Спосіб визначення натрію у водних розчинах

Реферат: Винахід належить до галузі аналітичної хімії. Визначення натрію у водних розчинах здійснюють + способом прямої хронопотенціомегрії через вимірювання потенціалу Na -іонселективного електрода з частотою 4 кГц у порівнянні з хлорсрібним електродом, за методом багаторазових добавок в інтервалі зростання і стабілізації потенціалу від +450 до +600 мВ. Спосіб визначення натрію у пробах води різного природного і техногенного походження може використовуватись у 3 необхідному для практики діапазоні вимірювань від 2,3 до 23000 мкг/см з відносною похибкою + (до 16,4 % Na ). UA 113248 C2 (12) UA 113248 C2 UA 113248 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до аналітичної хімії водних систем і спрямований на розробку засобів електрохімічного контролю параметрів природних і техногенних водних об'єктів навколишнього середовища за вмістом - металів та їх фонового моніторингу. Необхідність точного визначення концентрації натрію у воді зумовлена діючими нормативами вмісту іонів s-металів у воді джерел централізованого і нецентралізованого водопостачання для забезпечення її фізіологічної 3 3 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.: Изд. "Протектор", 1995. - С. 213-215]. Спосіб забезпечу 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 ацетиленам високої чистоти, а також тривалість і трудомісткість практичного здійснення, зокрема, постійного контролю лінійності градуювального графіку 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.Μ., Семененко К.А., Прохорова Г.В., Симонов Ε.Φ. 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 винаходу, що передбачається, є спосіб потенціометричного визначення іонів натрію у водному розчині [АС СССР №1062590 Способ потенциметрического определения ионов натрия в водном растворе. G01N 27/48, Опубл. Бюл. №47, 23.12.83]. Суть способу полягає у визначенні концентрації іонів 1 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 Ρ=0,95; - ускладнення процесу відтворюваності результатів вимірювання за методом калібрувального графіка, 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. + Задача винаходу - 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 виконають + вимірювання концентрації натрію через потенціал Na -іонселективного електрода, що визначається способом прямої хронопотенціометрії, за методом багаторазових добавок. + В такому режимі вимірювання потенціалелектродної 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. 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: 1 UA 113248 C2 5 10 - 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 двох точках; - 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 елемента. Таблиця 1 Електрохімічні параметри вимірювання потенціалу електрода ЭЛИС-212Na способом хронопотенціометрії Вимірювання іонів + Na Інтервал концентрації Інтервал потенціалу, + 3 Na , мкг/см мВ 2,3-2300 від +450 до + 600 Орієнтовна тривалість вимірювання потенціалу, с 60-180 1 15 20 25 30 35 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 NaCl з молярною концентрацією 1∙10 , 1∙10 , -2 -1 1∙10 , 1∙10 , 1,0 М. Для виконання вимірювань підготовлені до роботи вимірювальний електрод (ЭЛИС-212Na) і порівняльний електрод (хлорсрібний електрод з подвійним ключем) у електролітичній комірці 3 r 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 Μ Na 3 (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 Nа (до п'яти добавок). + За одержаним значенням потенціалів Nа -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 % Nа ) у діапазоні концентрацій натрію від 2,3 до 2300 мкг/см . Таблиця 2 Параметри та похибки вимірювань натрію у модельних розчинах Задана концентрація Режим + NaCI, Na , 3 3 моль/дм мкг/см -5 1•10 2,3 Розчин 1 1,0 23000 Розчин 1 Результати вимірювань Добавка Виміряна концентрація Потенціал Концентрація Маса Відносна μВ NaCI, NaCI + + 3 похибка, % Na , мкг 3 3 Na мг/дм моль/дм моль/дм +460 +600 40 2 UA 113248 C2 Продовження таблиці 2 23 -3 1•10 230 -2 1•10 Проба Добавка 1 Добавка 2 Π роба Добавка 1 Добавка 2 +486,4 +529,6 +543,2 +527,6 +550,2 +554,9 23.6 230 230 1,024•10 2300 2300 0,836•10 16.4 -3 -1 2,4 192,2 -2 -2 10 -2 10 10 -1 10 + 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 у 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 табл.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 проба середнє проба 1 проби; 2 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 співпадіння результатів вимірювання концентрації Na у зразках природної води, одержаних різними методами аналізу. + Запропонований спосіб визначення концептрації Na через потенціал Na -іоноелективного 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 вимірювані, від 2,3 до 23000 мкг/см з відносною похибкою вимірювання концентрації натрію у заданому винаходом інтервалі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 + Спосіб визначення натрію у водних розчинах через потенціал Nа -іонселективного електрода у порівнянні з хлорсрібним електродом, який відрізняється тим, що вимірювання потенціалу виконують способом прямої хронопотенціометрії з частотою 4 кГц, за методом багаторазових добавок в інтервалі зростання і стабілізації потенціалу від +450 до +600 мВ. 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