Способ удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа



Способ удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа
Способ удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа
Способ удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа
Способ удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа

 


Владельцы патента RU 2490621:

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

Изобретение относится к вольтамперометрическому анализу, а именно к способу удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа. Способ включает предварительное удаление растворенного кислорода под действием УФ-облучения в присутствии добавки. Удаление растворенного кислорода достигается при облучении светом ртутно-кварцевой лампы в течение 4-5 мин, а в качестве добавки используют одну из систем, генерирующую OH-радикалы: Fe+2 - EDTA; Cu2+ - ЭДТА; Fe2+ - HPO 4 2 ; и Fe2+ - H2O2. Изобретение позволяет повысить чувствительность метода за счет снижения помехи. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к вольтамперометрическому анализу и может быть использовано в анализе различных неорганических, органических и биологических объектов при контакте анализируемой пробы с воздушной средой.

Известен способ удаления растворенного кислорода в воде путем добавления сильного восстановителя - гидразина, для усиления действия которого (активации) в раствор вносят смесь комплексов трехвалентного кобальта (US Patent № 4,540,494 от 10.09.1985 Method for the removal of oxygen dissolved in water). Метод удаления растворенного кислорода из питьевой воды применяется для предотвращения коррозии резервуаров при хранении воды. Процесс удаления растворенного в воде кислорода заключается в добавлении комплексов трехвалентного кобальта (Гексанитрокобальтат(III) натрия, Кобальт гексаминохлорид (III), хлор пентамин кобальта (III), нитрат карбонатопентамин кобальта (III), и их смеси) в водный раствор гидразина, за счет чего улучшается активность гидразина в качестве агента удаления кислорода. Комплексы кобальта добавляются в количестве от 0,01 до 0,3 % масс. в водный раствор, содержащий от 10 до 25 % об. гидразина, при pH от 8 до 11. От 0,5 до 3 г/л активатора, растворяют в водном растворе гидразина с содержанием 200 г/л. 1 мл полученного раствора добавляют в 1 л воды, которая была в контакте с воздухом, содержащей от 5 до 6 мг/л кислорода. Полученную смесь сразу же переносили в измерительный прибор для определения количества кислорода. Испытания проводились при 293 K (20°C).

Недостатками данной системы является ее сложный многокомпонентный состав (для получения предлагаемых комплексных соединений, кобальта требуется несколько малораспространенных реактивов), большие концентрации введенных добавок, узкий интервал pH: от 8 до 11.

Известны способы удаления растворенного кислорода в электрохимических методах анализа: (Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн.2 Методы химического анализа. Учеб. Для вузов. Ю.А. Золтов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева и др. Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высш. Шк.; 2002. - 494 с.). Например:

- продувание (барбатирование) раствора ячейки инертным газом;

- химический способ, добавление в ячейку сульфита натрия.

Недостатком способа удаления кислорода путем барбатирования растворов инертными газами является то, что он длителен (необходимо 10 минут для раствора объемом 20 мл), требует использования баллонов со сжатым газом, сложной системы очистки газа от следов кислорода и ее регенерации. Кроме того, этот способ не позволяет добиться полного удаления кислорода из раствора.

Недостатком химического способа удаления кислорода из раствора с помощью сульфита натрия (O2+2Na2SO3 → 2Na2SO4) является узкий интервал pH (нейтральные и щелочные растворы), тогда как при анализе многих объектов методом вольтамперометрии требуется предварительная минерализация пробы, которую чаще всего проводят смесью кислот, т.е. среда будет кислая.

Известен способ полярографического анализа, взятый в качестве прототипа (Авторское свидетельство № 957090 от 1982 г.), включающий предварительное удаление растворенного кислорода под действием УФ-облучения в присутствии вещества, связывающего кислород и снятие зависимости ток-потенциал. В качестве вещества предложены карбоновые кислоты и их соли, оксикислоты и их соли, этиленгликоль, которые одновременно являются и полярографическим фоном. Их концентрация составляет 0,5 моль/л.

