Спосіб визначення свинцю у водному середовищі

Спосіб визначення свинцю в водному середовищі, що включає введення в пробу, що аналізують, неіонної поверхнево-активної речовини та азобарвника при перемішуванні, створення лужного середовища із наступним нагрівом суміші та відділенням отриманої міцелярної фази і визначенням свинцю електротермічним атомноабсорбційним методом, який відрізняється тим, що в отриманій суміші створюють рН=9-9,5 з наступним нагрівом до 70±2 °С, а в міцелярну фазу вводять модифікатор - дигідрофосфат калію при їх об'ємному співвідношенні (5-10):1, відповідно, а визначення свинцю здійснюють при температурі 320-350 °С. Винахід відноситься до області аналізу матеріалів шляхом визначення їх хімічних властивостей, а саме, до визначення металів у водних розчинах атомно-абсорбційним методом, і може бути використаний для аналізу питної води, в наукових дослідженнях. Відомий спосіб визначення свинцю в зразках сечі (Е. Martendal, Daniel L.G. Borges, E. Carasek//Spectrochimica Acta Part B-62 – 2007 - P.10191027) [1]. Сутність способу полягає в тому, що в зразок, який аналізують, послідовно вводять хлористоводневу кислоту, комплексоутворювачдіетилдитіофосфат амонію, неіонну поверхневоактивну речовину (НПАР) - Triton X-114, отриману суміш нагрівають на водяній бані до 50 °С і витримують за цієї температури 20 хв. Потім відділяють міцелярну фазу центрифугуванням протягом 20 хвилин при 3500 обер/хв., в останню добавляють 0,15 мл метанола для зменшення в'язкості фази, розчини рутенія і паладія (Ru и Pd) в якості модифікатора, і здійснюють визначення свинцю методом електротермічної атомно-абсорбційної спект роскопії (ЕААС) при температурі піролізу 900 °С. Межа визначення свинцю в запропонованому способі [1] дорівнює 0,04 мкг/дм3, при цьому коефіцієнт концентрування дорівнює 16. Загальний час аналізу 60-70 хвилин. Недоліком відомого способу є підвищена екологічна безпека внаслідок використання токсичної речовини метанолу, а також достатньо тривалий час аналізу. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб визначення свинцю у воді (J. Chena, S. Xiao, X. Wu//Talanta - 67 - 2005 - P.992-996) [2]. Спосіб полягає в тому, що в зразок, який містить свинець, при перемішуванні послідовно вводять НПАР Triton X-114 і комплексоутворювач 2-(5бром-2-піридилазо)-5-(діетиламін)-фенол. В отриманій суміші встановлюють рН рівне 8 і витримують в термостатичній ванні при 40 °С протягом 15 хвилин. Потім відділяють міцелярну фазу центрифугуванням протягом 15 хвилин при 4000 обер/хв., в останню добавляють 0,5 мл метанолу для зменшення в'язкості фази, і здійснюють визначення (19) UA (11) 90376 (13) C2 (21) a200809106 (22) 11.07.2008 (24) 26.04.2010 (46) 26.04.2010, Бюл.№ 8, 2010 р. (72) ГОРБАЧЕВСЬКИЙ АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, КУЩЕВСЬКА НІНА ФЕДОРІВНА, ДОРОЩУК ВОЛОДИМИР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, КУЛІЧЕНКО СЕРГІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 64597, 25.04.2008 UA 21698, 15.03.2007 UA 27835, 16.10.2000 RU 2157523, 10.10.2000 US 200287558, 12.12.2002 US 3440016, 22.04.1969 Полянский Н.Г. Аналитическая химия свинца.М.:Наука.1986.-С.137 3 свинцю методом ЕААС при температурі піролізу 420 °С. Межа визначення свинцю в способі [2] дорівнює 0,08 мкг/дм3, при цьому коефіцієнт концентрування дорівнює 50. Загальний час аналізу 4060 хвилин. Недоліком відомого способу є підвищена екологічна безпека, обумовлена використанням токсичної речовини метанолу, а також достатньо тривалий час аналізу. Задачею, на рішення якої направлений винахід, є збільшення екологічної безпеки способу визначення свинцю у воді, скорочення часу визначення свинцю у воді при концентрації металу нижче ГДК (10 мкг/дм3) (ДСанПіН-96 «Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання») [3]. