Спосіб селективного та експресного визначення концентрації ванадію (v)

Спосіб визначення концентрацій ванадію (V) в об'єктах різної природи який полягає в тому, що в аналізованій пробі, після відповідної пробопідготовки, встановлюють значення кислотності рН 0, додають як реагент водний розчин кармоазину, потім корегують кислотність середовища до рН 0, реакційну суміш нагрівають у мікрохвильовій пічці протягом 6 хвилин (або на інтенсивно киплячій водяній бані - 20 хвилин), після нагрівання у реак 3 Відомий спектрофотометричний спосіб кількісного визначення ванадію (V) у розчинах, нафті та -6 паливі в межах (0,98-9,8)·10 моль/л за допомогою ксиленолового оранжевого при рН 3-5 з утворенням комплексної сполуки з максимумом світлопоглинання 530 нм. (Музгин В.Н., Хамзина Л.Б., Золотавин В.Л. Аналитическая химия ванадия. - М.: Наука. - 1981. -214 с.). Недоліком способу є недостатня селективність даного реагенту, використання якого вимагає проведення додаткових стадій маскування та відокремлення супутніх іонів (Fe, Al, Cu, Zn, Cd, Bi, Zr, Ga, Th, Co, Ni, Mn, Sc). Відомий спектрофотометричний спосіб кількісного визначення ванадію (V) при рН 4-5 у воді та сталі за допомогою сульфоназо при нагріванні на водяній бані протягом 15 хвилин з утворенням комплексної сполуки з максимумом світлопоглинання при 620-640 нм. (Музгин В.Н., Хамзина Л.Б., Золотавин В.Л. Аналитическая химия ванадия. М.: Наука. - 1981. - 214 с.). Недоліком способу є багатостадійність процесу і недостатня селективність даного реагенту, використання якого вимагає проведення додаткових стадій маскування та відокремлення багатої кількості супутніх іонів (Ga, Al, Cu, Sc, Co, In, Bi, Th, U, Fe, Ті, W, Zr, Sn та ін.). Прототипом, тобто найбільш близьким за технічною сутністю та аналітичним результатом, що досягається, є спосіб визначення ванадію (V) викладений авторами Музгин В.Н., Хамзина Л.Б., Золотавий В.Л. (Аналитическая химия ванадия. М.: Наука. - 1981. - 214 с.). Даний спосіб полягає у тому, що відібрану пробу, яка містить ванадій (V) вносять у ділильну воронку, додають перманганат калію, хлороводневу кислоту, потім додають хлороформний розчин N-бензоіл-N-фенілгідроксиламіну, органічний розчинник (хлороформ) та струшують отриману водно-органічну суміш декілька хвилин. Отриману двофазну систему, яка утворилась в наслідок екстракції комплексу ванадію, розділяють. В одержану водну фазу додають порцію хлороформу, струшують, після чого відокремлюють органічну фазу. Одержані екстракти об'єднують і фільтрують через сухий фільтр, розбавляють до постійного об'єму хлороформом. Концентрацію іонів ванадію в органічній фазі визначають шляхом реєстрації спектрів світлопоглинання у видимій області електронного спектру. Спосіб дозволяє визначити ванадій (V) у діапазоні -3 його концентрацій (0,39-3,9)·10 моль/л. Визначенню заважає присутність Мn, Сr, Се, Mo, W, Fe, Cu, Co, Ni, Ті, Nb, Th. Недоліком способу є його складність, багатостадійність, трудомісткість аналізу, а також застосування великої кількості коштовних і екологічно небезпечних реагентів та необхідність проведення декількох стадій маскування присутніх іонів. Все це унеможливлює його використання, як простого, селективного та експресного методу визначення концентрації ванадію (V) в аналізованій пробі. Задачею, на рішення якої спрямована пропонована корисна модель, є розробка більш простого і селективного способу визначення мікроконцентрацій ванадію (V) у складних і різних за природою об'єктах (води різних категорій, різноманітна промислова продукція, фармацевтичні пре 59311 4 парати, харчові продукти) з техніко-економічним ефектом, що полягає у придатності способу для лабораторних умов з використанням електронної спектрофотометрії, що ґрунтується на порівнянні зміни забарвлення розчину в залежності від концентрації ванадію в аналізованій пробі в наслідок реакції комплексоутворення ванадію з 4-сульфо2(4'-сульфонафталін-1'-азо)нафтолом-1 (кармоазином). Дана задача вирішується пропонуємим способом визначення концентрацій ванадію (V) в об'єктах різної природи, який полягає в тому, що в аналізованій пробі, після відповідної пробопідготовки, встановлюють значення кислотності рН 0, додають в якості реагенту водний розчин кармоазину, потім корегують кислотність середовища до рН 0. Реакційну суміш нагрівають у мікрохвильовій пічці протягом 6 хвилин (або на інтенсивно киплячій водяній бані - 20 