Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах



Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах
G01N1/28 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2680075:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к аналитической химии компонентов ионных форм неорганических веществ, определяемых в атмосферных осадках и поверхностных водах. Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах включает экстракцию ионных форм указанных металлов из фильтрата поверхностной воды с рН≤2 в органическую фазу расслаивающейся системы расплава салицилата тиопириния и воды. При этом используют мольное соотношение 1:1 тиопирина и салициловой кислоты. Расплав массой 1 г помещают в центрифужную пробирку объемом 10 мл из полиэтилентерефталата. Затем добавляют 1 мл этилового спирта в качестве модификатора, 4 мл фильтрата природной воды и интенсивно встряхивают. После этого происходит расслаивание системы на фазы - верхнюю водную и нижнюю органическую. Органическую фазу отбирают в количестве 5 мкл, наносят на поверхность графитового электрода, помещают в 4,00 мл 0,1 М раствор хлороводородной кислоты. Регистрируют аналитические сигналы относительно хлоридсеребряного электрода методом инверсионной вольтамперометрии. Изобретение позволяет снизить температуру плавления расплава тиопирина и салициловой кислоты до 145°С при определении ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах. 5 табл., 5 ил.

 

Известен способ (аналог) электрохимического определения цинка, кадмия, свинца и меди в воде природной, питьевой, очищенной сточной [Э.А. Захарова, Г.Б. Слепченко. Методика количественного химического анализа вод на содержание цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии. МВИ 08-47/008. Томск. ТПУ. 1995].

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (региональный инициативный проект р_а 18-43-220004).

Способ основан на инверсионно-вольтамперометрических измерениях величин предельных диффузионных токов цинка, кадмия, свинца и меди после предварительного накопления анализируемых металлов в амальгамме ртутной пленки на поверхности серебра (ртутно-пленочного электрода) или графита (ртутно-графитового электрода) при заданном потенциале электролиза - 1,40 В относительно хлоридсеребряного электрода сравнения методом инверсионной вольтамперометрии.

Аналог основан на регистрации анодных пиков вольтамперограмм путем ступенчатой развертки потенциала со скоростью 100 мВ/с в анодном направлении от -1,20 В до +0,15 В относительно электрода сравнения. Потенциалы максимумов пиков тока Zn, Cd, Pb, Сu (аналитических сигналов) на фоне муравьиной кислоты соответственно равны (- 0,90±0,10) В, (- 0,60±0,10) В, (- 0,40±0,10) В, (- 0,05±0,10) В. Растворенный в фоновом растворе и анализируемой воде кислород удаляют инертным газом. Перед аналитической процедурой аналог предполагает стадию формирования ртутной пленки на поверхности рабочего (серебряного, графитового) электрода и стадию разложения растворенного в воде органического вещества с помощью ультрафиолетового облучения с фотокатализатором (TiO2). Наличие в водах избытка растворенного органического вещества (РОВ) в миллиграммовых количествах в литре анализируемой воды отрицательно влияет на аналитические сигналы элементов вследствие сорбции (РОВ) на поверхности ртутной пленки рабочего электрода.

Недостатки аналога:

- в качестве коллектора ионных неорганических форм цинка, кадмия, свинца и меди используется элементная ртуть (0) для покрытия серебряной подложки рабочего ртутно-пленочного электрода;

- в случае приготовления ртутно-графитового рабочего электрода применяется раствор ртути(II). Ртуть по санитарно-гигиеническим нормативам относят к веществам первого класса опасности.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту прототипом служит «Экстракционно-вольтамперометрический способ определения цинка, кадмия, свинца и меди» [Патент РФ №2476853 от 27.02.2013// Темерев С.В., Логинова О.Б. Б.И. №6.], заключающийся в экстрагировании металлов из жидкой водной фазы в органическую компоненту расслаивающейся системы и определении концентрата металлов на электроде, отличающийся тем, что для приготовления экстракционного реагента смешивают тиопирин и салициловую кислоту в мольном соотношении 2:1, сплавляют при температуре 166-170°С, добавляют 10 мл модельного раствора с соотвествующими добавками металлов, с последующим определением цинка, кадмия, свинца и меди инструментальными методами.