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб визначення свинцю в водному середовищі, який включає в себе введення в пробу, що аналізують, неіонної поверхнево-активної речовини і азобарвника при перемішуванні, створення лужного середовища з наступним нагрівом суміші і відділенням отриманої міцелярної фази, і визначенням свинцю електротермічним атомноабсорбційним методом, в якому, згідно з винаходом, в отриманій суміші створюють рН=9-9,5 з наступним нагрівом до 70±2 °С, і в міцелярну фазу вводять модифікатор - дигідрофосфат калію при об'ємному співвідношенні (5-10):1, відповідно, а визначення здійснюють при температурі 320-350 °С. Нами встановлено, що умови обробки проби води, що аналізують, і яка містить свинець, дозволяють отримати міцелярну фазу с фізикохімічними характиристиками, які забезпечують можливість скоротити час аналізу, і визначати свинець при його низькій концентрації на рівні 0,8 мкг/дм3, причому без введення токсичної речовини (метанол), що в свою чергу приводить до підвищення екологічної безпеки. Спосіб реалізується наступним чином. Визначення свинцю проводили в модельних розчинах і природній воді. При визначенні свинцю в природній воді проводили пробопідготовку. (Чмиленко Ф.А., Бакланов А.Н. //Ультразвук в аналитической химии. Теория и практика. Днепропетровск: Изд-во Днепропетр. ун-та, 2001. 264с.) [4]. В стакан ємністю 150 см3 поміщали 100 см3 модельного розчину або підготовленої природної води, потім при перемішуванні вносили 0,9-1,5 г препарату Triton Х-100 і 0,2-0,25 г 1-(2-піридилазо)2-нафтолу (азобарвник, ПАН). З допомогою розчину гідроксиду калію встановлювали рН розчину, яке дорівнює 9-9,5. Нагрівали розчин на водяній бані до температури помутніння (70±2 °С) і витримували при цій температурі протягом 15-20 хв до повного розділення фаз. Після охолодження водну фазу відділяли декантацією, а в утворену міцелярну фазу добавляли розчин модифікатора (20 г/дм3 KН2РО4) при об'ємному співвідношенні (510):1, відповідно. Визначення свинцю проводили методом ЕААС при температурі піролізу 320-350 °С. Вміст свинцю в пробі знаходили за градуювальним графіком, для побудови якого в 6 мірних 90376 4 колб об'ємом 25 см3 вносили 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 см3 стандартного розчину свинцю з концентрацією 0,75 мг/дм3. Доводили до мітки 10 %-ним водним розчином Triton Х-100, який відповідає концентрації НПАР в міцелярній фазі (Дорощук В.А. II Автореф. дис... канд. хим. наук. Киев: Киевский государственний университет - 2003. - 18с.) [5]. Безпосередньо перед електротермічним атомноабсорбційним визначенням добавляли модифікатор. Визначення свинцю у воді проводили за допомогою атомно-абсорбційного спектрометра «Сатурн-3» з електротермічним атомізатором «Графіт-2». Приклади виконання за винаходом Приклад 1. Визначення свинцю в модельному розчині з концентрацією 6 мкг/дм3. В стакан ємністю 150 см3 поміщали 100 см3 модельного розчину, потім при перемішуванні вносили 1 г препарату Triton X-100, 0,25 г 1-(2піридилазо)-2-нафтолу. З допомогою розчину гідроксиду калію встановлювали рН розчину, яке дорівнює 9. Нагрівали розчин на водяній бані до температури помутніння (70±2 °С) і витримували при цій температурі протягом 15 хв до повного розділення фаз. Після охолодження водну фазу відділяли декантацією, брали аліквоту утвореної міцелярної фази об'ємом 0,5 см3 и добавляли 0,1 см3 розчину модифікатора (20 г/дм3 KН2РО4), що відповідало об'ємному співвідношенню 5:1. Визначення свинцю проводили методом ЕААС при температурі піролізу 350 °С. Концентрація свинцю становила 5,9±0,2. Дані наведенні в табл. 1 (пр. 1). Приклад 2. Визначення свинцю в природній воді, яка містить добавки металу з концентрацією б мкг/дм3. Визначення здійснюють аналогічно прикладу 1, але з пробопідготовкою [4]. Концентрація свинцю в природній воді складала 5,8±0,2. Дані наведенні в табл. 2 (пр. 2). Експериментально встановлені значення величини рН суміші НПАР і азобарвника забезпечують найбільш повне зв'язування свинцю в комплекс, а при наступному нагріванні суміші до 70 °С - повне вилучення Рb в міцелярну фазу. Введення модифікатора - дигідрофосфату калію в міцелярну фазу при заявляемому об'ємному співвідношенні міцелярної фази і розчину модифікатора забезпечує, при наступному нагріванні в печі аналізатора, зв'язування свинцю в стійкий комплекс, що