хвилин). Після нагрівання у реакційну суміш додають органічний розчинник та доводять до загального об'єму 50 мл дистильованою водою. Вимірюють інтенсивність поглинання отриманого розчину в діапазоні =200450 нм, при товщині кювети 10 мм, по відношенню до відповідної концентрації кармоазину, за якою судять про концентрацію ванадію у аналізованій пробі, який відрізняється тим, що в аналізованій пробі встановлюють відповідне значення кислотності середовища (рН 0), додають розчин кармоазину та після нагрівання одержаної суміші вводять 25 об. % етилового спирту, що призводить до зниження мінімальної межі визначення і дозволяє визначати менші концентрації ванадію (V) в об'єктах різної природи без проведення стадії попереднього концентрування і відокремлення ванадію від супутніх іонів. Вказана задача вирішується таким чином: залежно від агрегатного стану та природи відібраної проби на аналіз заздалегідь проводять відповідну пробопідготовку, після чого певну кількість одержаного зразку розчиняють у розчині мінеральних кислот, встановлюють рН 0 (додаючи 4М H2SO4), потім вносять в одержаний розчин відповідну кількість водного розчину кармоазину з концентрацією -2 110 моль/л і струшують протягом декількох хвилин, потім корегують рН 0 та нагрівають у мікрохвильовий пічці протягом 6 хвилин (або на інтенсивнокиплячій водяній бані - протягом 20 хвилин). Після нагрівання у реакційну суміш додають 25 об. % етилового спирту та доводять дистильованою водою до загального об'єму 50 мл. У результаті реакції спостерігається зміна забарвлення розчину з темно-червоного на жовтий при цьому інтенсивність забарвлення залежить від концентрації ванадію у підготовленій пробі. Потім вимірюють інтенсивність поглинання отриманого розчину в діапазоні =200450 нм, при товщині кювети 10 мм, по відношенню до відповідної концентрації кармоазину. Концентрації іонів ванадію у розчині визначають використовуючи градуювальний графік, де певна величина інтенсивності поглинання відповідає певній концентрації ванадію. Таким чином, проводять кількісне визначення концентрації ванадію у пробі в діапазоні концентрацій -5 (0,0253,5)10 моль/л ванадію, що дозволяє ви 5 користовувати пропонований спосіб, як експресний, високоселективний та досить чутливий метод визначення ванадію у різних за складом об'єктах. Для здійснення пропонованого способу необхідні такі прилади та устаткування: спектрофотометр з діапазоном довжин хвиль 200-600 нм, скляний посуд, водяна баня і заздалегідь побудований градуювальний графік у діапазоні концентрацій -5 ванадію (V) (0,0253,5)10 моль/л. Загальними ознаками пропонованого способу і прототипу є наступні: у пробі для аналізу, після проведення необхідно попередньої відповідної пробопідготовки, встановлюють певне значення кислотності середовища; потім у підготовлену пробу додають відповідні реагенти. Одержану реакційну суміш струшують, що призводить до утворення комплексної сполуки зазначеного кольору. Відмінними (новими) ознаками пропонованого способу від прототипу є наступні: в аналізованій пробі встановлюють значення кислотності рН 0, додають в якості реагенту водний розчин кармоазину, потім корегують кислотне середовище до рН 0. Реакційну суміш нагрівають у мікрохвильовій пічці протягом 6 хвилин (або на інтенсивно киплячій водяній бані - протягом 20 хвилин). Після нагрівання у реакційну суміш додають 25 об. % етилового спирту та доводять дистильованою водою до загального об'єму 50 мл. Вимірюють інтенсивність поглинання отриманого розчину в діапазоні =200450 нм, при товщині кювети 10 мм, по відношенню до відповідної концентрації кармоазину, за якою судять про концентрацію ванадію у аналізованій пробі. Спосіб ілюструється наступними прикладами. Приклад 1 Попередньо у лабораторії будували градуювальний графік (Фіг. 1), за даними залежності величини інтенсивності світлопоглинання від концентрації ванадію. Кожній точці градуювального графіку відповідала певна концентрація ванадію (V) у розчині: (0,5-1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-3 -3,5)10 моль/л. Для цього, у 7 склянок вносили певну кількість водного розчину ванадію, у кожному з яких місти-3 лось по: (0,5-1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-3,5)10 моль/л ванадію та встановлювали рН 0 (додавали 4М H2SO4). У кожну склянку вносили водний розчин -2 кармоазину з концентрацією 1,510 моль/л і струшували протягом декількох хвилин, корегували