Состав блистерной ячейки для определения фосфатов в водных растворах
Владельцы патента RU 2776016:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) (RU)
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к составу для определения фосфатов в водных растворах. Состав блистерной ячейки для определения фосфатов в водных растворах на основе силикагеля, обработанного смесью, включающей тетрагидрат 24-оксогептамолибдат (VI) аммония, калий сурьмяновиннокислый, калий сернокислый кислый, 2,3-дигидроксибутандиовую кислоту, гамма-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновую кислоту, натрий сернокислый кислый, 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновую кислоту, сульфат алюминия, костру льна, взятые в определенном соотношении. Вышеописанный способ обеспечивает стабильность физико-химических характеристик заявленного состава в течение длительного времени и точность определения концентрации фосфат-иона в водных растворах. 3 пр.
Изобретение относится к области аналитической химии, почвоведения и экологии, а именно к разработке различных составов для определения фосфатов в водных растворах с помощью фосфорно-молибденовых гетерополисоединений. Такие составы обладают окислительными свойствами, реагируют с разными восстановителями с образованием интенсивно окрашенных продуктов восстановления синего цвета. Разработанный состав позволяет применять его для определения фосфат-ионов с низкими пределами обнаружения, упростить процедуру анализа, снизить время на приготовление состава, повысить стабильность состава при хранении в различных температурных условиях.
Известен состав, в котором носителем является диоксид кремния, модифицированный фосфорно-молибденовыми гетерополисоединениями для определения различных органических и неорганических восстановителей (аскорбиновой кислоты, гидрохинона, пирокатехина, резорцина, гидразина, олова (II). (Патент РФ №2139243).
Недостатком данного состава являются высокие энергозатраты для приготовления состава, длительность приготовления и невозможность применять для определения фосфат-ионов, нестабильность состава при длительном хранении, а также желтый цвет порошка, который затрудняет определение веществ.
Известен способ получения состава на основе сорбента в виде пористого диоксида кремния, который обработан аммонийной солью фосфорно-молибденовой кислоты. При этом на приготовление порошка необходимо нагревать реакционную смесь в течение 24 часов, затем высушивать при температуре 105°С в течение 24 часов. Полученный порошок модифицированного диоксида кремния используют для выделения и определения радионуклида Cs137 водных растворах, но не применяют для определения фосфат-ионов [Terada К., Hayakawa Н., Sawada К., Kiba Т. Talanta. - 1970, v. 17, p. 955-963. 45].
Недостатком данного способа является длительность приготовления порошкообразного состава, высокие энергозатраты, нестабильность при хранении за счет высокой гигроскопичности.
Наиболее близким к настоящему способу приготовления состава для определения фосфатов является способ приготовления тест-россыпей [Жевнеров А.В., Байбеков Р.Ф., Белопухов С.Л., Бочкарев А.В. Разработка тест-россыпей для блистерно-колориметрического анализа фосфат-ионов // Мелиорация и водное хозяйство. 2020. №4. С. 24-29].
При приготовлении состава для определения фосфат-ионов используют (мас. %) тетрагидрат 24-оксогептамолибдат (VI) аммония 2,5-4,0%, калий сурьмяновиннокислый 0,48-0,55%, калий сернокислый кислый 12,5-18,6%), 2,3-дигидроксибутандиовая кислота 0,8-1,25%, гамма-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты 1,0-1,25%), натрий сернокислый кислый 14,2-24,2%, силикагель (до 100%) или от 58,3 до 66,5%.
Недостатком данного состава является наличие желтоватой окраски порошка или таблетки из этого порошка, что снижает пределы обнаружения фосфатов при использовании спектральных методов анализа, малая сорбционная способность силикагеля, гигроскопичность порошка, что снижает сроки хранения, особенно, если проводить анализы в полевых условиях, изготавливаются 3 вида составов, которые необходимо хранить отдельно при температуре 5-6°С.
Проведя анализ существующего уровня техники, было выявлено, что технической проблемой в данной области является недостаточный ассортимент простых в использовании составов блистерных ячеек для определения фосфатов в водных растворах.
