бумаги создает трудности при пропускании через нее анализируемого раствора. Кроме того, данный способ осложнен длительностью модификации фильтровальной бумаги в условиях лабораторной базы, а также дополнительными операциями по задерживанию гидроксидов при анализе.

Наиболее близким к предлагаемому является способ для определения ионов свинца (патент RU №2218563, 2003) на модифицированной матрице с использованием органического реагента - водного раствора 4-(2-пирилидазо)резорцина в концентрации 0,08-0,20 мас.% с водным раствором ацетата аммония, при этом в качестве модифицированной матрицы используют индикаторную пластину в виде носителя с капиллярными свойствами, например фильтровальной бумаги, пластину пропитывают индикаторным составом.

Известный способ обеспечивает определение ионов свинца в водных растворах, но недостаточно чувствителен при низких концентрациях ионов свинца в растворах, а также не обеспечивает возможности полуколичественного его определения.

Задачей изобретения является расширение арсенала тест-средств, повышение чувствительности определения ионов свинца в пробах вод природных водоемов и промышленных сточных вод в отрыве от лабораторной базы при сохранении достоверности результатов анализа.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ состоит в сорбции ионов Pb (II) из анализируемого раствора на твердый носитель, в качестве которого используют тканевый носитель. Сорбцию ведут путем помещения тканевого носителя в анализируемый раствор с последующим отделением жидкой фазы и обработкой тканевого носителя органическим реагентом, взятым в количестве 0,032-0,158 мас.% от массы тканевого носителя. В качестве органического реагента используют 1-фенил-3-изопропил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазан в виде этанольного раствора. Обработанный тканевый носитель для стабилизации проявившейся окраски выдерживают на воздухе. Концентрацию ионов Pb (II) определяют визуально, сравнивая интенсивность окраски тканевого носителя с имитационной цветовой шкалой.

Для обеспечения дополнительного результата, связанного с достоверным полуколичественным определением содержания ионов свинца (II), процесс сорбции ведут в течение не менее 3 минут при соотношении массы тканевого носителя к массе анализируемого раствора=0,072÷0,088, при этом 1-фенил-3-изопропил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазан используют в виде этанольного раствора концентрации 4·10-6-20·10-6 М, а после нанесения этанольного раствора указанного формазана тканевый носитель выдерживают на воздухе не менее 5 минут.

В качестве тканевого носителя преимущественно используют хлопчатобумажные ткани с содержанием целлюлозы по массе не менее 80% без красителя. Например, может быть использована бязевая ткань ГОСТ 20272-98 (целлюлоза - 90%, лигнин, пектиновые вещества - 10%).

В качестве органического реагента используют 1-фенил-3-изопропил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазан, имеющий следующее строение:

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

В колбы емкостью 100 см3 помещают 25 см3 анализируемого раствора, содержащего ионы Pb (II) с концентрацией 0,01-0,8 мг/дм3, и готовый бязевый диск с массой (20,0±0,2) мг, обеспечивая массовое соотношение бязевый диск : анализируемый раствор (1,0±0,1):(1250±50) соответственно, смесь встряхивают вручную в течение не менее 3 мин. Затем контактный раствор сливают, придерживая диск бязи стеклянной палочкой, и наносят с помощью дозатора реагент, в качестве которого используют 1-фенил-3-изопропил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазан в виде этанольного раствора с концентрацией 4·10-6-20·10-6 M. Реагент вводят в количестве 0,032-0,158 мас.% (от массы тканевого носителя). Контроль реакции осуществляют визуально после выдерживания тканевого носителя на воздухе в течение не менее 5 минут для стабилизации интенсивности окраски. Тканевый носитель, насыщенный ионами Pb (II), имея белую окраску, после нанесения на него раствора формазана окрашивается в сиреневый цвет (λmax=525 нм). По интенсивности окрашивания диска определяют концентрацию ионов данного металла в растворе, сравнивая окраску с имитационной цветовой шкалой, приготовленной заранее. Предел обнаружения Pb (II) составляет 0,005 мг/дм3.

