Способ концентрирования ионов металлов

 

1)!

ОП " Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик о» 690362

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополиительиое к авт. сеид-еу— (22) Заявлено 04,04:77(21) 2467949/25-26 (5!)М. Кл. а 01 Ы 1/28

G 01 И 31/08 с присо@дииеииеь заявки М—

Госуяарстаенный комнтет

СССР но деяан нзобретеннЯ н открытнЯ (23) Приоритет—

Опубликовано 05.10.79. Бюллетень Й9 37

Дата опубликоваиия описания 10. 10. 79 (53) УДК 543.544: 542.61(088.8) (72) Авторье

Е Е ия В. А. ЛУгинин, Е. Н. КовРигина и И. A. ЦеРковниЦкаЯ (71) Заявитель

Ленинградский ордена Ленина н. ордена Трудового Красного

Знамени государственный университет им. A. А. Жданова (54) СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к хроматографическим методам концентрирования микросодержаний ионов металлов в водах, и может быть использовано в хи- 5 мических и геологических лабораториях, занимающихся вопросами анализа природных и других вод, охраны окружающей среды.

Известны методы концентрирования 10 ионов металлов из вод заключанхцнеся, главным образом, в экстракции их различными хелатообразующими реагентами,, например оксихинолином, дитизоном, купфероном и другими, в органических 15 растворителях — хлороформе, четыреххлористом углероде и т. д. (1).

Недостатками этих методов являются значительная растворимость хелатов в воде, необходимость многократного повторения процесса экстракции с большими объемами водной фазы, в результате чего получаются значительные объемы

I органических экстрактов, которые тре- 25 буют либо реэкстракции, либо предварительной отгонки растворителя.

Известен способ концентрирования микроколичеств кобальта, меди, цинка, свинца, кадмия и.марганца методом

2 экстракционной хроматографии, состоящий в том, что через хроматографическую колонку, заполненную ацетилцеллюлозой высотой слоя 25 см, на которую нанесена органическая фаза — экстрагент-раствор дитизона в четыреххлористом углероде, пропускают анализируемую пробу воды объемом от 0,5 до

l0 л при рН 7,0 со скоростью. 2 л/ч.

При этом ионы металлов сорбируются на колонке и далее элюируются например соляной кислотойЕ 3.

Недостатки указанного способа связаны, в первую очередь, с применяемым реагентом-дитизоном, который является черезвычайно неустойчивым соединением, на свету он легко окисляется, загрязняя продуктами окисления колонку (элюаты) и затрудняя разделение сорбированных иоиов, что особенно зна.чительно проявляется при пропускании проб объемом 1 л. Замедленная кинетика экстракции и реэкстракции таких элементов как кобальт, медь, марганец требует болыаой высоты слоя носителя органической фазы, чтобы избежать потерь их при высоких скоростях пропускания анализируемой пробы..Используемяй носитель органической фазы имеет незначительную емкость по экстрагенту и удерживает ограниченное число реагентов, в результате этого приходится испольэовать колонки с большой высотой слоя носителя, а также часто возобновлять органическую фазу. Это приводит к значительному расходу реактивов и увеличивает вероятность загрязнения анализируемого концентрата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ концентрирования ионов серебра, алюминия, титана, железа, н 4келя, галлия, цинка методом экстрахцйонной хроматографии (3) .

Этот способ заключается в том, что чЕрез стеклянную хроматографическую колонку диаметром 10 мм, заполненную порошком фторопласта-4 размером частиц 2 мм, высотой слоя 10 мм, с нанЕсенным на него 0,1 М раствором окснхинолина в смеси изоамилового спирта и четыреххлористого углерода (1 2),20 пропускают 20 мл анализируемой воды при рН 7,0, насьаценной предварительно оксихинолином, со скоростью 0,40,5 мл/мин. При этом укаэанные выше ионы сорбируются на колонке и далее 25 элюируются 15-20 мл 2 N раствора соляной кислоты, насьиценной оксихинолином или четыреххлористым углеродом.

После упаривания элюата конечное оп- . ределение осуществляют спектральным N методом.

