Спосіб визначення натрію у водних розчинах

Реферат: + Спосіб визначення натрію у водних розчинах через потенціал Na -іонселективного електрода. Вимірювання виконують способом прямої хронопотенціометрії, за методом багаторазових добавок та при заданих електрохімічних параметрах зростання і стабілізації потенціалу. UA 106507 U (12) UA 106507 U UA 106507 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до аналітичної хімії водних систем і спрямована на розробку засобів електрохімічного контролю параметрів природних і техногенних водних об'єктів навколишнього середовища за вмістом s-металів та їх фонового моніторингу. Необхідність точного визначення концентрації натрію у воді зумовлена діючими нормативами вмісту іонів sметалів у воді джерел централізованого і нецентралізованого водопостачання для 3 3 забезпечення її фізіологічної повноцінності, регламентованими від 2 мг/дм до 200 мг/дм , і у цьому діапазоні їх концентрацію потрібно надійно вимірювати [ДСТУ 7525:2014 Вода питна. Вимоги та методи контролювання якості. - К.: Мінекономрозвитку України, 2014. - 26 с.; Державні санітарні норми та правила "Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною" (ДСанПіН 2.2.4-171-10). - Затверджено наказом Міністерства охорони здоров'я України від 12.05.2010, N 400. - Реєстр. 1 липня 2010 р. за N 452/17747]. Відомий спосіб визначення натрію у питній та неочищеній воді за допомогою атомноабсорбційної спектрометрії шляхом розпилення розчину в повітряно-ацетиленовому полум'ї і визначенні на спектрофотометрі адсорбції світла за лінією спектра 0,3 нм; вимірювання виконують в розчинах з добавкою хлориду цезію для усунення заважаючих факторів [8.9. Определение натрия. ИСО 9964-2 // Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. - М.: Протектор, 1995. - С. 213215]. Спосіб забезпечує достатню точність вимірювання у воді з концентрацією калію від 5 до 50 мг/л. Недоліки наведеного вище способу-аналога у необхідності забезпечення вимірювань високовартісним обладнанням, специфічними реагентами і ацетиленом високої чистоти, а також тривалість і трудомісткість практичного здійснення, зокрема, постійного контролю лінійності градуювального графіка в діапазоні 0,1-1 мг/л. Описано також способи полярографічного визначення натрію у водному середовищі на ртутному крапельному електроді при потенціалі півхвилі в інтервалі від 1,92 до 2,14 В на фоні солей або гідроксидів тетралкіламонію [Иванов В.М., Семененко К.А., Прохорова Г.В., Симонов E.Ф. Аналитическая химия элементов. Натрий. - М.: Наука, 1986. - С. 90-94]. Недоліки цього способу-аналога у наступному: використання як електрода ртуті, що вимагає особливих умов роботи; відсутність в аналізованому розчині інших лужних і лужноземельних металів, які будуть заважати визначенню натрію, оскільки їх потенціали півхвилі відрізняються від такого для натрію лише на 0,01 0,03 В. Найбільш близьким за хімічною суттю і досягнутим результатом до корисної моделі, що заявляється, є спосіб потенціометричного визначення іонів натрію у водному розчині [АС СССР № 1062590 Способ потенциметрического определения ионов натрия в водном растворе. G01N27/48, Опубл. Бюл. № 47, 23.12.83]. Суть способу полягає у визначенні концентрації іонів + Na у водному розчині, нейтралізованому добавкою аміаку до рН 8,5-10, шляхом вимірювання + потенціалу Na -іонселективного електрода з наступним розрахунком за градуювальним -4 -7 графіком в інтервалі концентрацій натрію від 10 до 10 М. Недоліком прототипу стосовно способу, що заявляється, є: + - висока сумарна відносна похибка вимірювання концентрації Na у природних водних об'єктах, яка може досягати ±32 % при Р=0,95; - ускладнення процесу відтворюваності результатів вимірювання за методом калібрувального графіку, що вимагає постійності умов проведення калібровки і вимірювань; - обмежений діапазон прямого вимірювання концентрації натрію у воді порівняно з -3 -1 можливим вмістом іону в природних водах у кількості 10 -10 М. + В основу корисної моделі ставиться задача створення способу визначення концентрації Na у воді і водних розчинах в концентраційному інтервалі природних вод з сумарною відносною похибкою вимірювання до 20 %. Поставлена задача вирішується тим, що у пробах води та водних розчинах виконують + вимірювання концентрації натрію через потенціал Na -іонселективного електрода, що визначається способом прямої хронопотенціометрії, за методом багаторазових добавок. + В такому режимі вимірювання потенціал електродної пари Na -іонселективного електрода і хлорсрібного електрода з подвійним ключем - реєструється з частотою 4 кГц і після його обробки встановлюються середні значення потенціалів протягом часу його стабілізації. При цьому усувається дрейф потенціалу, викликаний впливом зовнішніх факторів на електродну функцію іоноселективного електрода, а отже зростає точність і правильність результатів вимірювання. 