Формализация результатов визуального анализа проводится с помощью метода спектроскопии диффузного отражения с использованием функции Кубелки-Мунка [Kubelka P. Ein Beitrag zur Optik der Farbanstriche / P.Kubelka, F.Munk // Z.Tech. Phys. - 1931. - Bd. 12. - S.593-601], рассчитываемой no формуле: F(R)=(1-R)2/2R, где R - коэффициент диффузного отражения, измеренный относительно тканевого диска.

Примеры конкретного выполнения

Реализация заявляемого способа определения ионов свинца (II).

В колбы емкостью 100 см3 помещают 25 см3 анализируемого раствора, содержащего ионы Pb (II) с концентрацией 0,01-0,8 мг/дм3, и готовый диск бязи с массой 20,0±0,2 мг, смесь встряхивают вручную в течение не менее 3 мин (пример №3, табл.2). Затем контактный раствор сливают, придерживая диск бязи стеклянной палочкой, и наносят с помощью дозатора реагент, в качестве которого используют 1-фенил-3-изопропил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазан в виде этанольного раствора с концентрацией 16·10-6 M. Контроль реакции осуществляют визуально после выдерживания тканевого носителя на воздухе в течение не менее 5 минут для стабилизации интенсивности окраски на открытом воздухе в температурном диапазоне от 5 до 30°C. По интенсивности окрашивания диска определяют концентрацию ионов данного металла в растворе, сравнивая интенсивность окраски с имитационной цветовой шкалой, приготовленной заранее. Разница в изменении цвета бязевого диска хорошо определяется визуально и позволяет сделать достоверный вывод о наличии/отсутствии ионов Pb (II) в анализируемом растворе, а также провести полуколичественное его определение по шкале сравнения.

Формализация результатов визуального анализа проводилась с помощью метода спектроскопии диффузного отражения с использованием функции Кубелки-Мунка. Максимальная оптическая плотность (A), которая соответствует максимальной интенсивности окраски матрицы после нанесения на нее раствора формазана, равна 0.18, 0.20, 0.31, 0.38, 0.53, 0.61, 0.70 при концентрациях ионов Pb (II) в указанном диапазоне, представлена в таблице 1 примером №3. Аналогично проводили анализ по примерам №1, №2, №4, №5, указанным в таблице 1.

Контрольные примеры заявляемого способа (примеры №6 и №7) получены аналогично заявленному способу с соответствующим изменением количества органического реагента и тканевого носителя. Данные приведены в таблице 1.

В растворах с концентрацией свинца Pb (II) ниже 0,01 мг/дм3 не наблюдалось визуального изменения окраски либо изменение окраски носило спорный характер и требовало применения инструментального метода, что затруднительно в отрыве от лабораторной базы. В растворах с концентрацией свинца Pb (II) выше 0,8 мг/дм3 дальнейшего изменения окраски не наблюдалось, что связано с насыщением матрицы ионами свинца (табл.1).

Кроме того, определение ионов свинца Pb (II) проводили в растворах, содержащих одновременно пятикратные массовые избытки ионов кобальта (II), кадмия (II), никеля (II), цинка, а также NO3-, Cl-, CH3COO-. Как показали исследования, ионы посторонних металлов не влияют на достоверность определения содержания ионов свинца с концентрацией Pb (II) в растворах заявляемым способом (табл.2).

Как видно из представленных данных, при массовом соотношении твердая фаза (тканевый носитель): жидкая фаза (анализируемый раствор) за пределами граничных значений (0,072; 0,088) обеспечивается проведение достоверного качественного анализа ионов свинца (II), но достоверно определить их количественное содержание в растворе представляется проблемной задачей. Это связано с тем, что ниже нижней границы недостоверность результатов количественного анализа связана с повышенной концентрацией ионов свинца Pb (II), приходящейся на единицу массы тканевого носителя и, соответственно, повышенной интенсивностью окраски, тогда как при соотношении выше верхнего предела окраска размывается, т.е. интенсивность окраски ниже, чем могла бы быть при заявленном соотношении тканевый носитель : анализируемый раствор.