запобігає втраті Рb, і, в свою чергу, дозволяє з найменшими втратами визначати свинець при ЕАА визначенні. Всі вищезазначені фактори забезпечують нам надійне визначення свинцю у воді з нижнею межею визначення 0,8 мкг/дм3 (табл. 1 пр. 1-6). При створенні рН суміші НПАР с азобарвником нижче заявляємої величини, наприклад 8,8, не відбувається повне комплексоутворювання свинцю з ПАН, що не забезпечує повне вилучення РЬ в міцелярну фазу і різко знижує кількість металу що визначають (табл. 1, прим. 7). При створенні рН суміші НПАР з азобарвником вище заявляємої величини, наприклад 9,7, не відбувається суттєвого підвищення кількості свинцю, що визначається, та є недоцільно (табл. 1, пр. 8). 5 90376 Важливим моментом для кількісного визначення свинцю є температура нагріву суміші НПАР і ПАН. Нагрів суміші до температури нижче заявляємої, наприклад 65±2 °С, не забезпечує фазового розшарування розчину, тому визначення свинцю неможливе (табл. 1, пр. 9). Нагрів суміші до температури вище заявляємої, наприклад до 75 °С, є недоцільним, оскільки збільшується час аналізу (табл. 1, пр. 10). При об'ємному співвідношенні міцелярна фаза: модифікатор нижче заявляемого, наприклад 3:1, і вище заявляемого, наприклад 12:1, не дося 6 гається відтворюваність результатів і знижується кількість металу, що визначають (табл. 1, пр. 11, 12, відповідно). Зниження температури при ЕАА визначенні нижче заявляємої, наприклад 310 °С, не забезпечує повноти згорання матриці, і при цьому не досягається кількісне визначення металу (табл. 1, пр.13). Підвищення температури при ЕАА визначенні вище заявляємої, наприклад 360 °С, знижує кількісне визначення свинцю, що в свою чергу підвищує відносну похибку (табл. 1, пр. 14). Таблиця 1 Введено 6 мкг/дм3 (Рb) N п/п рН середовища Т °С нагріву 1 2 3 4 5 6 9,0 9,2 9,5 9,0 9,0 9,0 70±2 70±2 70±2 70±2 70±2 70±2 7 8 9 10 11 12 13 14 8,8 9,7 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 70±2 70±2 65±2 75±2 70±2 70±2 70±2 70±2 Умови Об'ємне співвідн. міцеляТ°СЕААС рна фаза: модифікатор За винаходом 5:1 350 5:1 350 5:1 350 7:1 320 10:1 320 5:1 320 Позамежні значення 5:1 350 5:1 350 5:1 5:1 350 3:1 350 12:1 350 5:1 310 5:1 360 Висока ефективність заявляемого способу визначення свинцю в зразках води різних видів (водопровідна, бюветна, річкова) підтверджується даними табл. 2. Визначення РЬ здійснювали ана Показники Знайдено мкг/дм Sr, % Час аналізу (хв) 5,9 5,8 5,9 5,8 5,8 5,8 3,6 3,6 3,2 4,1 3,9 3,7 30-40 30-40 30-40 30-40 30-40 30-40 3,7 5,8 5,7 4,5 4,8 4,0 5,4 24 3,2 3,7 9,8 9,1 16 8,0 30-40 30-40 30-40 40-60 30-40 30-40 30-40 30-40 логічно прикладу виконання за винаходом 2. Знайдено свинцю: в водопровідній воді 5,8±0,2; в бюветній воді 5,8±0,2; в річковій 5,7±0,3 (табл. 2 пр. 2, 3, 4, відповідно). Таблиця 2 (Р=0,95, n=4) N п/п 1 2 3 4 Зразки води що містять свинець Модельний р-н Водопровідна Бюветна Річкова Введено, мкг/дм3 6 6 6 6 Визначення свинцю Знайдено, мкг/дм3 5,9±0,2 5,8±0,2 5,8±0,2 5,7±0,3 Sr, % 3,6 4,1 4,3 5,1 Заявляємий спосіб дозволяє визначати свинець з високою точністю в діапазоні концентрацій 0,8-6 мкг/дм3, що підтверджується даними табл. 3. 7 90376 8 Таблиця 3 (Р=0,95, n=4) N п/п 1 2 3 4 Введено,мкг/дм3 0,8 1,5 3 6 Знайдено, мкг/дм3 0,85±0,5 1,2±0,3 2,7±0,3 5,9±0,2 Переваги запропонованого способу визначення свинцю в водному середовищі в порівнянні з відомим полягають в наступному: - запропонований спосіб забезпечує високу екологічну безпеку внаслідок виключення токсичної речовини при аналізі; - реалізація способу дозволяє визначати свинець у воді при його концентрації 3-6 мкг/дм3 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Sr, % 19,6 13,2 10,4 3,6 (ПДК=10 мкг/дм3) з низькою відносною похибкою Sr=3,2-10,4 %; - спосіб забезпечує досягнення нижньої межі визначення Рb на рівні 0,8 мкг/дм3. - спосіб дозволяє скоротити час аналізу з 4060 хв до 30-40 хв, приблизно в 1,43 рази. Достоїнством заявляемого способу є спрощення внаслідок виключення вартісного і енергоємного обладнання (центрифуги). Підписне Тираж 26 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