Недостатками указанного способа концентрирования является то, что используемый в качестве экстрагента хе" латообразующий реагент (оксихинолин) 35 отличается высокой растворимостью в воде, что заставляет насыцать им анализируемую пробу, элюент-соляную к нслоту перед пропусканием их через колонку. Несмотря на эти предосторож- 40 ности, объем пропускаемого через колонку анализируемого водного раствора очень мал (20 мм), а скорость пропускания (0,5 мл/мин) слишком медленна, чтобы можно было применить этот метод к концентрированию ионов иэ проб объемом около 0,5 л. Выбранный реагент (оксихинолин) не дает возможности концентрировать такие важные элементы как медь, кобальт, марганец и ряд других.

Целью изобретения является ускорение и упрощение процесса и расширение границ его применимости.

С этой целью в дополнение к известному способу концентрирования микроколичеств ионов металлов иэ вод методом экстракционной хроматографии, включающему пропускание анализируемОй пробы воды через хроматографическую колонку, заполненную твердым; 4Î носителем органической Фазы (полихромом-1) с нанесенным иа него экстраг@нтом в растворителе и последующем элюировании сорбированных ионов элю. ентом, например соляной кислотой, М предлагается в качестве экстрагента использовать раствор рубеановодородной кислоты в трибутилфосфате. Через подготовленную к работе колонку пропускают анализируемую пробу воды объемом 0,5-1,0 л, имеющую рН 9,0 со скоростью 1-2 л/ч. При этом происходит извлечение на колонку HoHos никеля, кобальта, меди, марганца, цинка, свинца, железа и ряда других (если они присутствуют в пробе), которые далее могут быть элюированы раствором соляной кислоты. Применяемый носитель органической фазы — полихром-1 представляет собой выпускаемую промьпаленностьъ модификацию фторопласта-4.

Предлагаемый хелатообразующий реагент (рубеановодородная кислота) nîàsoonest концентрировать ионы меди, кобальта и марганца, отличается низкой растворимостью в воце (2,2:10 м/л) и в сочетании с трибутилфосфатом, который служит растворителем для экстра-гента, позволяет увеличить объем анали-зируемой пробы воды до 1 л и более в отличие от 20 мл в известном -.пособе.

Высота слоя носителя в предла -ае мом способе составляет около 7 см„. ь то время как в известном способе для пропускания такого объема воды требуется увеличить высоту твердого носителя до >i50 см. уменьшение высоты слоя твердого носителя, достигаемое в предлагаемом способе, ускоряет процесс концентрирования, уменьшает расход экстрагента, разбавителя и элюента. Вследствие устойчивости ! прецлагаемого реагента колонка с на= несенным экстрагентом может быть использована до 10 раз при объеме анализируемой пробы воды 0,5 л, при этом не требуется предварительного насыщения пробы реагентом в отличие от известного способа. Исходные материалы и реагенты (полихром-1, рубеановодородная кислота, трибутилфосфат, соляная кислота) выпускаются промышленностью и являются широко распространенными в аналитической практике, поэтому внедрение предлагаемого способа в химических лабораториях не требует никаких дополнительных затрат.

Пример. Подготовка колонки.

В сухую стеклянную трубку высотой до

40 см и внутренним диаметром 10 мм засыпают 4 г порошка полихрома-1 размером частиц а HHT;ðâàëå 0,25-0,5 ьэ .

В нижнюю часть колонки помещают тампон фторопластовой ваты, а сверху вырезанный по диаметру трубки кружок плотного фильтра для предотвращения вспыливания частиц носителя. Перед нанесением экстрагента колонку с носителем промывают ацетоном для уплотнения носителя и высушивают, высота слоя носителя после уплотнения соста=--:ляет 75 мм. Затем через колонку про)пускают 3,0 мл 0,2 И раствора рубеа690 362

Формула изобретения

Со=тавитель A. Жаворонкова

Редактор Л. Курасона Техред И.Асталош Корректор )О.Макаренко

Тираж 1090 Подписное

Заказ 5954/40

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 новодородной кислоты н трибутилфосфате. Избыток экстрагента удаляют промыванием колонки 200 мп дистиллированной воды, после чего колонка готова к работе.

