Спосіб визначення сумісно присутніх іонів заліза у водних розчинах і пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до електрохімічних способів аналізу, зокрема, до кількісного аналізу Іонів заліза різного ступеню окислення при їх сумісному вмісті у пробах малих об'ємів (~0,5 мл) корозійних продуктів сталей, біологічних об'єктів та Інших окисно* відновних систем з участю заліза. Відомий високоточний фотометричний спосіб визначення заліза Fe [1] у водних розчинах шляхом переводу його в комплексну сполуку з гідроксиламінхлоридом та 1,10-фенантролІном з наступним концентруванням його на поліуретані. Межа визначення в цьому випадку 1,2 мкг/мл при рН 1,5-9. Відомий люмінесцентний метод [2], який передбачає також визначення тільки Іонів заліза однієї валентності. Для цього пробу обробляють люмінісцентними (порфіном) та поверхнево-активними речовинами І після видалення О2 реєструють кінетику довготривалого гасіння люмінісцєнції. Для вловлення Іонів заліза різної природи пропонуються різні складні гетероциклічні сполуки [Патент № 5017498 США. МКИ5 G 01 N 33/20. Публ. 910521, т. 1126 № 3], як індикатори. Недоліком усіх цих способів є те, що їх не можна застосовувати для аналізу мікропроб, оскільки по технічній суті є способами, що вимагають використання об'ємів не менше 5 мп. Крім того, вони є трудомісткі І вимагають складних Індикаторів. Найближчим по технічній суті до запропонованого винаходу є визначення сумісно присутніх Іонів заліза різного ступеню окислення Із застосуванням обертового дискового електроду з двому платиновими напівкільцями [3], які під'єднані до різних вольтамперометричних та реєструючих блоків, що одночасно фіксують Fe + та Fe . Для отримання достовірних результатів досліджувану поверхню ретельно очищали, включаючи травлення у вакуумі Іонами Аr+. Експерименти проводили в ЇМ розчині NaOH (pH > 7). Високі фонові струми на платинових півкільцевих електродах усунули з допомогою методу гідродинамічної прямокутної модуляції обертання -змінюючи його частоту від 100 дол 250 хв з частотою f = 0,5 с-1. Недоліком цього способу є вузький діапазон рН досліджуваних розчинів, що обмежуються тільки лужними середовищами (рН > 7). Цей метод є дуже трудомісткий 1, крім цього, застосування платини вимагає попередньо подавления фонових струмів методом гідродинамічної модуляції обертання електроду, що є механічно непростим. В основу винаходу покладено завдання удосконалити спосіб визначення сумісно присутніх іонів заліза Fe2+ та Fe3* у. водних розчинах за рахунок заміни платинового матеріалу Інертним матеріалом І стабілізації продуктів розчинення заліза в діапазоні 2,0 < рН < 11,0, що дає змогу диференційовано визначатиіони Fe2+, Fe3 в різних сполуках у широкому діапазоні рН середовища І спрощує техніку виконання аналізу. Поставлене завдання вирішується тим, що у даному способі диференційованого визначення сумісно присутніх іонів заліза різного ступеню окислення у водних розчинах, для стабілізації продуктів розчинення заліза в діапазоні рН 2 < рН < 11 додається 15% об. диметилформаміду, а у пристрої для реєстрації сумісно присутніх іонів у водних розчинах, що складається з обертового дискового електроду з двома платиновими напівкільцями, замінено на обертовий дисковий електрод Із скловуглецевим робочим матеріалом з перпендикулярним до робочої поверхні розшташуванням волокон. Суттєвими відмінностями винаходу від прототипу є: - додавання у водний розчин 15% об. диметилформаміду; - застосування Інертного скловуглецю як матеріалу робочого обертового дискового електроду вимірювальної електричної схеми. Авторами вперше запропоновано для стабілізації в часі початкового Інтермедіатного складу у мікропробі додавання диметилформаміду в кількості 15% об'ємних від відібраної проби, що зумовлено властивостями компонентів. При цьому реєстрація Іонів Fe2+ та Fe3* здійснюється одночасно на одному реєструючому пристрої. Використання скло-вуглецевого обертового дискового електроду неметалевої природи, який не викликає електрохімічних змін у шарі середовища на його поверхні, оскільки він є Інертним за природою, не дає високих фонових струмів, що заважають точності вимірювання При цьому розширяється діапазон рН досліджуваних розчинів від 2,0 до 11.0. Використання сукупності відмінностей призводять до того, що визначення Іонів заліза різного ступеню окислення є швидким у виконанні, може бути використаний як експрес-метод, не потребує складного технічного устаткування, спрощує метод вимірювання, і, таким чином, дає змогу отримати передбачений результат. Винахід Ілюструється наступними прикладами, що відображають послідовність операцій Ідентифікації та кількісного аналізу мікропроб у діапазоні рН від 2,0 до 11,0. В пробу 0.5 мл, що містить продукти розчинення заліза у водному розчині 3% NaCI, вводимо 0,1 мл диметилформаміду І доводимо цю пробу до об'єму 20 мл, необхідного для дослідження в електролізі. Кисень з розчину видаляємо інертним газом. Зняття вольтамперних кривих проводимо з допомогою стандартної 3-х електродної схеми, де робочим електродом є скловуглець марки СУ 2000 з перпендикулярним розміщенням волокон до поверхні, а допоміжним І порівняльним електродами служать платиновий та насичений каломелевий, відповідно. Кутова швидкість обертання електроду О = 16,7 с та швидкість розгортки потенціалу v=20mB/c. Результати реєструються на двохкоординатному самописці XY RECORDER-4103. Тривалість аналізу не перевищує 3 хв. Якісний аналіз результатів досліджуваних проб показує, що Fe, Fe34- та відповідні гідроксиди відновлюються диференційовано: при Ε « -0,190 В - поверхневий гідроксид Fe(OH)3. при Ε - -0,650 В - вільний Fe3*, при Ε - -1,140 В -гідроксид Fe(OH)2 I при Ε - -1,195 В - вільний Іон Fe2+, що є підставою Ідентифікації продуктів розчинення заліза. Ідентифікацію вільних Іонів заліза та продуктів гідролізу проводили по потенціалах ]х відновлення, а кількісне визначення по І - f(C) залежностях, де С для вільних Іонів концентрація відповідних солей, а С для гідроксидів - різниця між початковою концентрацією солі і проміжною кількістю Π в процесі гідролізу, Приклад визначення вільних Іонів приведений в таблиці 1. Результати досліджень, приведені в табл. 1, підтверджують те, що точність кількісного визначення вільних Іонів заліза в сумішах до концентрації 10"6 г- Іон/л не зменшується в порівнянні з визначенням Індивідуальних Іонів. Зміна рН середовища в діапазоні від 2,0 до 11,0 не знижує точності визначення Іонів, що демонструється в таблиці 2. Наведені приклади підтверджують ефективність способу визначення І дають основу-для його використання.