Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения au2bi



Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения au2bi
Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения au2bi

 


Владельцы патента RU 2478944:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов. Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения Au2Bi, согласно изобретению заключающийся в том, что висмут (III) переводят из пробы в раствор и проводят вольтамерометрическое определение, отличающийся тем, что проводят накопление висмута на импрегнированном полиэтиленом графитовых электродах в перемешиваемом растворе в присутствии ионов золота, в течение 60-120 с последующей регистрацией пиков селективного электроокисления висмута (III) из интерметаллического соединения Au2Bi, при скорости развертки потенциала 60-100 мВ/с и потенциалах электролиза от -0,3 до -1,1 В, на фонах: 0,5-1,0 М HNO3 или 0,5-1,0 М HCl, концентрацию ионов висмута (III) определяют по величине площадей под вольтамперными кривыми в диапазоне потенциалов от +0,05 до +0,20 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Техническим результатом изобретения является определение висмута в водных растворах методом ИВА. 2 ил., 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания ионов металлов для определения в питьевых и природных водах, технических сливах методом инверсионной вольтамперометрии (ИВА).

Известен метод определения Bi, в котором в качестве фона предложена смесь 0,1 М тартрата натрия + 0,05 М уксусная кислота + 0,05 М ацетат натрия с pH=4,75, дающая возможность определять висмут в количестве 1 мг/мл. На этом фоне потенциал полуволны Bi равен -0,27 В [Крюкова Т.А, Синякова С.И., Арефьева Т.В. Полярографический анализ. - М.: Гос. науч.-тех.: Хим. лит. - 1959. - 772 с.]. Недостатком методики является использование многосоставного фона с определенным значением pH. Низкая чувствительность для определяемых содержаний висмута и использование в методе полярографии металлической ртути.

Известен метод определения Bi на ртутно-пленочном электроде, электродом сравнения служил нас. каломельный электрод. Пленку наносили электролитически в насыщенном растворе Hg2(NO3)2 в течение 2 мин при токе 1 мА. Фон 0,2 М HCl, время электролиза 20 мин, Eнак=-1,1 В. Погрешность определения концентрации висмута порядка 10 моль/л не превышает 25% [Каменев А.И., Виноградова Е.И. О воспроизводимости определения висмута на пленочном электроде в методе амальгамной полярографии с накоплением. // Журнал аналитической химии. - 1966. - Т.21, вып.3, С.320-322]. Недостаток метода - низкая чувствительность для определяемых содержаний висмута и использование в методе солей ртути.

Известен способ определения Bi на ртутно-графитовом электроде. Электродом сравнения служил нас.к.э. Полярограммы снимали при скорости изменения потенциала 200 мВ/мин, минимально определяемая концентрация висмута 1·10-8 мг/мл при времени электролиза 2 мин и потенциале -1,0 В, затем потенциал снижали до -0,6 В и вели электролиз 15 мин. Потенциал пика при данных условиях равен -0,2 В [Мальков Е.М., Федосеева А.Г., Стромберг А.Г. Определение нанограммовых количеств сурьмы и висмута методом амальгамной полярографии с накоплением после их экстракционного разделения. // Журнал аналитической химии. - 1970 - Т.25 - вып.9 - с.1748-1751]. Недостатком способа является длительность электролиза, использование ртути и ее солей.

Известен метод определения Bi на дисковом микроэлектроде, изготовленном из графита, пропитанного эпоксидной смолой ЭД-6 с полиэтиленполиамином. Электродом сравнения служил нас. каломельный. Применяли 0,5; 1,0 и 3,0 М растворы HCl. Eэ=-0,5 В, время электролиза 5 мин, Emax=-0,2 В, скорость развертки 125 мВ/с. Зависимость максимума тока электрохимического окисления висмута от концентрации ионов металла в растворе сохраняет пропорциональный характер в интервале концентраций 1·10-9-1-10-7 г-ион/л [Брайнина X.3., Нейман Е.Я., Трухачева Л.Н. Инверсионная вольтамперометрия висмута. // Завод. лаб. - 1972. Т.38, №1. - С.12-16]. Недостатком предложенного метода является изготовление дискового микроэлектрода, для которого возможно только электрохимическое обновление поверхности, часто не дающее полной чистоты фона, а так же использование солей ртути.

