Спосіб визначення фторид-іонів у водних розчинах

Реферат: Спосіб визначення фторид-іонів у водних розчинах через потенціал F-іонселективного електроду у порівнянні з хлорсрібним електродом. Вимірювання потенціалу виконують способом прямої хронопотенціометрії за методом багаторазових добавок в інтервалі зростання і стабілізації потенціалу. UA 114725 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ФТОРИД-ІОНІВ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ UA 114725 U UA 114725 U 5 10 15 20 25 30 35 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 фторид-іонів та їх фонового моніторингу. Необхідність точного визначення концентрації фторидів у воді зумовлена діючими нормативами їх вмісту у воді джерел централізованого і нецентралізованого водопостачання для забезпечення її безпечного використання або фізіологічної повноцінності мінерального складу води, 3 3 регламентованими від 0,7 мг/дм до 1,5 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 N452/17747]. Найбільш близьким за хімічною суттю і досягнутим результатом до корисної моделі, що заявляється, є спосіб потенціометричного визначення концентрації фторидів у воді [Межгосударственный стандарт. ГОСТ 4386-89 "Вода питьевая. Методы определения массовой концентрации фторидов". - М.: Изд. стандартов, 1990. - С. 7-11]. Суть способу полягає у визначенні концентрації іонів F у водному розчині з добавкою ацетатно-цитратного буферного розчину, шляхом вимірювання потенціалу фторидного іонселективного електроду з наступним 3 розрахунком за градуювальним графіком в інтервалі концентрацій F від 0,1 до 19 мг/дм . Недоліком аналогу стосовно способу, що заявляється, є: - висока сумарна відносна похибка вимірювання концентрації F у природних водних об'єктах, яка може досягати ±25-30 % (Р = 0,95) в діапазоні концентрацій фторид-іону 0,1-0,15 3 3 мг/дм та ±15 % в діапазоні концентрацій фторид-іону 0,2-0,5 мг/дм ; - ускладнення процесу відтворюваності результатів вимірювання за методом калібрувального графіку, що вимагає постійності умов проведення калібровки і вимірювань. Корисною моделлю ставиться задача створення способу визначення концентрації F у воді і водних розчинах в концентраційному інтервалі питної води контрольованої якості ( 1,5 3 мг/дм ) за ДСТУ 7525:2014 з сумарною відносною похибкою вимірювання до 20 %. Поставлена задача вирішується тим, що у пробах води та водних розчинах виконують вимірювання концентрації фторид-іону через потенціал F-іонселективного електроду, що визначається способом прямої хронопотенціометрії, за методом багаторазових добавок. В такому режимі вимірювання потенціал електродної пари - F-іонселективного електроду і хлорсрібного електроду 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 електроду, а отже зростає точність і правильність результатів вимірювання. Порядок виконання вимірювання у пробах води вмісту фторид-іону будується відповідно до поетапного зростання і стабілізації потенціалу F-іонселективного електроду у вибраних умовах вимірювань (табл. 1). 40 Таблиця 1 Електрохімічні параметри вимірювання потенціалу електроду ЭЛИС-131F способом хронопотенціометрії Вимірювання іонів F Інтервал концентрації Інтервал потенціалу, 3 F , мкг/см мВ 0,19-1900 від -218 до -470 45 50 Орієнтовна тривалість вимірювання потенціалу, с 60-180 Приклад 1. Визначення масової концентрації F у модельних розчинах. Готують модельні і градуювальні розчини 1, 2, 3, 4, 5 з відповідною концентрацією F : 0,19; 3 -5 -4 -3 1,9; 19,0; 190; 1900 мкг/см або це розчини NaF з молярною концентрацією 110 ,110 , 110 , -2 -1 110 , 110 М. Готують розчин буферу 1 Μ СаСl2 для регулювання іонної сили (БРОІС). 