Ожидаемым техническим результатом предлагаемого технического решения является изготовление состава блистерной ячейки, сохраняющего стабильность и физико-химические характеристики в течение длительного времени при повышении точности определения концентрации фосфат иона в жидких средах, при снижении энергозатрат за счет уменьшения температуры растворов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что состав блистерной ячейки для определения фосфатов в водных растворах, содержащий фосфат ионов на основе силикагеля, обработанного тетрагидрат 24-оксогептамолибдат (VI) аммония, калий сурьмяновиннокислый, калий сернокислый кислый, 2,3-дигидроксибутандиовую кислоту, гамма-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновую кислоту, натрий сернокислый кислый, при этом из компонентов состава готовят три вида смеси, высушивают и при использовании перемешивают, состав содержит дополнительно 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновую кислоту, сульфат алюминия, костру льна-долгунца или льна масличного, при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %:
| тетрагидрат 24-оксогептамолибдат (VI) аммония | 2,5-4,0 |
| калий сурьмяновиннокислый | 0,4-0,6 |
| калий сернокислый кислый | 10,0-11,0 |
| 2,3-дигидроксибутандиовая кислота | 0,8-1,0 |
| гамма-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты | 0,9-1,0 |
| 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая кислота | 0,5-1,0 |
| натрий сернокислый кислый | 1,0-12,0 |
| сульфат алюминия | 1,0-12,0 |
| силикагель | 30,0-60,0 |
| костра льна-долгунца или льна масличного | до 100 |
Состав блистерной ячейки дополнительно содержит 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновую кислоту, сульфат алюминия и специально обработанную костру льна-долгунца или льна масличного в количестве по массе до 100%, что соответствует 20-25%) от общей массы размером 0,10-0,25 мм, предварительно обработанную 20% раствором перекиси водорода.
Льняная костра образуется на льнозаводах после выделения волокна и семян, содержит до 85% целлюлозы, 10-15%) лигнина, пентозанов, зольных элементов, является хорошим сорбентом.
Пример 1 (по прототипу)
Готовят смесь №1. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 20 г силикагеля, вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 22°С в течение 20 минут. Затем через слой силикагеля сверху вниз пропускают нагретый до 90°С раствор тетрагидрат 24-оксогептамолибдат (VI) аммония с концентрацией 100 г/100 мл воды, 30 секунд выдерживают раствор в колонке, откачивают раствор из колонки через воронку Бюхнера. Далее, через этот же слой пропускают раствор калия сернокислого кислого с концентрацией 90 г/100 мл воды при температуре 90°С, выдерживают 30 сек. в слое силикагеля и откачивают, снижая давление в нижней части колонки.
Готовят смесь №2. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 20 г силикагеля, вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 22°С в течение 20 минут. Затем через слой силикагеля пропускают нагретый до 70°С раствор гамма-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты с концентрацией 0,4 моль/л, выдерживают 5 минут и откачивают, снижая давление в нижней части колонки.
Готовят смесь №3. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 20 г силикагеля, вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 22°С в течение 20 минут. Затем через слой силикагеля пропускают нагретый до 90°С раствор калий сурьмяновиннокислый с концентрацией 0,02 моль/л и натрий сернокислый кислый и через 5 минут откачивают, снижая давление в нижней части колонки.
Все три смеси силикагеля высушивают до постоянной массы на бумажном фильтре в вакуумной воронке. Хранят смеси отдельно друг от друга.
Для определения фосфатов все три смеси смешивают в стехиометрических соотношениях: 1-я смесь - 1 часть, 2-я смесь - 0,8 части, 3-я смесь - 0,1 части.
Пример 2.
Готовят смесь №1. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 10 г силикагеля и 10 г костры льна-долгунца или льна масличного, вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 22°С в течение 10 минут. Затем через слой силикагеля сверху вниз пропускают нагретый до 70°С раствор тетрагидрат 24-оксогептамолибдат (VI) аммония с концентрацией 100 г/100 мл воды, 30 секунд выдерживают раствор в колонке, откачивает раствор из колонки через воронку Бюхнера. Далее, через этот же слой пропускают раствор калия сернокислого кислого с концентрацией 80 г/100 мл воды при температуре 70°С, выдерживают 30 сек. в слое силикагеля и откачивают, снижая давление в нижней части колонки. Готовят смесь №2. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 10 г силикагеля и 10 г костры льна-долгунца или льна масличного, вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 22°С в течение 10 минут. Затем через слой силикагеля пропускают нагретый до 50°С раствор гамма-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты с концентрацией 0,4 моль/л и 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая кислоты с концентрацией 0,2 моль/л, выдерживают 5 минут и откачивают, снижая давление в нижней части колонки.