Недостатками данного способа являются:

1) длительное время облучения УФ-светом (для муравьиной кислоты 40-45 мин, для этиленгликоля 80 мин.); 2) ограничение в выборе фонового электролита: только органические вещества (0.5 М карбоновые кислоты или их соли, оксикислоты или их соли, этиленгликоль);

Задачей настоящего изобретения является разработка способа удаления растворенного кислорода с целью повышения чувствительности метода за счет снижения помехи.

Предлагаемый в данном изобретении способ устраняет все указанные недостатки: в качестве фона можно использовать водные растворы минеральных кислот и солей (в концентрации 0.1 М) с добавкой малых концентраций (1·10-5 моль/л) переходного металла (Fe2+, Fe3+ Ti4+ Cu2+) и лиганда, например, ЭДТА, цитрата, дегидрофосфата и тому подобное. При УФ облучении такого раствора в течение 4-5 минут происходит удаление растворенного кислорода и его реактивных форм: перекиси водорода, OH-радикала.

Поставленная задача решается тем, что способ удаления растворенного кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа включающий предварительное удаление растворенного кислорода под действием УФ-облучения в присутствии добавки но в отличие от прототипа, удаление растворенного кислорода достигается при облучении светом ртутно-кварцевой лампы в течении 4-5 мин, а в качестве добавки используют одну из систем, генерирующую OH-радикалы: Fe+2 - EDTA; Cu2+ - ЭДТА; Fe2+ - HPO 4 2 ; и Fe2+ - H2O2. Фотохимическое удаление кислорода с использованием генерирующих систем можно проводить в любых водных и неводных растворах с добавкой следовых количеств (1·10-5 М) ионов Fe2+ или Cu2+ и ЭДТА либо таких же количеств Fe2+ - HPO 4 2 и Fe2+ - H2O2.

При облучении количество растворенного в водных и неводных растворах кислорода резко уменьшается. На рисунке 1 показано удаление всех форм кислорода под влиянием УФ-облучения. На катодных вольтамперных кривых, полученных на ртутно-пленочном электроде (РПЭ), уменьшаются со временем облучения (кривые 1, 2) пики восстановления кислорода (Е=-0.42 В) и производной от него перекиси водорода (Е=-0.90 В), а пик OH радикала (Е=-1.42 В) в первые минуты УФ-облучения растет (кривая 3), а затем также уменьшается, (кривая 4). Для полного исчезновения пиков O2, H2O2 и OH радикала достаточно 4-5 минут.

На рисунке 2 показаны анодные вольтамперограммы на РПЭ в процессе УФ-облучения раствора. Видно, что остаточный ток (наклон кривой) существенно уменьшается со временем облучения (кривая 1, 2) и наконец обращается почти в прямую линию (кривая 3), что соответствует практически полному отсутствию растворенного кислорода и позволяет получить четкие пики определяемых элементов (кривая 4). Для определения концентрации ионов в растворе методом инверсионной вольтамперометрии (ИВА) обычно используют метод добавок.

На рисунке 3 показаны анодные вольтамперограммы в растворе сульфата натрия в отсутствие определяемых элементов-фоновая кривая (кривая 1) и в присутствии добавок Zn, Cd, Pb и Cu, отличающихся в 2 раза (кривые 2 и 3).

Увеличение высоты пиков для всех металлов в 2 раза свидетельствует о правильности оценки концентрации. Преимущество предложенного нами способа - использование в качестве фоновых электролитов любых водных и неводных растворов, в том числе нейтральных растворов минеральных солей в концентрации 0.1 моль/л с добавкой 1·10-5 М Fe+2 - EDTA; Fe2+ - HPO 4 2 ; Fe2+ - H2O2, либо Cu2+ - ЭДТА (если не требуется определять ион Cu2+ в анализируемом растворе).

Ниже приведен пример конкретного использования изобретения.

