Спосіб визначення катіонних поверхнево-активних речовин

1 Спосіб визначення катіонних поверхневоактивних речовин, що включає концентрування забарвленого іонного асоціату аніона барвника з катіонною поверхнево-активною речовиною на сорбенті з наступним спектроскопічним детектуванням, який відрізняється тим, що як сорбент застосовують силікагель 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що як барвники застосовують ксантенові або сульфофталешові, або азобарвники Спосіб визначення катіонних поверхневоактивних речовин Запропонований винахід відноситься до аналітичної хімії і стосується визначення як довго-, так і коротколанцюгових катіонних поверхневоактивних речовин (КПАР) різної природи, які використовуються як миючі засоби, флотореагенти, фармацевтичні препарати, і може бути використаний для аналізу вод різних категорій природної, питної та стічної Відомий спосіб непрямого визначення КПАР (Николенко Н В , Масюта З В , Плаксиенко И Л , Тулюпа Ф М //Журн аналит Химии 1999 Т 54 №3 С 268-271) [1] Спосіб грунтується на СПІЛЬНІЙ адсорбції на силікагелі КПАР та катіонного барвника - метиленового синього (МС) в статичних умовах з наступним вимірюванням інтенсивності забарвлення розчину МС, який залишається у фільтраті, фотометричним методом Для цього у водний розчин проби, що містить, наприклад, етоній, додають (2-10г) силікагелю та утримують при періодичному перемішуванні протягом ЗО хвилин, додають розчин МС та доводять об'єм розчину до 100см3 водою, перемішують розчин протягом 5 хвилин, силікагель ВІДДІЛЯЮТЬ ВІД розчину за допомогою центрифугування та вимірюють штенсивность забарвлення фільтрату, що містить МС, фотометричним методом Інтенсивність забарвлення розчину МС пропорційна КІЛЬКОСТІ адсорбованого КПАР Спосіб дозволяє визначати 21000мг/дм3 четвертичних амонієвих основ (етоній, пропоній), солей алкіламінів (катамін), алкілефіроамшів (Flotigam ENA) Відносна похибка складає 6-12% Основними недоліками цього методу є невисока чутливість визначення КПАР, а також тривалість аналізу Відомий екстракційно-фотометричний метод визначення катюних поверхнево-активних речовин у воді (Лурье Ю Ю Аналитическая химия промышленных сточных вод-М Химия 1984 -С 355356) [2] Суть способу полягає в наступному Водний розчин проби, що містить 50-200мкг КПАР, розбавлюють або випаровують до 100см3 та переносять у ділильну воронку, створюють необхідне рН цитратним буферним розчином та 0,1 н розчином соляної кислоти, додають 2см3 розчину бромфенолового синього (БФС) та 50см3 хлороформу Перемішують 3 хвилини і вимірюють світлопоглинання органічної фази при 416нм відносно розчину порівняння, який не містить КПАР Межа визначення за цим способом становить 0,5мг/дм3 Діапазон визначаємих концентрацій становить 0,5-2,0мг/дм Основними недоліками цього методу є недостатньо висока чутливість визначення КПАР, а також застосування токсичних органічних розчинників Відомий також фотометричний метод визначення КПАР у водно-міцеллярному середовищі (Ac SU 1559275, МПК 5G01 N21/78, 1990) [3] Суть способу полягає в наступному Водний розчин аналізуючої проби, що містить, наприклад, хлорид цетілпіридинію (ЦПХ), оброблюють бромфеноловим синім і монооктілфеніловим ефіром поліетіленгліколю-30 при мольному співвідношенні (О (О (О 61676 можливості запропонованого способу Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб визначення катіонних поверхневоактивних речовин, що включає концентрування забарвленого іонного асоціату аніона барвника з катіонною поверхнево-активною речовиною на сорбенті з наступним спектроскопічним детектуванням, в якому, згідно з