Спосіб визначення барію у водному середовищі

1. Спосіб визначення барію у водному середовищі, що включає введення в аналізовану пробу неіоногенної поверхнево-активної речовини, комплексоутворювача і октиламіну при перемішуванні, створення лужного середовища з наступним нагріванням суміші, відділенням одержаної міцелярної фази і визначенням атомно-абсорбційним методом, який відрізняється тим, що в аналізовану пробу додатково вводять хлорид цетилпіридинію і як комплексоутворювач використовують карбоксіарсеназо. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що хлорид цетилпіридинію вводять в кількості 2,8-3,4 3 г/дм проби. 3. Спосіб за одним із пп. 1, 2, який відрізняється тим, що визначення проводять при рН=7,5-9,5. Винахід відноситься до області аналізу матеріалів шляхом визначення їхніх хімічних властивостей, зокрема, до визначення металів у водних розчинах атомно-абсорбційним методом, що передбачає міцелярно-екстракційне концентрування металу, який визначають, і може бути використаний для аналізу питної води, у наукових дослідженнях. Найбільш відомі способи визначення барію, наприклад, титриметричний, фотометричний (Фрумина СВ. Аналитическая химия бария. - М.: Наука, 1967. - 322с.)[1]. Відомий титриметричний спосіб визначення барію [1с. 39], який грунтується на підкисленні соляною кислотою розчину, що містить метал, додаванні 4 см3 буферного розчину і 7 крапель індикатора (еріохром чорний Т). Буферний розчин готують шляхом розчинення 10 г комплексонату магнію і 70 г хлориду амонію в 200 см3 води, і до3 водять об'єм до 2 дм концентрованим розчином NH4OH. Підготовлену пробу титрують розчином комплексону III до чисто синього забарвлення. Межа виявлення дорівнює 0,5 мг/дм3. Основним недоліком способу є досить висока межа виявлення. Відомий фотометричний метод визначення барію в природній воді [1с. 53], який полягає в тому, що в підготовленій пробі встановлюють рН=2, додають 0,5 см3 комплексоутворювача (ортаніловий С), 12 см3 ацетону, і доводять до 25 см3 водою. Оптичну густину отриманого розчину вимірюють при λ=649 нм. Межа виявлення дорівнює 0,05 мг/дм3. Спосіб передбачає визначення барію в чистих розчинах. При визначенні в природній воді потрібно попереднє маскування іонів, що заважають. Так, у водному розчині визначенню барію заважають 100 мкг стронцію, 300 мкг кальцію, магнію, кадмію, 20 мкг торію і свинцю. Вплив елементів IIIIV груп усувають осадженням сульфідом амонію або маскують розчином комплексону III, великі кількості якого заважають кольоровій реакції, що приводить до зниження точності визначення. Згідно з нашими даними, при визначенні барію 3 з концентрацією 0,1 мг/дм у воді, що містить домішки (концентрація іонів (мг/дм3): Са2+ - 20, Mg2+ 20, Fe3+ - 0,2, Cu2+ - 0,01, Zn2+ - 0,01, НСО3- - 200, Сl- - 50, SO42- - 10), точність визначення становить 17,3 %. (19) UA (11) 90416 (13) C2 (21) a200902495 (22) 20.03.2009 (24) 26.04.2010 (46) 26.04.2010, Бюл.№ 8, 2010 р. (72) КУЛІЧЕНКО СЕРГІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ, ДОРОЩУК ВОЛОДИМИР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ГОРБАЧЕВСЬКИЙ АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, КУЩЕВСЬКА НІНА ФЕДОРІВНА (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) RU 2141110 C1 10.11.1999 RU 2315976 C1 27.01.2008 SU 1411651 A1 23.07.1988 US 2120529 C1 14.07.1938 JP 02276951 A 13.11.1990 3 Таким чином, основним недоліком визначення барію способом [1 с. 53] є його неселективність при визначенні на рівні ГДК. