Спосіб сорбційно-спектрофотометричного визначення заліза (ііі) у воді

39785 Запропонований спосіб відноситься до аналітичної хімії та стосується методів визначення заліза (ІІІ) при його вмісті 6-600 мкг/дм3, що може бути використано при аналізі вод різних категорій: стічної, природної, питної та високочистої, а також чистих реактивів. Відомі фотометричні, екстракційнофотометричні, хроматографічні, сорбційно-фото- метричні, а також кінетичні способи визначення заліза (ІІІ) [1-9]. Фотометричний спосіб визначення заліза (ІІІ) за реакцією з 1,10-фенантроліном дозволяє визначати залізо (ІІІ) з чутливістю 10 мкг/дм3, тобто на рівні та нижче ГДК у питній воді, але не придатний для аналізу високочистих реактивів, в тому числі деіонізованої води [10,11]. Найбільш близьким за технічною сутністю та результатом, то досягається є сорбційно-спектрофотометричний спосіб визначення заліза (ІІІ) у воді шляхом концентрування на поверхні дисків, виготовлених з заповненого тонкодисперсним катіонітом КУ-2 поліакрилнірильного волокна, з подальшою обробкою дисків роданідом калію та вимірюванням коефіцієнту дифузійного відбиття диску при 500 нм [12]. Границя визначення складає 10 мкг/дм3 при об'ємі водного розчину 100 см3. Визначенню заліза (ІІІ) заважають катіони лужних та лужноземельних металів, що також сорбуються на диску, зменшуючи його ємну здатність. В основу винаходу поставлено задачу підвищення чутливості та вибірковості визначення заліза (ІІІ). Вирішення задачі досягається тим, що в способі визначення заліза (ІІІ), що включає концентрування його і розчину твердофазним носієм з наступним вимірюванням коефіцієнту дифузійного відбиття носія, вилучення заліза (ІІІ) здійснюють з 0,7 М розчину тіоціанату натрію при рН 0-2,5 силікагелями марок Л 5/40, Л 40/100, Л 100/250, Л 100/400 модифікованими високомолекулярними четвертинними амонійними солями: хлоридом тридецилоктадециламонію (ТДОДА), або дихлоридом N-метил-N,N,N',N',N'-пентадецилетилді-амонію (ПДЕДА). Використання способу визначення заліза, що пропонується, дає позитивний ефект у порівнянні з відомим способом, який полягає у підвищенні чутливості визначення заліза у 5 разів (межа визначення 2 мкг/дм3 замість 10 мкг/дм3 за прототипом) та збільшенні вибірковості визначення (не заважає надлишок іонів лужних та лужноземельних металів). Оптимальні умови визначення заліза: Сорбент силікагель (Л 5/40, Л40/100, Л 100/250 або Л 100/400) "Chemapol" для хроматографії, модифікований хлоридом тридецилоктадециламонію (ТДОДА) або дихлоридом N- метил-N,N,N',N',N'-пентадецилетилдіамонію (ПДЕДА) з ємністю за ТДОДА та ПДЕДА 0,2 ммоль/г. Концентрація тіоціанату натрію 0,7 моль/дм3, рН сорбції 0-2,5. Визначенню не заважають іони лужних та лужноземельних металів, а також іони Mn(II), Zn(II), Ni(II), Со(ІІ), СІ -, SО42- при їх вмісті на рівні ГДК у воді, а також іон Сu(ІІ) на рівні 0,1 мг/дм3. Калібрувальний графік лінійний в діапазоні концентрацій заліза (ІІІ) 6-600 мкг/дм3. Границя визначення заліза (ІІІ) складає 2 мкг/дм3. Таким чином, суттєвими ознаками запропонованого способу є те, що концентрування заліза (ІІІ) проводиться силікагелем (Л 5/40, Л 40/100, Л 100/250 або Л 100/400), модифікованими хлоридом тридецилоктадециламонію або дихлоридом N-метилN,N,N',N',N'-пентадецилетилдіамонію з 0,7 М розчину тіоціанату натрію при рН 0-2,5. Застосування силікагелю, модифікованого хлоридом