Известен способ определения висмута методом анодной инверсионной дифференциальной импульсной вольтамперометрии на висячей ртутной капле, электродом сравнения служил хлоридсеребряный, вспомогательным - платиновый электрод. Предварительное концентрирование проводят путем сорбции комплекса висмута (III) с 2-(5-бром-2-пиридилазо)-5-диэтиламинофенолом на смоле Amberlite XAD-2 при pH 2,0…3,0. Десорбция проводится 10 мл 2М раствором HCl. Полярограммы записывались от -0,15 до +0,05 В. Висмут осаждали при потенциале -0,8 В в течение 60 секунд при перемешивании раствора. Скорость развертки 15 мВ/с с амплитудой импульса 50 мВ. Минимально определяемая концентрация висмута составляет 0,15 мкг/л [Taher, Mohammad Ali. Anodic stripping voltammetric determination of bismuth after solid-phase extraction using amberlite XAD-2 resin modified with 2-(5-bromo-2-pyridylazo)-5-diethylaminophenol. // Talanta. - 2004. - V.63, №3. - P.797-801]. Недостатком способа является использование металлической ртути.

Известен метод определения Bi на дисковом углеситалловом электроде, модифицированном ртутью. Предел обнаружения висмута (III) 5·10-8 М [Каменев А.И., Катенаире Р., Ищенко А.А. Инверсионно-вольтамперометрическое определение меди и висмута на ртутно-пленочном углеситалловом электроде. Каменев А.И., Катенаире Р., Ищенко А.А. // Вестн. МГУ. Сер.2. - 2004. - Т.45 - №4. - С.255-257]. Недостатком предложенного метода является трудоемкость изготовления углеситалловых дисковых электродов, для которых возможно только электрохимическое обновление поверхности, часто не дающее полной чистоты фона. Низкая чувствительность определения, а также использование солей ртути.

Известен метод определения Bi на твердом углеродсодержащем электроде, модифицированном органическими модификаторами, например гуминатом натрия, позволяющие определять 4,78·10-8 моль/дм3 висмута (III) [Wang С, Sun Q., Li Н. Voltammetric behavior and determination of bismuth on sodium humate modified carbon paste electrode. // Electroanalysis. - 1997 - V.9. - №8. - P.645-649]. Недостатком этого метода является низкая чувствительность определения висмута, а также процесс усложняется модификацией органическими компонентами поверхности электрода.

Известен метод определения висмута в индии высокой чистоты, который проводят с использованием ртутно-пленочного электрода в интервале потенциалов от -0,45 до -0,02 В в электролизере со вставным кварцевым стаканчиком на фоне 1,5 М HCl [А.А.Каплин, Б.Ф.Назаров, Р.Д.Тресницкая, М.С.Захаров. Ускоренное определение меди и висмута в индии. М.: Наука, 1966 - 299 с.]. Недостаток этого метода: возможно определение висмута в образце только при соизмеримых количественных соотношениях висмута и меди.

В работе [Wang Lei, Ding Hai-yu, Li Yi-jun, He Xi-wen. // Fenxi ceshi xuebao=J. Instrum. Anal. - 2005. - V.24 - №6. - P.89-95] (прототип) изучалось поведение висмута на стеклоуглеродном электроде, покрытом пленкой меди в режиме in-situ. Взаимное влияние меди и висмута устраняется за счет использования многосоставного фона -0,1 М H2SO4+0,4 М KNO3+0,05 М KSCN. Разделение пиков достигается за счет образования малорастворимого соединения CuSCN, тогда как пик висмута не смещается и не изменяется чувствительность метода. Отмечается, что пленка меди, подобно ртути, позволяет значительно снизить предел определения висмута (III), который равен 2·10-6 г/дм3, линейная зависимость наблюдается в интервале 1·10-5-4·10-3 г/дм3. Недостатком данного способа является использование многосоставного фона, сложность в обновлении рабочей поверхности стеклоуглеродного электрода, высокая токсичность цианид ионов, а также низкая чувствительность определяемых содержаний висмута.

Задача изобретения - снизить предел и нижнюю границу определяемых содержаний и увеличить интервал определяемых содержаний висмута (III) по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения Au2Bi, полученном после электроконцентрирования бинарного осадка золото-висмут на графитовом электроде методом ИВ.