1 UA 106507 U 5 10 Порядок виконання вимірювання у пробах водних розчинів вмісту натрію будується + відповідно до поетапного зростання і стабілізації потенціалу Na -іонселективного електрода у вибраних умовах вимірювань (таблиця 1), а саме: - визначають стабільний показник потенціалу для градуювального розчину з мінімальною + концентрацією діапазону вимірювання Na -іонселективного електрода (ICE); - визначають стабільний показник потенціалу для градуювального розчину з максимальною концентрацією діапазону вимірювання ІСЕ та будують лінійний градуювальний графік по двом точкам; - аналізують досліджуваний розчин протягом заданого часу, що забезпечує визначення + початкового потенціалу водного розчину, який містить іони Na ; - у розчин проби послідовно вносять добавку (дві або декілька добавок) стандартного + розчину іонів Na та визначають стабільні показники потенціалів проби з добавками; - за встановленими значеннями потенціалів проби і проби з добавками та відомою масою + введених добавок іону Na розраховують масову концентрацію елементу. 15 Таблиця 1 Електрохімічні параметри вимірювання потенціалу електрода ЭЛИC-212Na способом хронопотенціометрії Вимірювання іонів + Na Інтервал концентрації Інтервал потенціалу, + Na , мкг/см мВ 2,3-2300 від +450 до +600 + 20 25 30 35 40 Орієнтовна тривалість вимірювання потенціалу, c 60-180 Приклад 1. Визначення масової концентрації Na у модельних розчинах. + Готують модельні і градуювальні розчини 1, 2, 3, 4, 5 з відповідною концентрацією Na 0,23; 3 -5 -3 23,0; 230; 2300; 23000 мкг/см або це розчини NаСl з молярною концентрацією 1·10 , 1·10 , -2 -1 1·10 , 1·10 , 1,0 М. Для виконання вимірювань підготовлені до роботи вимірювальний електрод (ЭЛИC-212Na) і порівняльний електрод (хлорсрібний електрод з подвійним ключем) у електролітичній комірці 3 + опускають у 10 см градуювального розчину 1 з мінімальною концентрацією Na початкового -4 діапазону вимірювання 1·10 М, встановлюють на магнітну мішалку і вмикають режим помірного перемішування. Проводять вимірювання потенціалу електродної пари в режимі прямої хронопотенціометрії протягом 60 с (таблиця 1). За аналогічною процедурою продовжують + вимірювання потенціалу Na -іонселективного електрода в градуювальному розчині 5. За одержаним значенням потенціалів будують лінійний калібрувальний графік. 3 -3 + У електролітичну комірку вносять 10,0 см модельного розчину з концентрацією 1·10 М Na (розчин 2), добавляють 0,02 см 4М розчину NH4OH і виконують: - вимірювання початкового потенціалу проби; + - до проби вносять при мінімальній зміні її об'єму першу добавку, що містить 230 мкг Na та виконують вимірювання потенціалу проби з добавкою 1; + - повторюють аналогічні вимірювання потенціалів, поетапно збільшуючи масу добавки Na (до п'яти добавок). + За одержаним значенням потенціалів Na -іонселективного електрода у модельних розчинах 2, 3 виконують математичну обробку результатів вимірювання. У таблиці 2 наведені результати вимірювання концентрації натрію у модельних розчинах 2 і 3, відносні похибки для виконаних серій добавок до модельних розчинів. За результатами досліджень, наведеними в прикладі 1, встановлено, що відносна похибка вимірювання концентрації натрію не перевищує заданих + 3 винаходом меж (до±16,4 % Na ) у діапазоні концентрацій натрію від 2,3 до 2300 мкг/см . 2 UA 106507 U Таблиця 2 Параметри та похибки вимірювань нагрію у модельних розчинах Задана концентрація + NaCl, Na , 3 3 моль/дм мкг/см -5 1·10 2,3 1,0 23000 -3 23 -2 230 1·10 1·10 Результати вимірювань Добавка Виміряна концентрація Потенціал Концентрація Маса Відносна Режим + мВ NaCl, NaCl Na мг/ похибка, % + Na , мкг 3 3 3 моль/дм моль/дм дм Розчин 1 +460 Розчин 1 +600 Проба +486,4 -2 Добавка 1 +529,6 10 230 1,024-10° 23,6 2,4 -2 Добавка 2 +543,2 10 230 Проба +527,6 -1 -2 Добавка 1 +550.2 10 2300 0,836·10 192,2 16,1 -1 Дооавка2 +554,9 10 2300 + 5 + Приклад 2. У пробі природної води визначали вміст Na через потенціал Na іонселективного електрода, вимірюваного способом прямої хронопотенціометрії, за методом багаторазових добавок, як описано в Прикладі 1, та порівнювали з результатами аналізу, одержаними за методом капілярного електрофорезу (Комарова Н.В., Каменцев Я.С. Практическое руководство по использованию систем капілярного электрофореза "КАПЕЛЬ". СПб.: ООО "Веда", 2006. - 212 с). Результати вимірювань наведено в таблиця 3. Таблиця 3 Порівняння результатів вимірювання концентрації натрію у природній воді різними методами аналізу Методи аналізу Капілярного електрофорезу Пропонований спосіб хронопотенціометрії Хімічний елемент Результати вимірювання концентрації важких 3 металів у воді, мкг/см середнє проба 1 проба 2 проба 3 значення 48,0 49,90 42,8 46,9 + прямої Na 43,5 38,2 47,7 43,1 10 15 + За прикладом 2 встановлено співпадання результатів вимірювання концентрації Na у зразках природної води, одержаних різними методами аналізу. + + Запропонований спосіб визначення концентрації Na через потенціал Na -іонселективного електрода, вимірюваного способом прямої хронопотенціометрії, за методом багаторазових добавок у пробах води різного природного і техногенного походження може використовуватись 3 у необхідному для практики діапазоні вимірювань від 2,3 до 23000 мкг/см з відносною похибкою вимірювання концентрації натрію у заданому корисною моделлю інтервалі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 + Спосіб визначення натрію у водних розчинах через потенціал Na -іонселективного електрода, який відрізняється тим, що вимірювання виконують способом прямої хронопотенціометрії, за методом багаторазових добавок та при заданих електрохімічних параметрах зростання і стабілізації потенціалу. 25 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3