Способ экстракции цинка из донных осадков ионной жидкостью

Изобретение относится к области аналитической химии объектов окружающей среды и направлено на разработку средств аналитического контроля параметров экосистем и полиэлементного фонового мониторинга природных вод и водных экосистем. Способ экстракции цинка из донных осадков ионной жидкостью включает подготовку аналитического образца. Экстракцию цинка из твердого образца осуществляют с использованием ионной жидкости 1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфата с добавками тиоцианата аммония и иодида калия с последующим количественным определением ионов цинка (II) в концентрате органической фазы ионной жидкости. Достигаемый при этом технический результат заключается в обеспечении степени извлечения элемента близкой к 100%. 1 ил., 2 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к области аналитической химии объектов окружающей среды и направлено на разработку средств аналитического контроля параметров экосистем и фонового мониторинга природных вод и водных экосистем.

Известны способы сухого и мокрого озоления твердых частиц образцов природных объектов с целью извлечения (десорбции) токсичных элементов с поверхности и из объема частиц в смесь минеральных кислот [Кингстон Г.М., Джерси Л.Б. Пробоподготовка в микроволновых печах. - М.: Мир. 1991. - 333 с.].

Сухое озоление требует тщательного контроля за температурой озоления. Так, при увеличении температуры более 550°С необратимо теряются висмут, мышьяк, ртуть, свинец, цинк, олово и легко летучие металлы. Дополнительно необходима тугоплавкая дорогостоящая кварцевая посуда.

Способ мокрой минерализации основан на полном окислении органических веществ сильными окислителями при температуре 150-200°С. Данные способы не требуют высоких температур, поэтому не сопряжены с большими потерями летучих веществ; это их преимущество. Мокрое озоление частично устраняет потери металлов при «вскрытии» твердых образцов. Метод мокрого озоления - смесь серной, азотной и хлороводородной концентрированных кислот требует особой осторожности (вытяжной шкаф, индивидуальные защитные средства), дополнительных временных и трудовых затрат квалифицированного персонала. Серная, азотная кислота действуют на твердую компоненту образца как деструктурирующий, окисляющий и комплексующий реагенты, разрушая, окисляя природные соединения органического и неорганического состава. Хлороводородная кислота действует в кислотной смеси как комплексующий ионы тяжелых металлов агент, связывающий ионы ТМ в хлоридные комплексы.

Недостатки способа мокрого озоления: использование агрессивных минеральных кислот (серной, азотной, хлороводородной); длительный (более 90 мин) нагрев аналитической пробы [Логинов Ю.М., Похлебкина Л.Л., Соколова Н.В. Автоклавный способ пробоподготовки почв для определения в них тяжелых металлов / Агрохимия. 1994. №7-8. С.114-118].

Преимущества заявляемого способа пробоподготовки:

- устраняет недостатки прототипа,

- обеспечивает требуемую степень извлечения элемента, близкую к 100%,

- соответствует требованиям «зеленой» химии.

- не требуется длительное нагревание, которое может вызвать необратимые потери элементов;

- обеспечивается необходимое извлечение элемента за 30 минут;

- экстракция металла из твердого образца в ионную жидкость с последующей реэкстракцией и количественным определением элемента методом атомной абсорбции.

Способ экстракции цинка из донных осадков ионной жидкостью, заключающийся в том, что для экстракции цинка из твердого образца используют ионную жидкость 1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат с добавками 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия, с последующим количественным определением ионов цинка (II) в концентрате органической фазы ионной жидкости.

Осуществление изобретения:

Способ экстракционного извлечения цинка из донных осадков ионной жидкостью осуществляют следующим образом: берут образцы массой 0,100 г и обрабатывают 1 мл ионной жидкости (1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат, [ВМIm][РF₆], производство Merk) с добавлением 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия, с последующим атомно-абсорбционным определением цинка в концентрате органической фазы ионной жидкости (ИЖ).

Общий объем органической фазы ИЖ составляет в каждом опыте 1 мл.

Общий объем раствора (водной фазы) поддерживают 1 мл.

Пример 1

Извлечение ионов цинка (II) и определение в модельных системах (1 мл ИЖ+1 мл водного раствора цинка)

Образцы массой 0,100 г обрабатывают 1 мл ионной жидкости (1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат, [ВМIm][РF₆], производство Merk) с добавлением 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия, с последующим атомно-абсорбционным определением цинка в концентрате органической фазы ионной жидкости (ИЖ). Без ионных добавок тиоцианата (SCN-) и иодида (I-) эффективность ионной жидкости (1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат, [ВМIm][РF₆]) невысокая, как следует из таблицы 1. Путем введения соответствующих солей: роданида аммония и иодида калия удается увеличить эффективность извлечения ионов Zn(II) в органическую фазу ионной жидкости.