винаходом, як сорбент застосовують силікагель, при цьому як барвник застосовують ксантеновий, або сульфофталешовий, або азобарвник Нами встановлено, що при використанні силікагелю як сорбенту збільшується коефіцієнт розподілу іонних асоціатів КПАР-барвник на силікагелі, що приводить до більш ефективного вилучення утвореного асоціату в порівнянні з ВІДПОВІДНИМ ВІДПОВІДНО пшополіуретановим сорбентом Це забезпечує Таким чином, недостатньо висока чутливість підвищення чутливості сорбціино-фотометричного визначення, особливо коротколанцюгових КПАР, є визначення КПАР та скорочення часу аналізу основним недоліком способу [3] Найбільш близьким до винаходу за технічною Відоме застосування сорбенту силікагелю в суттю та результатом, що досягається, є сорбційспособі [3] Проте цей спосіб грунтується не на но-фотометричний метод визначення КПАР (Дмиконцентруванні визначаємої аналітичної форми, а триенко С Г, Пяткова Л Н , Бахаева Л П , Рунов тільки на її відділенні від рівноважного надлишку В К, Золотов Ю А//Журн аналит химии 1996 барвника, тому не забезпечує достатньої чутлиТ51 №5 С 493-497) [4] При реалізації даного вості визначення КПАР способу аналізували проби, що містили як довго, Застосування силікагелю Л5/40-100/250 так і коротколанцюгові КПАР з використанням су("Che т а рої") для прямого визначення КПАР у вильфофталешових барвників Утворення асоціату гляді іонних асоціатів з ксантеновими, сульфофКПАР-барвник здійснювали при рН, що оптимальні талешовими та азобарвниками у літераті не відодля кожного барвника Для цього в ємність для мо, що дозволяє вважати запропонований спосіб струшування вводять пробу, що -містить, наприктаким, що відповідає критеріям "новизна", "винахілад, довголанцюговий КПАР-бромид дницький рівень" Винахід є промислове придатцетілтриметіламонію (ЦТМАБ), додають 10см ним, оскільки дозволяє визначати вміст КПАР у 10% розчину Na2CO3 (рН=8,0), 1см3 5-104моль/дм3 питній воді на рівні 0,08-0,4гдк розчину бромфенолового синього та доводять Спосіб реалізується наступним чином об'єм розчину до 25см3 В ємність опускають табВизначенню підлягали довголанцюгові КПАР летку сорбенту-пшополіуретану (ППУ), прижимахлорид цетілпіридинію (ЦПХ), ють її скляною паличкою та струшують протягом хлорид тетрадецилпіридинію (ТДПХ), 40 хвилин на механічному вібраторі Таблетку бромид цетілтриметіламонію (ЦТМАБ), виймають, віджимають між листами бромид тетрадецилтриметіламонію (ТДТМАБ), фільтрувальної бумаги, висушують на повітрі та aTOHm-[(CH3RN+(CH2)2N+(CH3)2]2CI, де R вимірюють її дифузне відбиття Вміст КПАР знахоСН2СООС10Н21, вміст органічної речовини (ОВ) дять за градуювальним графіком, побудованим в 99,9%, координатах коефіцієнт дифузного відбиття - конкатамін АБ-[СпН2п iN+(CH3)2N+CH2C6H5]CI, центрація КПАР Межа визначення бромиду п=10-18, вміст ОВ 48%, цетілтриметіламонію у такий способ становить коротколанцюгові КПАР 0,2мг/дм3 При реалізації способу [4] при визнахлорид додецилпіридинію (ДДПХ), ченні коротколанцюгових КПАР одержані наступні хлорид децилпіридинію (ДПХ), результати Межа визначення хлориду додебромид додецилтриметіламонію (ЦТМАБ), цилпіридинію (ДДПХ) становить 0,6мг/дм , броми3 При визначенні КПАР використовували такі ду додецилтриметіламонію (ДДТМАБ) - 1,6мг/дм , барвники як бромфеноловий синій, еозін, метилбромиду децилтриметіламонію (ДТМАБ) овий оранжевий (МО) кваліфікації ч д а Для реалі7,4мг/дм3 Час аналізу за способом [4] становить зації способу концентрація робочого розчину БФС 45хв та еозіну становила 2-10 6 мол/дм3, а МО - 1,2-10 5 мол/дм3, рН - особисте для кожного барвника Основними недоліками