Недостатки прототипа:

- апробированы только модельные системы;

- при комнатной температуре расплав тиопирина с салициловой кислотой при мольном соотношении 2:1 требует более высоких температур 166-170°С. Температура плавления расплава определяется температурой плавления тиопирина 167°С [А.с. №515747//А.В. Долгарев. 1976 год]. При комнатной температуре весьма сложно взять точную аликвоту концентрата, т.к. необходимо растворять вязкий концентрат в этиловом спирте, что нетехнологично и ведет к погрешностям взятия точного количества концентрата;

- соотношение молей в экстрагенте тиопирина к салициловой кислоте 2:1.

Сущность изобретения заключается в том, что для понижения температуры плавления расплава тиопирина и салициловой кислоты до 145°С используют мольное соотношение реагентов 1:1, помещают расплав массой 1,000 г в центрифужную пробирку объемом 10 мл из полиэтилентерефталата, добавляют 1 мл модификатора (этилового спирта), а затем 4 мл фильтрата природной воды и интенсивно встряхивают; после расслаивания на фазы -верхнюю водную и нижнюю органическую (как концентрат цинка, кадмия, свинца и меди), последнюю отбирают в количестве 5 мкл, наносят на поверхность графитового электрода, помещают в 4,00 мл 0,1 М раствор хлороводородной кислоты и регистрируют аналитические сигналы относительно хлоридсеребряного электрода методом инверсионной вольтамперометрии.

Заявлямое изобретение не применяет ртуть и формы ртути. В качестве аналитического образца предлагаемый способ использует органический по составу концентрат ионов цинка, кадмия, свинца и меди, который получают расслаиванием in situ образца фильтрата речной воды с добавлением расплава салицилата тиопириния с модификатором - этиловым спиртом. Расслаивание на водную (верхнюю) и органическую (нижнюю) фазы является результатом взаимодействия кислого хлоридного раствора фильтрата природной воды (4,00 мл) с расплавом салицилата тиопириния (1,000 г) и модификатора (1 мл этилового спирта).

Целевая фаза концентрата ионных форм металлов формируется в результате химического протолитического взаимодействия расплава (салицилата тиопириния) с природной водой (объект анализа, рН≤2,0).

Аналитический сигнал ионных форм анализируемых металлов получают в виде вольт-амперограмм с максимумами предельного диффузионного тока графитового индикаторного электрода при соответствующих потенциалах.

Заявляемый способ апробирован на образцах фильтрата речных вод (Верхняя Обь, левый городской приток - река Барнаулка).

После отбора речной воды из водотока образцы фильтруют через мембранные фильтры, фильтрат подкисляют хлороводородной кислотой марки ХЧ до рН≤2,0. Фильтраты и взвеси анализируют отдельно. В примерах, представленных ниже, экстракционное концентрирование выполняют с фильтратами образцов речной воды (пять параллельных образцов в таблице 1). Объемы фильтратов по 4 мл вносят в центрифужные пробирки объемом 10 мл из полиэтилентерефталата с заранее внесенными добавками по 1,000 г расплава салицилата тиопириния и 1 мл этилового спирта (модификатора). Взятые для анализа объемы образцов речной воды более, чем в 2 раза меньше, чем в прототипе и достаточны для воспроизводимого и представительного экстракционного концентрирования ионных форм цинка, кадмия, свинца и меди в органическую фазу расслаивающейся системы (таблицы 2-5).

По литературным данным [А.с. №515747//А.В. Долгарев. 1976 год] тиопирин имеет температуру плавления 167°С, а салициловая кислота 159°С.Температура плавления эквимолярного расплава салицилата тиопириния определена нами ~ 145°С (фиг.1), что существенно ниже величины аддитивности 163°С и температуры плавления расплава в прототипе 166-170°С.