При проведении заявляемого способа с использованием указанного формазана в растворе этанола с концентрационными значениями, выходящими за пределы 4·10-6-20·10-6 M, обеспечивается достоверный качественный анализ, но из-за возможного непроявления требуемой интенсивности окраски представляется сомнительным получение достоверных данных по количественному содержанию ионов свинца Pb (II). Аналогичным образом влияет на количественное определение ионов свинца Pb (II) время сорбции на тканевый носитель ионов свинца из анализируемого раствора, а также время выдерживания тканевого носителя на воздухе после обработки его реагентом.

Предлагаемый способ позволяет проводить определение содержания ионов свинца Pb (II) в пробах вод природных водоемов и промышленных сточных вод в концентрационном диапазоне 0,01-0,80 мг/дм3 в отрыве от лабораторной базы с высокой чувствительностью аналитического эффекта - предел обнаружения ионов свинца Pb (II) составляет 0,005 мг/дм3. Использование заявленного способа позволяет расширить арсенал известных способов и упростить процесс качественного определения ионов свинца, обеспечив достоверность получаемых результатов, а также позволяет провести полуколичественное определение ионов свинца, обеспечивая простоту и надежность определения.

Таблица 1
Показатели По изобретению Контрольное значение
1 2 3 4 5 6 7
Соотношение формазан: тканевый носитель, мас.% 0,032 0,064 0,096 0,128 0,158 0,025 0,170
Значение оптической плотности (A) для различных концентраций ионов свинца (II)
0,01 0,10 0,16 0,18 0,18 0,18 0,20 0,10
0,05 0,15 0,18 0,20 0,20 0,20 0,30 0,12
0,10 0,25 0,28 0,31 0,30 0,32 0,30 0,16
0,20 0,34 0,36 0,38 0,36 0,38 0,50 0,25
0,40 0,50 0,52 0,53 0,50 0,53 0,60 0,48
0,60 0,58 0,60 0,61 0,60 0,61 0,70 0,48
0,80 0,66 0,66 0,70 0,68 0,70 0,70 0,60
Насыщение 0,66 0,66 0,70 0,68 0,70 0,70 0,60
Таблица 2
Условия По изобретению Контрольное значение
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5 6 7 8
Соотношение тканевый носитель : масса анализируемого раствора, мас.% 0,072 0,077 0,080 0,083 0,088 0,06 0,120
Зависимость A от концентрации формазана (содержание ионов Pb (II) 0,01 мг/дм3)
4·10-6 0,14 0,16 0,18 0,18 0,18 0,18 0,10
16·10-6 0,16 0,16 0,18 0,18 0,18 0,18 0,12
20·10-6 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,14
Зависимость A от времени сорбции (содержание ионов Pb (II) 0,01 мг/дм3)
1 мин 0,10 0,12 0,14 0,14 0,16 0,16 0,10
2 мин 0,14 0,14 0,14 0,14 0,16 0,18 0,12
3 мин 0,14 0,16 0,18 0,16 0,16 0,18 0,14
5 мин 0,16 0,18 0,18 0,18 0,18 0,20 0,14
Зависимость A от времени проявления окраски (содержание ионов Pb (II) 0,01 мг/дм3)
2 мин 0,10 0,12 0,12 0,14 0,16 0,16 0,12
4 мин 0,12 0,14 0,14 0,16 0,16 0,16 0,14
5 мин 0,14 0,16 0,18 0,18 0,18 0,16 0,14
10 мин 0,16 0,16 0,18 0,18 0,18 0,18 0,14
Зависимость A от температуры воздуха (°C) (содержание ионов Pb (II) 0,01 мг/дм3)
5 0,14 0,14 0,18 0,18 0,18 0,16 0,12
10 0,14 0,16 0,18 0,18 0,18 0,16 0,14
30 0,14 0,18 0,18 0,18 0,18 0,20 0,14
Зависимость A от содержания анионов (содержание ионов Pb (II) 0,01 мг/дм3)
NO3- 0,14 0,16 0,18 0,16 0,18 0,16 0,12
Cl- 0,14 0,16 0,18 0,18 0,18 0,16 0,13
CH3COO- 0,14 0,16 0,18 0,16 0,16 0,16 0,12