вказаного способу є (БФС - більше 8,0, еозін - 4,7-6,5, МО - більше 5) недостатня чутливість визначення, особливо коротколанцюгових КПАР, а також достатньо велика Як сорбент застосовували силікагель Л 5/40тривалість аналізу 100/250 "Chemapol" для хроматографії Маса сорбенту-0,2 г-0,8 г В основу винаходу поставлена задача вдоскоПриклади реалізації за винаходом Визначенналення способу сорбціино-фотометричного виня довголанцюгових КПАР значення КПАР шляхом використання нової приПриклад 1 роди сорбенту, що дозволяє підвищити чутливість визначення КПАР, особливо, коротколанцюгових В конічну колбу ємністю 250см3 вміщували та забезпечити експресність аналізу При цьому, 10см3 фосфатного буферного розчину з рН=8,8, можливість використання більшого числа барв2,0см3 1-Ю4 моль/дм3 розчину бромфенолового ників приводить до розширення функціональної синього та 0,1мл 1-104моль/дм3 розчину хлориду БФС до монооктілфенілового ефіру поліетіленгліколю-30 1 (10-20) в інтервалі рН 3,93 4,0 Доводять розчин до 25см водою та вимірюють світлопоглинання отриманого розчину відносно розчину порівняння, що не містить КПАР За цим способом можливо ефективно визначати лише довголанцюгові КПАР різної природи при їх 3 ВМІСТІ 0,2-5,6мг/дм з відносною похибкою 0,54,0% Як показали наші досліди використання даного способу для визначення коротколанцюгових КПАР (С-іо-С-іг) мало ефективно, так як, наприклад, межа визначення бромиду додецилпіридинію (С-із) становить 2мг/дм, а бромиду децилпіридинію (Сю) 12мг/дм при ВІДНОСНІЙ похибці 3,8-3,1%, 61676 цетілпіридинію Доводили розчин до 100см дистильованою водою та додавали 0,5г силікагелю Розчин перемішували протягом ЗОсек та відфільтровували через скляний фільтр за допомогою водоструйного насосу Сорбент підсушували на повітрі, а потім в сушильній шафі при t=80°C і вимірювали інтенсивність забарвлення за допомогою спектрів дифузного відбиття при ^-=610нм проти сорбенту порівняння, який готували слідуючим чином В конічну колбу ємністю 3 3 250см вміщували 10см фосфатного буферного 3 4 розчину з рН=8,8, 2,0см 1-10 моль/дм розчину бромфенолового синього, доводили розчин до 3 100см дистильованою водою та додавали 0,5г силікагелю Розчин перемішували протягом ЗО сек та відфільтровували через скляний фільтр за допомогою водоструйного насосу Сорбент підсушували на повітрі, а потім в сушильній шафі при t=80°C Вміст ЦПХ знаходили за калібрувальним графіком, побудованим в координатах - коефіцієнт дифузного відбиття - концентрація ЦПХ Знайдено 0,04мг/дм3 з відносною похибкою 11,9% (приклад 1,-габл 1) Аналогічно прикладу 1 було проведено визначення ЦПХ при його ВМІСТІ 0,286мг/дм3 і 0,609мг/дм3 Знайдено 0,289 з відносною похибкою 2,4% та 0,602 з відносною похибкою 1,8% (приклади 2,3 ВІДПОВІДНО, табл 1) Аналогічно прикладу 1 були проведенні визначення інших довголанцюгових КПАР, таких як ТДПХ, ЦТМАБ, етоній та катамшу АБ Результати визначення наведені втаблиці 1, приклади 4-16 Результати, які представлені втаблиці 1 показують, що запропонованим способом можливо проводити визначення довголанцюгових КПАР різної природи з достатньо високою чутливістю і точністю, а саме - ТДПХ при його ВМІСТІ 0,04-0,60мг/дм3 з відносною похибкою 11,8-1,8%, - ЦТМАБ при ВМІСТІ 0,04-0,065мг/дм3 з відносною похибкою 12,0-2,3%, - Етоній при його ВМІСТІ 0,056-70МГ/ДМ 3 З ВІДНО СНОЮ похибкою 9,8-1,8%, 3 - Катамін при його ВМІСТІ 0,050-60МГ/ДМ З ВІД НОСНОЮ похибкою 11,5-3,3%, Визначення коротколанцюгових КПАР Приклад 17 В конічну колбу ємністю 250см3 вміщували 10см3 фосфатного буферного розчину з рН=8,8, 2,0 см 3 1-104моль/дм3 розчину бромфенолового