Депрессия температуры плавления (фиг. 1) свидетельствует о химическом протолитическом взаимодействии тиопирина и салициловой кислоты в расплаве салицилата тиопириния при мольном соотношении 1:1. Именно такой продукт в виде расплава tпл. ≈ 145°С и ρ ≈ 2, 2 г/см3 вносят в каждую пробирку по 1,000 г, добавляют 1 мл модификатора (этилового спирта) и затем вносят 4 мл фильтрата речной анализируемой воды (рН≤2,0) и интенсивно встряхивают. Уменьшение вдвое мольной доли более тугоплавкого компонента (тиопирина) и повышение мольной доли менее растворимого в воде компонента (салициловой кислоты) позволяет создать условия расслаивания системы на две жидкие прозрачные фазы при комнатной температуре. После расслаивания на органическую фазу (ОФ) и водную фазу (ВФ) (таблица 1) ОФ и ВФ анализируют отдельно методом инверсионной вольтамперометрии (фиг. 2-5). В качестве контрольного образца фонового раствора вместо речной воды добавляли 4 мл 0,1 М раствора НСl в бидистилляте.

С помощью кондуктометра с пластинчатыми электродами из платины нами дополнительно определена электропроводность расплава ≈ 90 мСм/м салицилата тиопириния при температуре плавления. Величина электропроводности расплава лежит в пределах величин электропроводности ионных жидкостей с катионами имидазолия, то есть концентрат органической фазы представлял собой малорастворимый даже в 0,1 М НСl (растворимость определена нами 2,05 ммоль/10 мл) электропроводящий ионный ассоциат.

Системы после расслаивания ОФ и ВФ (таблица 1) анализируют вольтамперометрически отдельно с помощью анализатора «Экотест-ВА». В методике используют трехэлектродную систему: индикаторный - твердотельный углеродный макроэлектрод КТЖГ 414324.005 №169, электрод сравнения хлоридсеребряный лабораторный ЭВЛ-1М4 и вспомогательный - электрод платиновый лабораторный ЭПЛ-02.

Перед началом серии определений рабочую поверхность электрода шлифуют фильтровальной бумагой, смоченной в этиловом спирте, затем активируют атомарным водородом и промывают в 0,1 М НСl. После этого на рабочую поверхность микрошприцем для газовой хроматографии (10 мкл) наносят 5 мкл образца ОФ и помещают в электрохимическую ячейку анализатора «Экотест ВА» с раствором 4 мл 0,1 М хлороводородной кислоты. Электронакопление ионных форм проводят (при -1400 мВ) в течение 60 с. Затем, регистрируют квадратноволновую вольтамперограмму при амплитуде развертки от -1200 мВ до 200 мВ. Диапазон силы тока 2 мкА - 200 мкА. Скорость развертки 50 мВ/с. На фиг. 2-5, представлены вольтамперограммы аликвот ОФ и ВФ. В таблицах 2-5 представлены расчеты эффективности извлечения ионных форм элементов. Номера в таблицах 2-5 соответствуют экстракционным пробиркам 1-5 в таблице 1.

Как следует из результатов таблицы 2, концентрат ОФ представителен (полностью соответствует по химическому составу отдающей фазе рафината) по содержанию Zn (II) в параллельных образцах речной воды, а количество ионов Zn(II) в ВФ лежит в пределах случайных погрешностей параллельных определений.

Как следует из результатов таблицы 3, концентрат ОФ представлен по содержанию Pb(II) в параллельных образцах речной воды, а количество ионов Pb(II) в ВФ лежит в пределах случайных погрешностей параллельных определений.

Как следует из результатов таблицы 4, концентрат ОФ представлен по содержанию ионов Cd(II) в параллельных образцах речной воды, а количество Cd(II) в ВФ лежит в пределах случайных погрешностей параллельных определений.

Как следует из результатов таблицы 5, концентрат ОФ представлен по содержанию ионов Cu(II) в параллельных образцах речной воды, а количество Cu(II) в ВФ лежит в пределах случайных погрешностей параллельных определений.

Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах, включающий экстракцию ионных форм металлов из фильтрата поверхностной воды с рН≤2 в органическую фазу расслаивающейся системы салицилата тиопириния и вольтамперометрию концентрата металлов на графитовом электроде, отличающийся тем, что используют мольное соотношение 1:1 тиопирина и салициловой кислоты, помещают расплав массой 1,000 г в центрифужную пробирку объемом 10 мл из полиэтилентерефталата, добавляют 1 мл модификатора (этилового спирта), а затем 4 мл фильтрата природной воды и интенсивно встряхивают, после расслаивания на фазы - верхнюю водную и нижнюю органическую - последнюю отбирают в количестве 5 мкл, наносят на поверхность графитового электрода, помещают в 4,00 мл 0,1 М раствор хлороводородной кислоты и регистрируют аналитические сигналы относительно хлоридсеребряного электрода методом инверсионной вольтамперометрии.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использована для диагностики выявления Ph-негативных миелопролиферативных новообразований.