1. Способ определения ионов свинца (II) в растворе путем сорбции на твердом носителе, обработкой твердого носителя реагентом с последующим сравнением приобретенной окраски с имитационной шкалой, отличающийся тем, что в качестве твердого носителя используют тканевый носитель, сорбцию ведут, помещая тканевый носитель в анализируемый раствор, по окончании сорбции анализируемый раствор отделяют, а тканевый носитель обрабатывают реагентом, в качестве которого используют 1-фенил-3-изопропил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазан, взятый в количестве 0,032-0,158% от массы тканевого носителя, при этом сравнение интенсивности окраски тканевого носителя с имитационной шкалой ведут после выдерживания обработанного тканевого носителя на воздухе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тканевого носителя используют бязь.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сорбцию на тканевый носитель ведут в течение не менее 3 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сорбцию на тканевый носитель ведут при массовом отношении тканевого носителя к анализируемому раствору 0,072-0,088.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что 1-фенил-3-изопропил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазан используют в виде его этанольного раствора концентрации 4·10-6-20·10-6 М.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдерживание обработанного тканевого носителя на воздухе ведут в течение не менее 5 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аналитической химии платиновых металлов применительно к анализу технологических растворов. .

Изобретение относится к области дезинфекции, в частности для экспресс-обнаружения действующего вещества дезинфектантов на поверхностях объектов. .

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к методам определения кобальта (II), и может быть использовано при его определении в природных и питьевых водах, в технологических растворах, а также в фармацевтических препаратах.
Изобретение относится к аналитической химии элементов применительно к анализу геологических и промышленных материалов, а также - технологических растворов и техногенных вод.

Изобретение относится к устройствам для экспресс-анализа веществ с помощью иммобилизованных химических индикаторов на твердофазных носителях и может быть использовано в лабораторной практике и полевых условиях для экспрессного определения неорганических ионов и органических веществ в окружающей среде, технологических объектах, организмах.
Изобретение относится к контролю качества автомобильного бензина. .
Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть рекомендовано для анализа очищенных сточных вод производства красителей. .

Изобретение относится к фотометрическому анализу применительно к определению содержания эрбия (III) в очень малой концентрации. .

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для количественного определения лекарственных веществ - тиоктовой кислоты, пиритинола и пробукола - в фармакопейных препаратах.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к органическому анализу, и может быть использовано при разработке процессов выделения, разделения и определения витаминов в водном растворе.

Изобретение относится к области исследований показателей качества материалов и изделий, а именно к созданию экспериментального способа оценки защитных свойств фильтрующе-поглощающих коробок средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Изобретение относится к медицине и описывает способ количественного определения сульфамидных препаратов в таблетках путем обработки анализируемой пробы растворами соляной кислоты, нитрита натрия с последующим фотометрированием полученного раствора, причем анализируемую пробу дополнительно обрабатывают раствором хромотроповой кислоты в присутствии карбоната натрия, измеряют оптическую плотность полученного раствора при длине волны 530 нм относительно воды и определяют количество исследуемого вещества с помощью градуировочного графика.

Изобретение относится к аналитической химии применительно к определению железа (II) в очень малых концентрациях. .

Изобретение относится к аналитической химии применительно к определению медпрепарата амиодарона в процессе производства и при медико-биологических исследованиях.

Изобретение относится к определению редуцирующих веществ и может быть использовано в кондитерском, карамельном и сахаропаточном производстве
Наверх