Представленные концентрации добавок Моль/л тождественны ммоль/мл. Совместное влияние анионных добавок далее проверяют на реальных образцах.

Пример 2

Экстракции цинка(П) из донных осадков с последующим атомно-абсорбционным определением в водной фазе после реэкстракции

Берут реальные образцы из экстракционной системы донных отложений озера Б. Яровое, подготавливают, исследуют образцы донных отложений методом «мокрого» кислотного озоления и методом экстракционного концентрирования ионной жидкостью для сравнительного анализа с последующим атомно-абсорбционным определением цинка. Три образца массой в пределах 1,00 г обрабатывают смесью кислот (серной, азотной и хлороводородной). Параллельно взятые три образца массой по 0,100 г обрабатывают 1 мл ионной жидкостью (1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат, [ВМIm][РFб₆], производство Merk) с добавлением 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия для извлечения и последующего определения цинка в концентрате органической фазы ионной жидкости (ИЖ). Образец с осадком, с добавками 1 мл дистиллированной воды и добавками солей помещают в пробирку с пробкой и энергично встряхивают в течение 5 минут.

Подготовленные мокрым озолением пробы элементов, десорбированных в смеси кислот, и реэкстракты (водная фаза после реэкстракции аммиачным буферным раствором рН=9,2) анализируют атомно-абсорбционной спектрометрией в пламенном варианте атомизации (ААС) по максимумам поглощения в области аналитической линии цинка. В качестве источника монохроматического излучения 213,8 нм применяют лампу с полым катодом.

Для каждого металла готовят из ГСО (государственный стандартный образец) серии стандартных растворов в областях линейности градуировочных графиков. В качестве фонового электролита применяют «контрольный» раствор хлороводородной кислоты. По полученным данным строят градуировочный график в координатах высота пика абсорбционного поглощения (мм) - концентрация металла (мкг/мл) (рис.1).

Для оценки эффективности извлечения цинка в ионную жидкость применяют атомно-абсорбционный (ААС) как метод регистрации аналитического сигнала. Методом «введено - найдено» определяют степень извлечения ионов цинка.

Результаты анализа одних и тех же образцов донных осадков после «кислотного озоления» (навеска массой в пределах 1,00 г) и экстракции в ИЖ с добавками 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия к навеске осадка (в пределах 0,100 г+1,0 мл дистиллированной воды). Результаты таблицы 2 рассчитаны с учетом влажности исследуемых образцов донных осадков, то есть нормированы на воздушно сухую навеску осадка.

Данные таблицы 2 свидетельствуют о совпадении в пределах случайных погрешностей результатов анализа.

Заявляемый способ не требует особых условий подготовки образца к анализу, а именно вытяжного шкафа, специального автоклава с минерализаторами из специального материала. Способ экстракционного извлечения цинка из донных осадков ионной жидкостью с последующим количественным определением ионов цинка (II) в концентрате органической фазы ионной жидкости обеспечивает требуемую степень извлечения элементов, близкую к 100%, соответствует требованиям «зеленой» химии.

Таблица 1
Добавки тиоцианата аммония
Моль/л	0,00	0,10	0,25	0,50	1,00	2,00	4,00	6,00	8,00
R,%	<0,1	1,0	10,0	28,0	71,0	88,0	90,0	86,0	80,0
Добавки иодида калия
Моль/л	0,00	0,025	0,05	0,10	0,50	1,00	2,00	-	-
R,%	<0,1	3,0	3,0	9,0	19,0	24,0	84,0	-	-

Степень извлечения ионов цинка (II) в органическую фазу ИЖ R(%) при экстракции в различных растворах с солевыми добавками.

Таблица 2
	Экстракционное концентрированно	Кислотное разложение
Шифр пробы	mнавески, Г	Н, мм	$${\overline{C}}_{zn}\pm \delta$$ , МКГ/МЛ	Содерж. в пробе, $$\overline{m}\pm \delta$$ , мкг/г	mнавески, г	Н, мм	$${\overline{C}}_{zn}\pm \delta$$ , МКГ/МЛ	Содерж. в пробе, $$\overline{m}\pm \delta$$ , мкг/г
1Д1	0,1161	17,3	1,4±0,5	24±8	0,9716	54,3	6,2±0,3	32±2
6Д2	0,1191	21,7	2,2±0,5	37±8	0,9298	48,7	6,7±0,5	36±3
7Д3	0,1014	17,4	1,0±0,2	19±4	0,9486	34,0	4,3±0,4	23±2

Атомно-абсорбционное определение цинка в донных отложениях озера Б.Яровое.

Способ экстракции цинка из донных осадков ионной жидкостью, включающий в себя подготовку аналитического образца, отличающийся тем, что для экстракции цинка из твердого образца используют ионную жидкость 1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат с добавками тиоцианата аммония и иодида калия, с последующим количественным определением ионов цинка (II) в концентрате органической фазы ионной жидкости.