Изобретение относится к области медицинской диагностики и предназначено для прогнозирования риска развития ишемического инсульта. У индивидуумов русской национальности, являющихся жителями Центрального Черноземья, выделяют ДНК из венозной крови и проводят анализ полиморфизмов генов цитокинов rs1061624 TNFR2 и rs767455 TNFR1.

Изобретение относится к области медицинской диагностики и предназначено для прогнозирования риска развития гипертонической болезни. У индивидуумов русской национальности, являющихся жителями Центрального Черноземья, выделяют ДНК из периферической венозной крови и проводят анализ полиморфизмов генов цитокинов rs1800469 TGFβ-1 и rs833061 VEGFА.

Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к получению конъюгатов люминесцентных наночастиц диоксида кремния с антителами, и может быть использовано в диагностике для выявления гиперэкспрессирующегося на поверхности опухолевых клеток рецептора эпидермального фактора роста человека 2 (HER2/neu).

Изобретение относится к сахарной промышленности, в частности к способам экспертизы качества сахара. Способ органолептической оценки запаха сахара заключается в применении массива восьми сенсоров на основе пьезокварцевых резонаторов с пленками поливинилпирролидона, пчелиного клея, дициклогексан-18-краун-6, бромкрезолового зеленого, полиэтиленгликольсукцината, полиэтиленгликоля ПЭГ-2000, Tween-40, триоктилфосфиноксида, массой 10-20 мкг, отборе в пробоотборник 5-10 г сахара, закрытии его герметично для получения равновесной газовой фазы над пробой, отборе 3 см3 газовой фазы и внесении в ячейку детектирования с прикрепленными в ней сенсорами, регистрации изменения сигналов всех сенсоров ∆F (Гц) в течение 120 секунд, формировании «визуального отпечатка» запаха в виде круговой диаграммы, расчете площади его фигуры S (Гц⋅с), расчете параметра подобия для анализируемой пробы и пробы стандарта по формуле; при значении ε более 0,10 делают вывод о значимом отличии запаха пробы и стандарта.

Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к способам для идентификации связывающих полипептидов (например, антител или их антигенсвязывающих фрагментов), которые специфически связываются с антигеном клеточной поверхности, что может быть использовано в медицине.

Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к композиции для специфического связывания гетеротипичного комплекса кератина 7 с кератином 19, что может быть использовано в медицине.

Изобретение относится к медицине, а именно к терапии, кардиологии и хирургии, и может быть использовано для прогнозирования исхода инфекционного эндокардита. Способ прогнозирования исхода инфекционного эндокардита включает забор образцов венозной крови, выделение геномной ДНК, аллель-специфическую полимеразную цепную реакцию с целью генотипирования по полиморфному локусу MTHFR Ala222Val(С677Т) гена метилентетрагидрофолатредуктазы лиц группы риска и у носителей генотипа MTHFR А1а222А1а(С677С) прогнозируют благоприятный исход заболевания, а у носителей генотипов MTHFR Ala222Val(C677T)/MTHFR Val222Val(T677T) прогнозируют 12,33-кратный риск летального исхода.
Изобретение относится к области физико-химических исследований и может быть использовано для обнаружения и идентификации запрещенных или ограниченных к обороту взрывчатых, наркотических, а также сильнодействующих ядовитых веществ.

Изобретение относится к медицине, а именно к фармакологии и клинической фармакологии, и может быть использовано с целью оценки функциональной активности гликопротеина-Р (Pgp) в гематоэнцефалическом барьере для осуществления эффективной и безопасной фармакотерапии ряда неврологических заболеваний.

Изобретение относится к пограничной области между физикой, химией и биологией. Может быть использовано в научных и промышленных лабораториях для определения хиральности кластеров воды.

