Спосіб кількісного визначення іонів важких металів в водних розчинах паперовою хроматографією

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам количественного определения ионов тяжелых металлов в водных растворах бумажной хроматографией и может быть использовано при контроле качества воды, почвы, воздуха, продуктов на содержание металлов. Известен хроматографический способ количественного определения ионов тяжелых металлов в растворе [Авт. св. СССР № 693251, кл. G 01 N 31/08, 1979]. при котором бумагу пропитывают реагентом, вступающим в химическое взаимодействие с определяемыми ионами, наносят пробы анализируемых и стандартных растворов на бумагу, конец бумаги ниже места нанесения проб опускают в промывную жидкость и по высотам образующихся пиков судят о концентрации ионов анализируемых растворов, при этом в качестве реагента для пропитки бумаги используют вещества, представляющие собой окрашенные осадки, способные растворяться от действия определяемого иона. Так, например, для определения оксалата иона бумагу пропитывают раствором перманганата калия, для определения кислот - растворами ализаринового красного и желатина, для определения щелочей - 0,05 Н раствором серной кислоты с последующей дополнительной обработкой раствором ализаринового желтого. Однако известный способ не позволяет количественно определять ионы тяжелых металлов. Известен способ определения тяжелых металлов осадочной бумажной хроматографией [Ольшанова К.М., Потапова М.Н., Копылова В.Д., Морозова Н.М. Руководство по ионообменной распределительной и осадочной хроматографии. М., "Химия", 1965, с, 270-274]. Способ предназначен для качественного определения ионов металлов и заключается в том, что бумагу пропитывают осадителем реагирующим с ионами металлов с образованием цветного комплекса, сушат, затем пробу в виде раствора азотнокислых солей тяжелых металлов, полученную концентрированием воды, наносят капилляром на бумагу, размывают дистиллированной водой до получения кольца, в 2-3 раза большего, чем первоначальный. Если присутствуют ионы, дающие разные окраски с осадителем, то получается ряд цветных колец. Например, групповой осадитель - калий йодистый дает желтую окраску со свинцом, красную - с ртутью, коричневую - с медью, черную - с висмутом. В зависимости от радиуса иона, расположение колец идет обратно пропорционально диаметру кольца; чем больше радиус иона, тем меньше диаметр кольца. По образовавшимся кольцам нельзя определить содержание указанных ионов. Известен также способ количественного определения ионов тяжелого металлажелеза (III) в водных растворах бумажной хроматографией, при котором бумагу пропитывают осадителем, вступающим в химическое взаимодействие с определяемыми ионами, наносят пробы анализируемых растворов азотнокислого железа и стандартных растворов на бумагу, помещают нижний край бумаги ниже нанесения проб в промывную жидкость и по высотам образующихся пиков судят о концентрации ионов железа (III). Процесс ведут при рН 2,0-2,5, а в качестве осадителя используют таннин [Авт. св. СССР № 1185232, кл. G 01 N31/22, 1985]. Прототип позволяет определять количественно ионы железа (III), однако дополнительная обработка бумаги промывной жидкостью до вызревания пиков требует затрат времени. Кроме того, для определения ионов тяжелых металлов необходимо найти определенные осадители, дающие только с определенными ионами окраску, что очень затруднительно. Так, например, медь дает окрашенные комплексы более, чем с 400 веществами, но не каждое вещество позволяет определить количество ионов тяжелого металла из группы ионов других тяжелых металлов. Таким образом, в основу изобретения положена задача создать способ количественного определения ионов тяжелых металлов в водных растворах бумажной хроматографией, в котором путем усовершенствования подбора индивидуальных осадителей, которыми обрабатывают фильтровальную бумагу, реагирующих с конкретными ионами тяжелых металлов, нанесенных на бумагу, обеспечивалось бы наряду с качественным количественное определение всех ионов тяжелых металлов из растворов смеси ионов при сокращении времени определения. Поставленная задача решена тем, что в способе количественного определения ионов тяжелых металлов в водных растворах бумажной хроматографией, при котором бумагу пропитывают осадителем, вступающим в химическое взаимодействие с определенными ионами, наносят пробы анализируемых растворов азотнокислых солей тяжелых металлов и стандартных растворов на бумагу и судят о концентрации ионов анализируемых растворов, согласно изобретению, процесс ведутпри рН 1-4, а о концентрации ионов анализируемых растворов судят по величине диаметра образовавшегося цветного круга. Целесообразно, чтобы в качестве осади-теля, вступающего в химическое взаимодействие с ионами меди, использовали 5% спиртовой раствор виолуровой кислоты. Целесообразно, чтобы в качестве осадителя, вступающего в химическое взаимодействие с ионами висмута, использовали 5% раствор тиомочевины, Целесообразно, чтобы в качестве осадителя, вступающего в химическое взаимодействие с ионами никеля, использовали 2% раствор диметилглиоксима. Целесообразно, чтобы в качестве осадителя, вступающего в химическое взаимодействие с ионами свинца, использовали 2,5% раствор калия