Готовят смесь №3. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 10 г силикагеля и 10 г костры льна-долгунца или льна масличного, вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 22°С в течение 10 минут. Затем через слой силикагеля пропускают нагретый до 70°С раствор калий сурьмяновиннокислый с концентрацией 0,02 моль/л и натрий сернокислый кислый, с концентрацией 9 г/100 мл воды и сульфат алюминия с концентрацией 9 г/100 мл воды и через 5 минут откачивают, снижая давление в нижней части колонки.
Все три смеси смешивают в стехиометрических соотношениях: 1-я смесь - 1 часть, 2-я смесь - 0,8 части, 3-я смесь - 0,1 части и высушивают до постоянной массы на бумажном фильтре в вакуумной воронке и в последующем используют для определения фосфатов.
Пример 3.
Готовят смесь №1. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 10 г силикагеля и 15 г костры льна-долгунца или льна масличного, вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 22°С в течение 10 минут. Затем через слой силикагеля сверху вниз пропускают нагретый до 70°С раствор тетрагидрат 24-оксогептамолибдат (VI) аммония с концентрацией 90 г/100 мл воды, 30 секунд выдерживают раствор в колонке, откачивает раствор из колонки через воронку Бюхнера. Далее, через этот же слой пропускают раствор калия сернокислого кислого с концентрацией 90 г/100 мл воды при температуре 70°С, выдерживают 30 сек. в слое силикагеля и откачивают, снижая давление в нижней части колонки.
Готовят смесь №2. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 10 г силикагеля и 15 г костры льна-долгунца или льна масличного, вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 22°С в течение 10 минут. Затем через слой силикагеля пропускают нагретый до 50°С раствор гамма-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты с концентрацией 0,3 моль/л и 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая кислоты с концентрацией 0,3 моль/л, выдерживают 5 минут и откачивают, снижая давление в нижней части колонки.
Готовят смесь №3. Для этого в термостатируемую колонку объемом 25 мл загружают 10 г силикагеля и 15 г костры льна-долгунца или льна масличного, вакуумируют для удаления воздуха из пор при температуре 22°С в течение 10 минут. Затем через слой силикагеля пропускают нагретый до 70°С раствор калий сурьмяновиннокислый с концентрацией 0,03 моль/л и натрий сернокислый кислый с концентрацией 2 г/100 мл воды и сульфат алюминия с концентрацией 12 г/100 мл воды и через 5 минут откачивают, снижая давление в нижней части колонки.
Все три смеси смешивают в стехиометрических соотношениях: 1-я смесь - 1 часть, 2-я смесь - 0,8 части, 3-я смесь - 0,1 части и высушивают до постоянной массы на бумажном фильтре в вакуумной воронке и в последующем используют для определения фосфатов.
По сравнению с прототипом предложенное изобретение снижает время на приготовление смеси (в 2 раза), обеспечивает стабильность физико-химических показателей состава для последующего определения фосфат-ионов, возможность смешивания всех исходных компонентов в один состав, хранение состава при комнатной температуре 20-22°С в течение 1 года без потери свойств, снижение энергозатрат за счет уменьшения температуры растворов для приготовления смесей на 20°.
Состав для определения фосфатов в водных растворах на основе силикагеля, обработанного тетрагидрат 24-оксогептамолибдат (VI) аммония, калий сурьмяновиннокислый, калий сернокислый кислый, 2,3-дигидроксибутандиовую кислоту, гамма-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновую кислоту, натрий сернокислый кислый, отличающийся тем, что состав содержит дополнительно 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновую кислоту, сульфат алюминия, костру льна, при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %:
| тетрагидрат 24-оксогептамолибдат (VI) аммония | 2,5-4,0 |
| калий сурьмяновиннокислый | 0,4-0,6 |
| калий сернокислый кислый | 10,0-11,0 |
| 2,3-дигидроксибутандиовая кислота | 0,8-1,0 |
| гамма-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты | 0,9-1,0 |
| 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая кислота | 0,5-1,0 |
| натрий сернокислый кислый | 1,0-12,0 |
| сульфат алюминия | 1,0-12,0 |
| силикагель | 30,0-60,0 |
| костра льна | до 100 |