Изобретение относится к определению количества оксоанионов в водных растворах. Способ и система для определения концентрации оксоаниона в водном растворе включает источник водного раствора с неизвестной концентрацией оксоаниона; источник алюминийсодержащего реагента, выполненный с возможностью подачи алюминийсодержащего реагента в водный раствор, с образованием раствора для оптического анализа; оптический датчик, включающий излучатель, выполненный с возможностью направлять свет в раствор для оптического анализа; детектор, выполненный с возможностью обнаружения света, прошедшего через раствор для оптического анализа, и обеспечения оптического отклика, и контроллер, выполненный с возможностью определения концентрации оксоаниона в водном растворе, имеющем неизвестную концентрацию оксоаниона, на основе оптического отклика раствора для оптического анализа.

Изобретение относится к экологии, а именно к способу оценки состояния экосистем морских акваторий в зонах влияния источников загрязнения с использованием в качестве тест-объектов морских гидробионтов, культивируемых на плантации акватории, и/или гидробионтов, обитающих на естественных поселениях акватории бухты Козьмина с различной периодичностью.

Изобретение относится к экологии, а именно к способу оценки состояния экосистем морских акваторий в зонах влияния источников загрязнения с использованием в качестве тест-объектов морских гидробионтов, культивируемых на плантации акватории, и/или гидробионтов, обитающих на естественных поселениях акватории бухты Козьмина с различной периодичностью.

Изобретение относится к области аналитической химии применительно к определению суммарного содержания однотипных органических соединений, в частности углеводородов.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен переносной комплект для микробиологического анализа водных сред.

Изобретение относится к медицинской биотехнологии и может быть использовано в системах водообеспечения длительно функционирующих автономных гермозамкнутых космических и наземных обитаемых объектов.

Изобретение относится к специальному оборудованию, предназначенному для обучения студентов вузов и колледжей техническим дисциплинам. Лабораторная установка обратного осмоса и химического обессоливания включает стол с горизонтальной и вертикальной установочными поверхностями, на которых размещены питательный насос 1 с водонапорной магистралью, накопительный бак 5, механический фильтр 2, соединительные патрубки, задвижки отбора пробы и запорную арматуру.

Изобретение относится к химии, в частности к контролю качества воды, содержащей органические примеси. Способ заключается в использовании трех емкостей, в первую и вторую помещают исследуемый водный раствор, а в третью емкость помещают контрольный водный раствор, не содержащий органических примесей, во вторую и третью емкости добавляют сульфат меди или сульфат железа и раствор иодида калия, определяют количество выделившегося йода на основании предварительно построенной градуировочной зависимости между содержанием йода в системе и оптической плотностью, измеренной при длине волны 285 нм в кюветах с длиной оптического пути 50 мм.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения содержания жиров в жидкости. В настоящем изобретении предлагается способ определения присутствия жиров в телесной жидкости путем фотографирования капли телесной жидкости и расчета изменения площади контакта капли телесной жидкости и коэффициента диффузии площади контакта.

Изобретение относится к электрохимии, а именно к исследованию и анализу материалов путем определения электрохимических параметров при вольтамперометрических измерениях и может быть использовано при оценке поверхности электродов, модифицированных родием, а также поверхности высокоразвитых микро- и нанопористых катализаторов с осадками этого металла.

Изобретение относится к аналитической химии компонентов ионных форм неорганических веществ, определяемых в атмосферных осадках и поверхностных водах. Экстракционно-вольтамперометрический способ определения ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах включает экстракцию ионных форм указанных металлов из фильтрата поверхностной воды с рН≤2 в органическую фазу расслаивающейся системы расплава салицилата тиопириния и воды. При этом используют мольное соотношение 1:1 тиопирина и салициловой кислоты. Расплав массой 1 г помещают в центрифужную пробирку объемом 10 мл из полиэтилентерефталата. Затем добавляют 1 мл этилового спирта в качестве модификатора, 4 мл фильтрата природной воды и интенсивно встряхивают. После этого происходит расслаивание системы на фазы - верхнюю водную и нижнюю органическую. Органическую фазу отбирают в количестве 5 мкл, наносят на поверхность графитового электрода, помещают в 4,00 мл 0,1 М раствор хлороводородной кислоты. Регистрируют аналитические сигналы относительно хлоридсеребряного электрода методом инверсионной вольтамперометрии. Изобретение позволяет снизить температуру плавления расплава тиопирина и салициловой кислоты до 145°С при определении ионов цинка, кадмия, свинца и меди в поверхностных водах. 5 табл., 5 ил.

Наверх