йодистого. Целесообразно, чтобы в качестве осадителя, вступающего а химическое взаимодействие с ионами алюминия, использовали 0,5% раствор морина в спирте. Целесообразно, чтобы в качестве осадителя, вступающего в химическое взаимодействие с ионами кобальта, использовали 5% раствор -нитрозо-нафтола. Доведение растворов анализируемых азотно-кислых солей тяжелых металлов и стандартных растворов до рН 1-4 и использование осадителей вступающих в химическое взаимодействие с ионами определяемых ионов с образованием цветного комплекса в виде круга, по величине диаметра которого, в отличие от пика по прототипу, судят о концентрации ионов анализируемых растворов, позволяет осуществлять количественное определение индивидуальных ионов из растворов экспрессно и тем самым анализировать воду и любые другие растворы на предмет содержания в них тяжелых металлов и определения их доз. рН раствора позволяет обеспечить различную интенсивность окраски круга и более 4 нецелесообразно увеличивать рН, так с увеличением рН интенсивность окраски падает, особенно для ионов свинца, железа, и получается круг слабого цвета. Как известно, осадителем в осадочной хроматографии используют вещество, дающее малорастворимый осадок в воде и обладающий способностью удерживаться на носителе - бумаге. Вместе с тем от природы осадителя и растворимости комплекса зависит, может ли образоваться правильный круг. Так, например для иона меди характерны окрашенные комплексы в виде кругов на 6-ти осадителях, но не все они правильной формы. Авторами выявлены и подобраны осадители, неизвестные из литературы, вступающие в химическое взаимодействие с ионами меди и кадмия. Для качественного определения ионов тяжелых металлов применяются "индивидуальные реакции ионов" [Справочник химика. Т. IV, 1965, с. 191]. Так, для висмута тиомочевина [Там же, с. 218], для никеля - диметилглиоксим [Там же, с, 232], для свинца - калий йодистый [Там же, с. 212], для алюминия - ализарин в щелочном растворе [Там же, с. 203], для кобальта - a-нитрозо-b нафтол в кислой среде [Там же, с. 232]. Авторы определили концентрации указанных осадителей, а также дополнили второй осадитель для ионов алюминия. В указанных ниже примерах приводятся также известные осадители для других ионов тяжелых металлов. Таким образом, предлагаемый способ дает возможность провести количественный анализ целой гаммы тяжелых металлов в анализируемых растворах. Способ прост в исполнении, не требует сложной аппаратуры, затрат энергии, реактивов, применим в полевых условиях, отличается быстротой массовых анализов. Пример осуществления способа. Готовят раствор азотнокислой соли металла 5 г в 100 мл дистиллированной воды. Последовательно разбавляют концентрацию полученного раствора, уменьшая концентрацию каждого раствора в 2 раза, получают 10-11 проб раствора азотнокислой соли металла. Рассчитывают концентрацию металла в каждом растворе, например, алюминия (табл. 1, пример 6) Определяем, сколько алюминия в 5 г соли: В 100 мл воды концентрация 1-го раствора будет 0,0036 г/мл. При нанесении пробы 10 мкл или 0,01 мл концентрация пробы будет следующая: Следующие концентрации металлов сведены в табл. 1. В качестве осадителя, вступающего в химическое взаимодействие с ионами алюминия, используют 2% раствор морина в спирте, которым пропитывают фильтровальную бумагу- На пропитанную осадителем фильтровальную бумагу наносят 10 мкл каждого стандартного раствора. На бумаге получают цветную хроматограмму - в виде салатовых кругов на белом фоне. Каждая проба дает круги разных диаметров, которые уменьшаются с уменьшением концентрации (см. табл. 1). Таким образом получают тест по стандартным растворам, определяющий концентрацию раствора в исследуемой пробе. Зная тесты для стандартных растворов, можно определять неизвестную концентрацию в пробе. Исследовали состав 1 л водопроводной воды. Для этого пропускали исследуемую воду через сорбент и выделяли из него металлы разбавленной азотной кислоты (10 мл), в соотношении 1:1. Получали пробу в объеме 10 мл. На бумагу, пропитанную осадителем - 2% раствором морина в спирте, нанесли бумагу в объеме 10 мкл = 0,01 мл. Образовался салатовый круг диаметром 6 мм. Такому диаметру соответствует концентрация № 10 (см. табл. 1, пример 1), т.е. -0,00007 мг/0,01 мл. Составляет пропорцию: Способ позволяет определять аналогичным образом ионы тяжелых металлов в процессе лабораторных аналитических исследований получены индивидуальные для каждого конкретного металла осадители, которые представлены в табл. 2. Кроме того, исследования показали, что только определенная концентрация раствора способна дать четкую картину количественного состояния иона тяжелого металла в пробе. Пределы концентрации растворов для каждого исследуемого металла отражены в табл. 2. Тесты для каждого металла определяются аналогично приведенному примеру и отражены в табл.1. Установлено, что чем меньше концентрация иона металла в растворе, тем точнее определяется его концентрация, при этом относительная ошибка составляет 0,5-0,8%. Предложенный способ дает возможность значительно снизить (в несколько раз) ошибку анализа, так как в нем отсутствуют операции осаждения, выделения иона из смеси, кристаллизации или экстракции, отличается быстротой массовых анализов.