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю є спосіб визначення міді у воді (Дорощук В.А. II Автореф. дис. канд. хим. наук. Киев: Киевский государственный университет 2003. - 117с.) [2]. Суть способу полягає в наступному. Пробопідготовку проводять кип'ятінням підкисленої до рН 12 проби води протягом 15 хв. В аналізовану пробу об'ємом 100 см3, при перемішуванні послідовно вводять 1 г неіоногенної поверхнево-активної речовини (НПАР) - ОП-10, 0,09 г комплексоутворювача - капринову кислоту і 0,13 г октиламіну (добавка). В отриманій суміші встановлюють рН=9, нагрівають на водяній бані до 75 °С і витримують при цій температурі протягом 15 хвилин. Потім відокремлюють отриману міцелярну фазу декантацією, доводять до об'єму 5 см3 дистильованою водою, і проводять визначення міді методом атомно-абсорбційної спектроскопії (ААС) за допомогою спектрометра "Сатурн". Нами була перевірена можливість використання способу [2] для визначення барію у воді. Готували модельний розчин з концентрацією барію 0,1 і 1 мг/дм3 (ГДК = 0,1 мг/дм3; ДСТУ 4808 : 2007. Гігієнічні та екологічні вимоги щодо якості води і правила вибирання. К.: Держспоживстандарт України, 2007. 36с. [3]), у якому визначення барію здійснювали відповідно до методики [2]. При реалізації відомого способу барій вилучається в міцелярну фазу тільки на 50%. Таким чином, використання відомого способу не дозволяє визначати барій у водному середовищі з високою точністю при концентрації металу на рівні ГДК і вище. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб визначення барію у водному середовищі, в якому проведення міцелярноекстракційного концентрування з використанням необхідного набору реагентів забезпечило б високий ступінь вилучення барію в міцелярну фазу, і, отже, низьку межу виявлення з високою точністю, а також і селективність визначення. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб визначення барію у водному середовищі, що включає введення в аналізовану пробу неіоногенної поверхнево-активної речовини, комплексоутворювача і октиламіну при перемішуванні, створення лужного середовища з наступним нагріванням суміші, відділенням отриманої міцелярної фази і визначенням атомно-абсорбційним методом, у якому, відповідно до винаходу, в аналізовану пробу додатково вводять хлорид цетилпіридинію в кількості 2,8-3,4 г/дм3 проби, і як комплексоутворювач використовують карбоксиарсеназо; причому, визначення проводять при рН=7,5-9,5. Нами вперше розроблено спосіб визначення барію у водному середовищі з використанням міцелярно-екстракційного концентрування, в якому умови проведення аналізу, що заявляються, а саме, введення комплексоутворювача (карбоксиарсеназо), катіонної поверхнево-активної речовини 90416 4 (хлорид цетилпіридинію), гідротропної добавки (октиламіну), приводять практично до повного вилучення барію в міцелярну фазу, фізико-хімічні характеристики якої забезпечують визначення барію при його низькій концентрації на рівні 0,02 мг/дм3 з високою точністю (9-10 %) і селективністю. Визначення барію здійснювали в модельних розчинах і бюветній воді. Пробопідготовку проводили кип'ятінням підкисленої до рН 1-2 проби води протягом 15 хв. У стакан ємністю 150 см3 поміщали 50 см3 