синього та 0,17мл 1-104моль/дм3 розчину хлориду додецилпіридинію Далі експеримент проводили так як вказано в прикладі 1 Вміст ДДПХ знаходили за калібрувальним графіком, побудованим в координатах - коефіцієнт дифузного відбиття - концентрація ДДПХ Знайдено 0,050мг/дм3 з відносною похибкою 9,9% (приклад 17, табл 1) Аналогічно прикладу 17 було проведено ви3 значення ДДПХ при його ВМІСТІ 0,3 та 0,6мг/дм Знайдено 0,310 при ВІДНОСНІЙ похибці 3,2% та 0,602 при ВІДНОСНІЙ похибці 1,3% (приклади 18, 19 ВІДПОВІДНО, табл 1) Приклад 20 3 В конічну колбу ємністю 250см вміщували 10 3 см фосфатного буферного розчину з рН=8,8, 4 3 2,0см - 1-10 моль/дм розчину бромфенолового З 3 синього та 0,1мл 5,54-10 моль/дм розчину хлориду децилпіридинію Далі експеримент проводили так як вказано в прикладі 1 Вміст ДПХ знаходили за калібрувальним графіком, побудованим в координатах - коефіцієнт дифузного відбиття - концен3 трація ДПХ Знайдено 0,150мг/дм з відносною похибкою 12,0% (приклад 20, табл 1) Аналогічно прикладу 20 було проведено визначення ДПХ при його ВМІСТІ 0,600 та 1,200мг/дм3 Знайдено 0,635 при ВІДНОСНІЙ похибці 4,4% та 1,180 при ВІДНОСНІЙ похибці 2,2% (приклади 21, 22 ВІДПОВІДНО, табл 1) Таблиця 1 Статистична обробка результатів визначення КПАВ в стандартних розчинах (п=5, Р=0,95) Приклад № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 КПАР ЦПХ тдпх ЦТМАБ Етоній Катамін ДДПХ ДПХ Введено КПАР, 10 2 -мг/дм 3 (п=5) 3,6 28,6 60,9 4 31,2 62 4 32,8 65,4 5,6 28 56 70 5,0 35,4 59 5,1 ЗО 60 15 60 120 Знайдено Відносна КПАР, похибка, 10 2 мг/дм3 % 4,0 28,9 60,2 43 31,3 57 3,8 33,2 64,0 5,2 27,5 55 67 5,0 34 60 5,0 31,0 60,2 15,8 63,5 118 11,9 2,4 18 11,8 1,9 8,8 12,0 18 2,3 9,8 2,1 1,8 5,5 11,5 4,1 3,3 9,9 3,2 1,3 12,0 4,4 2,2 В таблиці 2 наведені дані по реалізації запропонованого способу при використанні барвників різної природи, а саме еозшута метилового оранжевого 61676 Таблиця 2 № п/п КПАР Барвник 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ДПХ ДДПХ ДДТМАБ Еозін Еозін Еозін тдпх ЕОЗІН ЕОЗІН ЕОЗІН ЕОЗІН ЕОЗІН ЕОЗІН ЦПХ ТДТМАБ ЦТМАБ Катам і н Етоній ДЦПХ ЦПХ МО МО Діапазон визначаємих концен3 трацій, мг/дм 0,15-1,2 0,05-0,60 0,065-0,25 0,04-0,60 0,04-0,60 0,05-0,30 0,04-0,65 0,05-0,60 0,056-0,85 0,04-0,90 0,04-0,90 Відносна похибка, % 11,8-2,1 11,2-1,8 11,9-3,5 11,5-2,0 11,3-1,8 12,0-3,1 11,6-2,7 12,0-3,4 12,0-1,8 10,9-2,1 11,0-1,8 Дані таблиці 2 підтверджують ефективність використання запропонованого способу при використанні барвників різної природи, а саме еозину та метилового оранжевого Дані по бромфеноловому синьому наведені втабл 1 В таблиці 3 наведені порівняльні характеристики сорбціино-фотометричного визначення КПАР запропонованим способом та за прототипом (барвник-БФС) Таблиця З КПАР ЦТМАБ ТМАБ ЦПХ ДДПХ За прототипом Межа визначенЧас аналізу, Sr ня, мг/дм3 хв 0,2 0,05 0,47 0,05 45-50 02 0,05 0,6 0,06 Використання способу визначення катіонних поверхнево-активних речовин, що заявляється, дає позитивний ефект у порівнянні з відомим способом, який полягає у підвищенні чутливості визначення КПАР у 5 разів для довголанцюгових (межа виявлення ЦТМА, ЦПХ становить Комп'ютерна верстка Н Лисенко Запропонований спосіб Межа визначенSr Час аналізу, хв ня, мг/дм3 0,040 0,08 0,050 0,09 5-6 0,040 0,08 0,050 0,08 0,04мг/дм3 замість 0,2мг/дм3 за прототипом), у 12-25 разів для коротколанцюгових КПАР (межа виявлення ДДПХ 0,04мг/дм3 замість 0,6мг/дм3 за прототипом і ДДТМА 0,065мг/дм3 замість 1,6мг/дм3 за прототипом), а також значного скорочення часу елементо-визначення (у 8-9 разів) Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119