Поставленная задача достигается тем, что проводят накопление висмута, на импрегнированном полиэтиленом графитовых электродах в перемешиваемом растворе в присутствии ионов золота, в течение 60-120 с последующей регистрацией пиков селективного электроокисления висмута (III) из интерметаллического соединения Au2Вi, при скорости развертки потенциала 60-100 мВ/с и потенциалах электролиза от -0,3 до -1,1 В, на фонах: 0,5-1,0 М HNO3 или 0,5-1,0 М HCl, концентрацию ионов висмута (III) определяют по величине площадей под вольтамперными кривыми в диапазоне потенциалов от 0,05 до +0,20 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Новым в способе является то, что для получения полезного сигнала, зависящего от концентрации висмута (III), используется процесс селективного электроокисления висмута из ИМС золота с висмутом.

В предлагаемом способе впервые установлена способность осадка золота с висмутом окисляться на импрегнированных графитовых электродах (ИГЭ) (в прототипе применяли стеклоуглеродный электрод с пленкой меди). Использование таких электродов обусловлено высокой химической и электрохимической устойчивостью графита, широкой областью рабочих потенциалов, а также простотой механического обновления поверхности и требованиями техники безопасности. В анализе не используется ионы меди, роданид - и цианид-ионы, т.к. они токсичны.

Максимальное значение регистрируемого тока наблюдается у электродов ИГЭ и СУГЭ.

Предлагаемые в заявляемом изобретении фоны 0,5-1 М HCl или 0,5-1 М HNO3 позволяют определять низкие содержания ионов висмута (III) с хорошей воспроизводимостью. Самый высокий коэффициент чувствительности наблюдался на фонах 0,5-1 М HNO3 или 0,5-1 М HCl. Нижняя граница определяемых содержаний по данному методу составила 5·10-7 г/дм3 (в прототипе 2·10-6 г/дм3).

Результаты использования электродов на различных фонах приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что у электродов ИГЭ самые высокие коэффициенты чувствительности.

Проводят электроконцентрирование ионов висмута (III) на поверхность ИГЭ в перемешиваемом растворе в присутствии ионов золота (III) в течение 60-120 с при потенциалах электролиза от -0,3 до -1,1 В на фонах: 0,5-1 М HCl или 0,5-1 М HNO3 с последующей регистрацией анодных пиков при линейном изменении потенциала со скоростью 60-100 мВ/с. Концентрацию ионов висмута (III) определяют по величине площадей под вольтамперными кривыми, снятой в диапазоне потенциалов от +0,05 до +0,2 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода (нас.х.э.). На фиг.1 представлены вольтамперные кривые электроокисления осадка Au2Bi с поверхности импрегнированного графитового электрода. Кривая 1 - фон, 1М HCl, содержащий CAu+3 равен 0,01 г/ дм3; кривая 2 - CBi равен 0,01 мг/ дм3; кривая 3 - CBi равен 0,02 мг/ дм3.

Таким образом, установленные условия впервые позволили количественно определять содержание ионов висмута (III) на основе реакции селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения (ИМС) Au2Bi, полученного на стадии предварительного электроконцентрирования (фиг.2).

Предлагаемый вольтамперометрический способ позволил существенно улучшить метрологические характеристики анализа висмута (III); повысить чувствительность определения (5·10-7 г/ дм3), что почти на порядок ниже по сравнению с прототипом, время анализа не превышает 120 с (табл.2).

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Измерения были проведены на модельном растворе. 10 мл 1 М HCl фонового электролита помещают в кварцевый стаканчик. Не прекращая перемешивания, проводят электролиз раствора на ИГЭ при условии: Eэ=-0,300 В, τэ=100 с. Снимают фоновую вольтамперную кривую электроокисления при скорости развертки 80 мВ/с, начиная с потенциала Eнач=-0,100 В. Отсутствие пиков свидетельствует о чистоте фона. Затем добавляют 0,1 мл аттестованного раствора ионов золота (III) концентрацией 100 мг/дм3 и проводят электрохимическое концентрирование осадка при аналогичных условиях. Пик золота указанной концентрации вещества регистрируют в диапазоне потенциалов от +0,70 до +1,0 В (относительно нас.х.э.). Отсутствие других пиков свидетельствует о чистоте фона.

Затем добавляют 0,01 мл аттестованного раствора ионов висмута (III) концентрацией 1 мг/дм3, проводят электрохимическое концентрирование осадка при аналогичных условиях. Регистрируют вольтамперную кривую селективного электроокисления висмута из ИМС с золотом в диапазоне потенциалов от +0,05 до +0,2 В (относительно нас.х.э.).