підготовленої води, потім при перемішуванні вносили 0,9-1,5 г препарату Triton Х-100, 340-350 мг карбоксиарсеназо (комплексоутворювач), 160-170 мг хлориду цетилпіридинію (КПАР), що відповідає 2,8-3,4 г/дм3, і 55-65 мг октиламіну (добавка). За допомогою розчину гидроксиду калію встановлювали рН розчину рівне 6,5-9,5. Нагрівали розчин на водяній бані до температури помутніння (75±2 °С) і витримували при цій температурі протягом 15-20 хв до повного розшарування фаз. Після охолодження водну фазу відокремлювали декантацією, а в міцелярну фазу, що утворилася, додавали розчин модифікатора (4 %-й р-р KСl). Визначення барію проводили методом атомно-абсорбційної спектроскопії при складі горючої суміші ацетиленN2О. Вміст барію в пробі знаходили за градуювальним графіком, для побудови якого в 6 мірних колб об'ємом 25 см3 вносили 0; 1; 2; 4; 8; 12 см3 станда3 ртного розчину барію з концентрацією 15,6 мг/дм . Доводили до мітки 10 %-м водним розчином Triton Х-100, що відповідає концентрації НПАР у міцелярній фазі. Безпосередньо перед атомноабсорбційним визначенням додавали модифікатор. Визначення барію у воді проводили за допомогою атомно-абсорбційного спектрофотометра «Selmi». Як неіоногенну ПАР використовували препарат Triton Х-100 ("Merck") 4-(1,1,3,3тетраметилбутил)феніл-поліетиленгліколь (4(С8Н17)С6Н4(ОСН2СН2)10ОН). Використовували октиламін фірми «Merck», вміст основної речовини ≥99 %. Як комплексоутворювач використовували карбоксиарсеназо («чда», «РЕАХИМ»). Як катіонну ПАР використовували хлорид цетилпіридинію («Merck»; вміст основної речовини ≥99 %). Модельні розчини барію готували розчиненням наважки Ва(NО3)2 («чда», «РЕАХИМ») у дистильованій воді. Приклади виконання за винаходом. Приклад 1. Визначення барію в модельному розчині з концентрацією 0,02 мг/дм3. В 50 см3 проби води послідовно вносили 0,5 г препарату Triton X-100, 350 мг карбоксиарсеназо (КА), 170 мг хлорид цетилпіридинію (ЦПХ), що відповідає 3,4 г/дм3, 65 мг октиламіну і перемішували до повного розчинення. За допомогою гідроксиду калію встановлювали рН=8,0. Отриманий розчин нагрівали на водяній бані до температури помутніння (75 °С) і витримували 20 хв до повного розшарування фаз. Після охолодження водну фазу відокремлювали декантацією, а міцелярну фазу, що виділилася (Vмф=1.5 см3), розбавляли 4 %-м 5 90416 розчином хлориду калію до 2 см3 і проводили атомно-абсорбційне (ацетилен-N2О) визначення барію. Концентрація барію становила 0,02±0,01 мг/дм3. Дані наведені в табл. 1 (пр. 3). Відомий фотометричний спосіб [1 с. 53] не надає можливості визначати вміст барію на рівні 0,02 мг/дм3. Приклад 2. Визначення барію в модельному розчині з концентрацією 0,02 мг/дм3, що містить заважаючі добавки. Визначення здійснюють аналогічно прикладу 1, але в аналізовану пробу додатково вводять заважаючу добавку (катіони і аніони), склад якої представлений на стор.7. Концентрація барію становила 0,02±0,01 мг/дм3. Дані наведені в табл. 2 (пр. 2). Приклад 3. Визначення барію в бюветній воді, що містить добавку металу з концентрацією 0,1 мг/дм3. Визначення здійснюють аналогічно прикладу 1. Концентрація барію в природній воді становила 0,09±0,01 мг/дм3. Дані наведені в табл. 2 (пр. 3). Встановлено, що проведення способу визначення барію при умовах і параметрах процесу що заявляються, а саме, додаткове введення в суміш реагентів хлорид