Пример 1. Измерение вольтамперных зависимостей проводят с помощью вольтамперометрического анализатора или полярографа любого типа, который подключен к электрохимической ячейке. Электрохимическая ячейка состоит из ёмкости, в которую наливают фоновый раствор электролита и опускают два электрода - рабочий и электрод сравнения. В качестве фоновых растворов используют хорошо проводящие водные растворы сильных электролитов: KCl, Na2SO4, фосфатный, ацетатный или нитратный буферы, а также неводные растворы спиртов, в частности, этиленгликоль с добавкой тетраалкиламмония бромида (ТААБ) для электропроводности. В качестве электрода сравнения используют хлорид-серебряный электрод, в качестве рабочего - инертный электрод с рабочей областью потенциалов в интервале 0,00÷-1,90 В, например, ртутный плёночный, ртутный сферический, плёночный висмутовый и плёночный свинцовый на графитовых подложках. Как правило, используют ртутный плёночный электрод на серебряной подложке.

Определение тяжелых металлов в воде проводилось следующим образом. В стаканчик помещали 10.00 мл фона - 0,1 М Na2SO4. Затем вносили генерирующую систему Fe2+ - ЭДТА, проводили УФ-облучение в течение 5 мин регистрировали вольтамперограмму фона, рис.4, кривая 1. Затем вносили аликвоту пробы воды (2-4 мл) и снимали вольтамперограмму, регистрируя анодные пики, рис.4, кривая 2.

Затем делали добавку стандартных растворов солей тех тяжелых металлов (цинка, кадмия, свинца и меди), чьи пики обнаружены на вольтамперограмме пробы, и вновь снимали вольтамперограмму рис.4, кривая 3

Было исследовано несколько генерирующих систем: Fe2+ - HPO 4 2 , Fe2+ - ЭДТА, Fe2+ - H2O2 и Н2О2 - УФ. Три последние показали хорошее удаление кислорода.

Данный способ удаления кислорода может быть применен также в технологии обработки поверхности полупроводников, где требуется тщательная очистка полирующих и травящих растворов от кислорода и других окислителей для формирования фазового состава поверхности.

1. Способ удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа, включающий предварительное удаление растворенного кислорода под действием УФ-облучения в присутствии добавки, отличающийся тем, что удаление растворенного кислорода достигается при облучении светом ртутно-кварцевой лампы в течение 4-5 мин, а в качестве добавки используют одну из систем, генерирующую OH-радикалы: Fe+2 - EDTA; Cu2+ - ЭДТА; Fe2+ - HPO 4 2 ; Fe2+ - H2O2.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фотохимическое удаление кислорода с использованием генерирующих систем можно проводить в любых водных и неводных растворах с добавкой следовых количеств (1·10-5 М) ионов Fe2+ или Cu2+ и ЭДТА либо таких же количеств Fe2+ - HPO 4 2 и Fe2+ - H2O2.



 

Похожие патенты:

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 аналитической химии платиновых металлов. .

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

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 способам определения концентрации элементов в водных растворах, может быть использовано в промышленности при анализе растворов, в контроле объектов окружающей среды, пищевых продуктов и других объектов, особенно в непрерывных и автоматических измерениях, а также для амперометрического детектирования в жидкостной хроматографии.

Изобретение относится к способу определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ. .

Изобретение относится к физическим методам исследования состояния воды в биообъектах, в том числе тканях живых животных, и представляет интерес для биофизики, биологии, медицины, решения ряда проблем «Экологии человека».

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам контроля окисленности шлака и металла при выплавке сплавов на основе железа в электродуговых печах переменного тока.

Изобретение относится к способам анализа двухкомпонентных структур на основе кремния и может использоваться в электронной промышленности. .
Изобретение относится к области биологии, а именно к физиологии растений, и может быть использовано для экспресс-способа ионометрического определения содержания калия в листьях и распределения его по физиологическим пулам.

Изобретение относится к фармацевтической химии и может быть использовано для количественного определения антиоксиданта коэнзима Q10 в субстанции. .
Изобретение относится к области биотехнологии и пищевой промышленности, в частности к способу получения аналитического устройства - биосенсорного электрода, который может быть использован для определения содержания моно- и полисахаридов в углеводсодержащем растительном сырье и промежуточных продуктах на разных стадиях технологического процесса.
Изобретение относится к медицине, онкологии и гематологии и может быть использовано для определения кардиотоксических осложнений у больных хроническим лимфолейкозом, получающих полихимиотерапию.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в строительных материалах и изделиях, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности
Наверх