Вводят в анализируемый раствор добавку 0,01 мл аттестованного раствора ионов висмута (III) концентрацией 1 мг/дм3 и снова регистрируют аналитический сигнал. По разнице площадей под анодными пиками селективного электроокисления висмута из ИМС Au2Bi, вычисляют концентрацию ионов висмута (III) в растворе.

Пример 2. Измерения были проведены в водопроводной воде.

В 100 мл испытуемого раствора прибавляют 1 мл азотной кислоты и упаривают до сухого остатка. Стаканчик с осадком прокаливают в муфеле при 450-500°C. В стаканчик добавляют 10 мл 1 М HCl фонового электролита и проводят при слабом нагревании стаканчика переведение осадка в раствор. Охлаждают стаканчик с содержимым до комнатной температуры.

Проводят проверку электродов на чистоту. Отсутствие пиков свидетельствует о чистоте фона. В охлажденный стаканчик добавляют 0,1 мл раствора ионов золота (III) концентрацией 100 мг/дм3 и помещают в прибор. Не прекращая перемешивания, проводят электролиз на ИГЭ раствора при условиях электроконцентрирования: Eэ=-0,300 В, τэ=100 с. Регистрируют вольтамперную кривую селективного электроокисления висмута из ИМС с золотом при скорости развертки 80 мВ/с, начиная с потенциала Eнач=-0,100 В. Пик висмута указанной концентрации вещества регистрируют в диапазоне потенциалов от +0,05 до +0,2 В (относительно нас.х.э.). Затем добавляют 0,02 мл аттестованной смеси ионов висмута (III) концентрацией 1 мг/дм3 и проводят электрохимическое концентрирование осадка при аналогичных условиях. Пик селективного окисления висмута из интерметаллического соединения Au2Bi указанной концентрации вещества регистрируют в диапазоне потенциалов от 0,05 до +0,20 В (относительно нас.х.э.). По разнице площадей ИМС Au2Bi вычисляют концентрацию ионов висмута (III) в растворе.

Таким образом, впервые установлена способность количественного анализа висмута по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения Au2Bi.

Предложенный способ прост, не используется ртуть из-за ее отрицательного физиологического действия. Способ может быть применен в любой химической лаборатории, имеющей компьютеризированные анализаторы типа СТА, ТА или полярограф. Предложенный способ может быть использован для определения висмута в питьевых, природных и сточных водах.

Таблица1
Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения Au2Bi
Электрод Коэффициенты чувствительности различных 1 М фоновых электролитов
H2SO4 HNO3 HCl HclO4
Стеклоуглеродный 0,02 0,30 0,28 0,20
Импрегнированный графитовый 0,09 0,37 0,32 0,27
Таблица 2
Объект исследования Введено, CBi(III), мг/л Найдено, СBi(III), мг/л Sr, (t0,95) n=5
Вода водопроводная 0,01 0,009±0,005 0,002

Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения Au2Bi, заключающийся в том, что висмут (III) переводят из пробы в раствор и проводят вольтамперометрическое определение, отличающийся тем, что проводят накопление висмута, на импрегнированных полиэтиленом графитовых электродах в перемешиваемом растворе в присутствии ионов золота, в течение 60-120 с с последующей регистрацией пиков селективного электроокисления висмута (III) из интерметаллического соединения Au2Bi, при скорости развертки потенциала 60-100 мВ/с и потенциалах электролиза от -0,3 до -1,1 В, на фонах: 0,5-1,0 М HNO3 или 0,5-1,0 М HCl, концентрацию ионов висмута (III) определяют по величине площадей под вольт-амперными кривыми в диапазоне потенциалов от 0,05 до 0,20 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано в фармакокинетических исследованиях, для контроля биологически активных добавок, в пищевой промышленности для определения фальсификации.

Изобретение относится к экстракционно-вольтамперометрическому способу определения цинка, кадмия, свинца и меди, позволяющего осуществлять поэлементный мониторинг природных вод и водных экосистем.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания ионов металлов для определения в питьевых и природных водах, технических сливах методом инверсионной вольтамперометрии (ИВ).

Изобретение относится к способам анализа многокомпонентных растворов в широком диапазоне концентраций, может использоваться в промышленности при анализе технологических растворов и сточных вод, при экологическом мониторинге водных сред, анализе пищевых продуктов и биологических материалов, а также в амперометрическом анализе, амперометрических детекторах в хроматографии и амперометрических сенсорах.