цетилпіридинію і як комплексоутворювач карбоксиарсеназо, забезпечує найбільш повне зв'язування барію в комплекс, а при наступному нагріванні суміші до 75 °С сприяє пов 6 ному вилученню барію в міцелярну фазу. Всі вищевказані фактори забезпечують надійне визначення барію у воді з нижньою межею виявлення 0,02 мг/дм3 (табл. 1 пр. 1-5). При вмісті ЦПХ нижче межі, що заявляється, спостерігається неповне вилучення барію в міцелярну фазу і різко знижується кількість визначуваного металу, що приводить до високої відносної похибки визначення (табл. 1, пр. 6). При вмісті ЦПХ вище межі, що заявляється, помутніння розчинів і розшарування фаз не спостерігається, що пояснюється утворенням у системі змішаних міцел КПАР-НПАР (Пелюшок CO., Дорощук В.О., Куліченко С.А. II Вісник Київ, ун-ту. Хімія. 2005. Вип. 42. С.57.)[4] (табл. 1, пр. 7). При створенні рН в суміші реагентів (НПАР, КА, КПАР і октиламіну) нижче величини, що заявляється, наприклад 6,9, не відбувається повне комплексоутворення барію з карбоксиарсеназо, що не забезпечує повного вилучення барію в міцелярну фазу, різко знижує кількість визначуваного металу, і збільшує відносну помилку визначення (табл. 1, пр. 8). При створенні рН у суміші реагентів (НПАР, КА, КПАР і октиламіну), вище величини, що заявляється, наприклад 10, відбуваються, як ми вважаємо, реакції гідролізу, що приводять до невідтворюваності отриманих результатів (табл. 1, пр.9). Таблиця 1 Введено 0,02 мг/дм3 Умови N п/п Сцпх г/дм3 1 2 3 4 5 2,8 3,2 3,4 3,4 3,4 6 7 8 9 2,6 3,6 3,4 3,4 рН середовища За винаходом 8,0 8,0 8,0 7,5 9,5 Позамежні значення 8,0 8,0 6,9 10,0 Показники Знайдено мг/дм3 Sr, % 0,02 ± 0,01 0,02 ±0,01 0,02 ± 0,01 0,02 ± 0,01 0,02 ±0,01 17,8 18,2 17,1 18,3 16,8 0,02 ± 0,01 0,02 ± 0,01 0,02 ± 0,01 27,0 28,3 26,2 Висока селективність способу визначення барію, що заявляється, підтверджується даними табл. 2. Таблиця 2 N п/п 1 2 3 4 5 Введено, мг/ дм3 0,02 0,02* 0,10 0,10* 0,10* Знайдено,мг/дм3 0,02±0,01 0,02±0,01 0,09±0,02 0,11±0,02 0,06±0,04 Sr,% 17,1 18,3 9,3 12,1 17,3 Спосіб визначення заявляємий заявляємий заявляємий заявляємий [1 с. 53] * - концентрація іонів добавки, що заважає (мг/дм3) : Са2+ - 20, Mg2+ - 20, Fer3+ - 0.2, Cu2+ - 0.01, Zn2+ 0.01, HCO3-; - 200, Сl- - 50, SO42- - 10. 7 90416 Дані табл. 2 показують, що заявляємий спосіб є селективним, і забезпечує визначення барію з високою точністю при його вмісті 0,02-0,10 мг/дм3 (табл. 2, пр. 1-4). Слід зазначити, що при реалізації відомого способу проявляється заважаючий вплив домішок; це приводить до істотного збільшення відносної помилки при визначенні барію на рівні ГДК (табл. 2, пр. 5). Переваги запропонованого способу визначення барію у водному середовищі полягають у наступному: Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 - спосіб забезпечує досягнення нижньої межі виявлення барію на рівні 0,02 мкг/дм3, з досить низькою похибкою (ДСТУ ГОСТ 27384:2005 «Вода. Норми похибки вимірювань показників складу і властивостей»). - реалізація способу дозволяє визначати барій у воді при його концентрації 0,02-0,1 мг/дм3 з низькою відносною похибкою Sr=18-9 %. - спосіб забезпечує селективність визначення барію, тобто визначення барію з високою точністю в присутності добавок, що заважають, при його концентрації 0,02-0,1 мг/дм3 (Sr=18,3-12,1 %). 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