3 Для виконання вимірювань в електролітичну комірку наливають 10 см градуювального -5 розчину 1, з мінімальною концентрацією F початкового діапазону вимірювання 110 Μ NH4Cl, 3 та додають 1 см розчину БРОІС. Встановлюють підготовлені до роботи вимірювальний електрод (ЭЛИС-131F) і порівняльний електрод (хлорсрібний електрод з подвійним ключем), електролітичну комірку розміщують на магнітній мішалці і помірно перемішують. Проводять вимірювання потенціалу електродної пари в режимі прямої хронопотенціометрії протягом 60 с (таблиця 1). За аналогічною процедурою виконують вимірювання потенціалу F-іонселективного 1 UA 114725 U -1 5 10 15 електроду градуювального розчину 5 (110 Μ NaF). За одержаними значеннями потенціалів будують лінійний калібрувальний графік. 3 -3 У електролітичну комірку вносять 10,0 см модельного розчину з концентрацією 110 Μ F 3 (190 мкг), добавляють 1,0 см розчину БРОІС і виконують: - вимірювання початкового потенціалу проби; -2 - до проби вносять при мінімальній зміні її об'єму першу добавку (розчин 110 Μ F ), що містить 19 мкг F та виконують вимірювання потенціалу проби з добавкою 1; - повторюють аналогічні вимірювання потенціалів, поетапно збільшуючи масу добавки F (до п'яти добавок). За одержаним значенням потенціалів F-іонселективного електроду у модельних розчинах 1, 3, 4 виконують математичну обробку результатів вимірювання. У таблиці 2 наведені результати вимірювання концентрації фторид-іонів у модельних розчинах 1, 3 і 4, відносні похибки для виконаних серій добавок до модельних розчинів. За результатами досліджень, наведеними в прикладі 1, встановлено, що відносна похибка вимірювання концентрації F не перевищує заданих винаходом меж (від ±1,6 до ± 16,8 % F ) у діапазоні концентрацій фторид-іонів від 0,19 3 до 190 мг/дм . Таблиця 2 Параметри та похибки вимірювань фторид-іонів у модельних розчинах Задана концентрація Введено для NaF, 3 вимірювання моль/дм 3 F , мкг/см -5 0,19 1899,8 -5 0,19 -3 19,0 -2 1900 110 -1 110 110 110 110 Результати вимірювань Добавка Потенціал, Концентрація мВ Маса NaF, F , мкг 3 моль/дм Градуювальний графік Розчин 5 -218,9 Розчин 1 -467,0 Аналіз модельних розчинів Проба -302,0 1,9 -3 +Добавка 1 -323,6 10 1,9 -3 +Добавка 2 -333,1 10 3,8 -3 +Добавка 3 -339,2 10 5,7 Проба -372,1 190 -2 +Добавка 1 -385,8 10 19,0 -2 +Добавка 2 -394,1 10 38,0 -2 +Добавка 3 -400,1 10 57,0 Проба -399,5 1900 -1 +Добавка 1 -404,6 10 190 -1 +Добавка 2 -409,1 10 380 -1 +Добавка 3 -412,9 10 570 -1 +Добавка 4 -416,2 10 760 -1 +Добавка 5 -418,9 10 950 Режим 20 25 Виміряна концентрація NaF, 3 моль/дм Відносна похибка, % F , мкг -5 2,1 10,5 -3 222 16,8 -2 1930 1,6 1,09210 1,16910 1,01610 Приклад 2. У пробі природної води визначали вміст F через потенціал F-іонселективного електроду, вимірюваного способом прямої хронопотенціометрії, за методом багаторазових добавок, як описано в Прикладі 1, та порівнювали з результатами аналізу, одержаними за методом іонометрії [Межгосударственный стандарт. ГОСТ 4386-89 "Вода питьевая. Методы определения массовой концентрации фторидов". - М.: Изд. стандартов, 1990. - С. 7-11]. Результати вимірювань наведено в таблиці 3. За прикладом 2 встановлено співпадання результатів вимірювання концентрації F у зразках природної води, одержаних різними способами вимірювання з відхиленням, регламентованим ГОСТ 4386-89. 2 UA 114725 U Таблиця 3 Порівняння результатів вимірювання концентрації амонію у природній воді різними методами аналізу Методи аналізу Хімічний елемент Іонометрії Пропонований спосіб прямої хронопотенціометрії F Результати вимірювання концентрації важких металів у воді, мг/дм проба 1 проба 2 проба 3 середнє значення 0,21 0,27 0,16 0,21 0,20 0,19 0,18 0,19 5 Запропонований спосіб визначення концентрації F через потенціал F-іонселективного електроду, 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 0,19 до 1900 мг/дм з відносною похибкою вимірювання концентрації фторид-іону у заданому корисною моделлю інтервалі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб визначення фторид-іонів у водних розчинах через потенціал F-іонселективного електроду у порівнянні з хлорсрібним електродом, який відрізняється тим, що вимірювання потенціалу виконують способом прямої хронопотенціометрії за методом багаторазових добавок в інтервалі зростання і стабілізації потенціалу. 15 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3