кислотність середовища до рН 0. Потім реакційну суміш нагрівали у мікрохвильовий пічці протягом 6 хвилин. Після нагрівання у реакційну суміш додавали 25 об. % етилового спирту та доводили до загального об'єму 50 мл дистильованою водою. У результаті реакції спостерігалася зміна забарвлення розчину з темно-червоного на жовтий, при цьому інтенсивність забарвлення залежала від концентрації ванадію у кожній склянці. Потім вимірювали інтенсивність поглинання одержаного розчину в діапазоні =200450 нм, при товщині кювети 10 мм, по відношенню до відповідної концентрації кармоазину. Концентрацію іонів ванадію встановлювали за допомогою отриманого градуювального графіку, де певній величині інтенсивності 59311 6 поглинання розчину відповідає певна концентрація ванадію. Для випробування запропонованої корисної моделі готували модельний розчин з певним вмістом відповідних сторонніх іонів (Na, K, Fe, Al, Ni, Cu, Ca, Mn, Zn, Cr, Mo, W, Hg), встановлювали pH 0 (4M H2SO4). У кожну склянку вносили водний -2 розчин кармоазину з концентрацією 1,510 моль/л і струшували протягом декількох хвилин, корегували кислотність середовища до рН 0. Потім реакційну суміш нагрівали у мікрохвильовій пічці протягом 6 хвилин. Після нагрівання у реакційну суміш додавали 25 об. % етилового спирту та доводили до загального об'єму 50 мл дистильованою водою. Потім вимірювали інтенсивність поглинання одержаного розчину в діапазоні =200450 нм, при товщині кювети 10 мм, по відношенню до відповідної концентрації кармоазину. Концен-трацію ванадію встановлювали за допомогою отриманого градуювального графіку, на якому певна величина інтенсивності поглинання розчину відповідає певній концентрації ванадію. Наприклад, значення інтенсивності поглинання 1,01, отже концентрація ва-5 надію у розчині дорівнює 1,510 моль/л. Експеримент повторювали три рази. Всі три рази значення інтенсивності поглинання були однакові зі значенням інтенсивності поглинання на градуювальному графіку і дорівнювало 1,01, що відповідає концен-5 трації ванадію - 1,510 моль/л. Приклад 2 Випробування селективності запропонованої корисної моделі «Спосіб селективного та експресного визначення концентрації ванадію (V)» з кількісного та експресного визначення концентрацій ванадію у складних багатокомпонентних об'єктах, з використанням заздалегідь отриманого градуювального графіку, виконано на прикладі модельних розчинів фармацевтичного препарату полівітамінів -5 VITRUM Energy, що містить 0,19610 моль/л ванадію (V) у одній таблетці поряд з такими елементами як: Са, Сu, Р, Fe, Na, Mg, Cr, Mn, Ni, K, Se, Si, В, І, Сl. Умови проведення експерименту аналогічні прикладу 1. Експеримент повторювали три рази і всі три рази значення інтенсивності поглинання були однакові зі значенням інтенсивності поглинання на градуювальному графіку і дорівнювало -5 1,3, що відповідає концентрації ванадію - 210 моль/л. Таким чином, можна зробити висновок, що вказані супутні іони, які присутні у полівітамінах не заважають визначенню ванадію пропонованим способом, який і може бути застосований для контролю за його вмістом у складних багатокомпонентних об'єктах, без стадії маскування, або відокремлення сторонніх іонів. До переваг способу, який пропонується, відноситься експресність проведення аналізу. Визначення концентрацій ванадію в одній пробі, після проведення відповідної пробопідготовки, пропонованим способом проводиться за 15-20 хвилин. В той час, проведення аналізу, способом викладеним у прототипі, займає 5060 хвилин. Економічний ефект: мала вартість аналізу однієї проби пропонованим способом. Ціна концентрованої сірчаної кислоти (для створення певної 7 59311 кислотності середовища) коштує 0,1 грн.; водне-2 вий розчин кармоазину концентрації 1,510 моль/л0,3 грн.; 25 мл етилового спирту 0,9 грн. Вартість аналізу пропонованого способу суттєво менше ніж у прототипу. Розрахунки показали, що загальна вартість визначення концентрації ванадію (V) в одній пробі, способом який пропонується Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 8 дорівнюється приблизно 1,3 грн., в залежності від необхідності проведення попередньої стадії пробопідготовки, а у прототипі не менш 6 грн. Таким чином, пропонований спосіб є селективним, експресним та більш економічнім і може бути використаний для визначення мікроконцентрацій ванадію (V) різних за природою об'єктах. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601