Колонку нставляют нижним концом в 5 пробку колбы Бунзена, которую присоединяют к водоструйному насосу. Пробу

0,5 л анализиоуемой воды, в которую введено 10 мкг кобальта (или меди, никеля марганца) и установлено аммиаком рН 9,0, переносят в сосуд, соединенный шлангом с колонкой, включают насос и пропускают воду через колонку со скоростью 1,5 л/ч. При этом ионы металла сорбируются на колонке,. что легко заметить по изменению окраски верхней части слоя носителя. Затем отсоединяют колбу Бунзена, вали=;,ают н колонку 30 мл раствора соr ÿêoé к. -;:слоты (1: 1) и собирают вытекающий элюат. Полу енный элюат анализируют ча содержание определяемых ионов фотометрическими методами.

После упаривания прошедших через коло-...õ.у фильтратон до объема около

1 :: .-р.-.:водят качественный контроль наличия а;-:ализируемых ионов н растворе с чувствительностью определения меди — 0,.02 мкг; кобальта — 0,03 мкг; никеля — 0Ä015 мкг; марганца

0,04 мкг.. Bce пробы дали отрицательнь1й результат, т. е. концентрирование и".eëåäóåìûõ ионов происходит полн ост ью:

Качественным анализом фильтрата после: паринания была установлена 35 полнота извлечения таких элементов как железо, свинец, цинк, кадмий, титан, висмут, галлий и ряда других при объеме анализируемой пробы 0,5 л и содержании микроэлементов в диапа- 4() зоне 1 -10 мкг/л.

Таким образом, применение предлагаемого способа концентрирования ионов иэ вод позволяет значительно расширить круг определяемых элементов.

Благодаря высокой устойчивости реагента возможно пропускать анализируемые пробы через колонку со скоростью до 2 л/ч,.что более чем в 60 раз выше скорости н известном способе.

Поскольку не требуется анализируемый водный раствор и элюент предварительно насыщать экстрагентом, это упрощает выполнение процесса, ускоряет его по сравнению с известным способом, а также удешевляет, так как зна55 чительно уменьшается расход реактивов.

Используемый экстрагент — (желатообразующий реагент) — рубеановодородная кислота устойчива к воздействию света и анализируемых нодных растворов, растворы ее в трибутилфосфате сохраняются на колонке при пропускании 5 л воды при высоте слоя носителя около

8 см.

Расход экстрагента невелик и составляет 0,002 r 0,2 М растнора рубе;ановодородной кислоты в трибутилфосфате на 1 г порошка полихрома-l, методика не требует предварительного насыщения экстрагентом водной фазы и злюента в отличие от известного способа. Подготовленная к работе колонка может быть использована для нескольких анализов без замены органической фазы (для 10 при объеме пробы 0,5 л и высоте слоя носителя около 8 см) .

Благодаря небольшому слою носителя органической фазы расход элюента на резкстра:ьцию сорбиронанньм ионов невелик и составляет при укаэанной высоте слоя носителя около 25 мл. Однако этого объема раствора вполне достаточно на реэкстракцию сорбированных ионов.

Способ концентриронания ионов металлов из водных растворов, включающий пропускание анализируемой пробы вод через хроматографическую колонку, заполненную твердым носителем с нанесенным на него экстрагентом в растворителе, и элюиронан;е сорбированных ионов элюентом, например соляной кислотой, отличающийся тем, что, с целью ускорения и упрощения процесса, в качестве экстрагента использую-. pacтнор рубеановодородной кислоты в трибутилфосфате.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Золотов К3. A. и Кузьмин Н. М.

Экстракционное концентрирование, N., химия, 1971.

2. Carrit D. Е. .Anal. Chem, 25, Р 12, 1927, 1953.

3. Кузьмин Н. М., Мещанкина С. B.

Промышленность химических реактивов и особо чистых веще"тв в ИРЕН. Выг. 20, 2б, 197С,, с. 5.