Изобретение относится к электроаналитической химии, направлено на определение цистеина и может быть использовано в анализе водных растворов методом циклической вольтамперометрии по высоте обратного пика на катодной кривой.

Изобретение относится к электрохимическим методам анализа, а именно к катодному инверсионно-вольтамперометрическому способу определения йода в пищевых продуктах и продовольственном сырье, и может быть использовано в пищевой, медицинской, фармакологической промышленности и сельском хозяйстве.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к вольтамперометрическому анализу природных и сточных вод в фоновом электролите после электрохимической обработки.

Изобретение относится к области интегрального контроля металлических гальванопокрытий. .

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания ионов металлов, и может быть использовано в гидрометаллургии, в различных геологических разработках при поиске и разведке в случае анализа руд и рудных концентратов методом инверсионной вольтамперометрии (ИВ)
Изобретение относится к аналитической химии платиновых металлов

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к анализу объектов природного и техногенного происхождения методом инверсионной вольтамперометрии для определения ионов осмия, и может быть использовано для его определения в присутствии растворенного кислорода в объектах природного и техногенного происхождения

Изобретение относится к вольтамперометрическому анализу, а именно к способу удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к анализу объектов природного и техногенного происхождения методом инверсионной вольтамперометрии для определения ионов осмия на графитовом электроде, модифицированном золотом

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в гидрогеологии, изысканиях в случае анализа вод различного происхождения

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания ионов металлов для определения в питьевых и природных водах методом инверсионной вольтамперометрии (ИВ)

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в различных геологических изысканиях в случае анализа вод различного происхождения (родники, геотермальные источники, смывы хвостов обогащения), а также технологических сливов концентраций ионов таллия методом инверсионной вольтамперометрии (ИВ). Способ определения таллия в водных растворах или технологических сливах методом инверсионной вольтамперометрии заключается в том, что таллий (III) переводят в таллий (I) в растворе и проводят вольтамперометрическое определение. Согласно изобретению проводят накопление ионов таллия на графитовом электроде в перемешиваемом растворе в присутствии ионов платины (IV) в течение 60-120 секунд с последующей регистрацией анодных пиков селективного электроокисления таллия из интерметаллического соединения PtxTly при скорости развертки потенциала 50-100 мВ/с при потенциалах электролиза минус 1,0 В, а затем при минус 0,6 В на фоновом электролите 1 М HCl, концентрацию ионов таллия определяют по высоте анодного пика таллия на вольтамперной кривой в диапазоне потенциалов от 0,6 до 0,9 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение обеспечивает возможность снизить предел определяемых содержаний таллия (I) по пику электроокисления таллия из интерметаллического соединения PtxTly, полученного после электроконцентрирования бинарного осадка платина-таллий на графитовом электроде методом ИВ. 2 пр., 2 ил., 2 табл.

Изобретение может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов. Способ определения таллия в водных растворах методом хронопотенциометрии заключается том, что таллий (I) переводят в растворе в гидроокисное соединение и проводят хронопотенциометрическое определение, при этом проводят определение ионов таллия (I) на импрегнированном графитовом электроде в перемешиваемом растворе при контролируемом потенциале плюс 0,8 B и регистрации отклика на фоновом электролите 0,1М NaOH относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение обеспечивает определение таллия в водных растворах методом хронопотенциометрии. 2 ил., 2 пр., 1 табл.

Изобретение может быть использовано в различных геологических разработках при поиске и разведке в случае анализа руд, рудных концентратов и пород. Способ определения платины в рудах по пику селективного электроокисления Cu из интерметаллического соединения PtxCuy методом инверсионной вольтамперометрии заключается в том, что платину (IV или II) переводят из пробы в раствор, проводят накопление платины на сажевом или углеситалловом электроде в перемешиваемом растворе в присутствии ионов меди (II) в течение 50-100 с при потенциалах электролиза - 0,62 B с последующей регистрацией пиков селективного электроокисления меди из интерметаллического соединения PtxCuy при скорости развертки потенциала 50-150 мВ/с на фоновом электролите 0,1-1 М HCl, концентрацию ионов платины определяют по высоте пика меди на вольтамперной кривой в диапазоне потенциалов от -0,3 до -0,1 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение обеспечивает возможность снижения предела и нижней границы определяемых содержаний платины (IV). 2 пр., 2 табл., 2 ил.
Наверх