тридецилоктадециламонію або дихлоридом Nметил-N,N,N',N',N'-пентадецилетилдіамо- нію силікагелю для визначення заліза (ІІІ) у літературі не відомо, що дозволяє вважати запропонований спосіб таким, що відповідає критеріям "новизна" та "суттєві відмінності". Винахід ілюструється наступними прикладами: Приклад 1. До 50 см3 розчину з вмістом заліза (ІІІ) 0,330 мкг додавали 15 см3 2 М водного розчину тіоціанату натрію, 1 М розчин азотної кислоти до рН 1,5 за рНметром, 0,2 г силікагелю Л 40/100, модифікованого ТДОДА або ПДЕДА та перемішували магнітною мішалкою протягом 30 хв. Сорбент відфільтровували через фільтр "червона стрічка" та вимірювали коефіцієнт дифузійного відбиття при К = 480 нм. Вміст заліза знаходили за калібрувальним графіком, побудованим в координатах коефіцієнт дифузійного відбиття концентрація заліза, мкг/дм3. Рівняння калібрувального графіка: -3 3 -3 R480 = 5,2×10 С (мкг/дм ) – 2,29×10 . Лінійність калібрувального графіка зберігається в інтервалі 6-600 мкг/дм3. Границя визначення складає - 2 мкг/дм3. Приклади 2-20. Обгрунтування вибору сорбенту. До розчинів об'ємом 50 см3, що містять 2,5 мкг заліза (ІІІ) і всі компоненти, як у прикладі 1, крім силікагелю Л 40/100, додавали по 0,2 г сорбенту, як вказано в таблиці 1, та перемішували магнітною мішалкою протягом 30 хв. Сорбент відфільтровували через фільтр "червона стрічка" та вимірювали коефіцієнт дифузійного відбиття при l = 480 нм. Вміст заліза знаходили за калібрувальним графіком, побудованим в координатах коефіцієнт дифузійного відбиття - концентрація заліза, мкг/л. Результати наведені у таблиці 1. Видно, що для визначення заліза (ІІІ) придатні силікагелі марки Л 5/40, Л 40/100, Л 100/250 та Л 100/400. Аніоніт АВ-17 також сорбує іони заліза (ІІІ), але через схильність 39785 до набухання у воді та неоднорідність поверхні він непридатний для вимірювання коефіцієнтів дифузійного відбиття. Таким чином, оптимальними для визначення заліза (ІІІ) є силікагелі Л 5/40, Л 40/100, Л 100/250 та Л 100/400. Приклади 21-26. Обгрунтування оптимального інтервалу рН розчину для визначення заліза (ІІІ). До розчинів об'ємом 50 см3, що містять 2,5 мкг заліза (ІІІ), додавали по 15 см3 2 М водного розчину тіоціанату натрію та розчин азотної кислоти до рН 0-4 рН-метром, 0,2 г модифікованого ТДОДА силікагелю Л 40/100 та перемішували магнітною мішалкою протягом 30 хв. Далі проводили всі операції, як вказано в прикладі 1. Вміст заліза знаходили за калібрувальним графіком. Результати наведені у таблиці 2. Видно, що оптимальним є рН 0-2,5. При рН > 3 починається процес гідролізу тіоціанатних ацидокомплексів заліза (ІІІ). При рН 0,6 моль/дм3. Приклади 34-38. Обгрунтування часу сорбції заліза (ІІІ). До розчинів об'ємом 50 см3, що містять 2,5 мкг заліза (ІІІ), додавали по 15 мл 2 М водного розчину тіоціанату натрію, азотну кислоту до рН 1,5 за рН-метром, 0,2 г модифікованого ТДОДА силікагелю Л 40/100 та перемішували магнітною мішалкою протягом 10, 15,20, 25, 35 та 40 хв. Далі проводили всі операції, як вказано в прикладі 1. Вміст заліза знаходили за калібрувальним графіком. Результати наведені у таблиці 4. Видно, що оптимальний час сорбції становить більше 30 хв. Приклади 39-66 ілюструють вплив сторонніх іонів на результати визначення заліза (ІІІ). До розчинів об'ємом 50 см3, що містять 1 мкг заліза (ІІІ), додавали всі компоненти як у прикладі 1 та 0,52,0 мкг міді (II), 0,1-2,0 мкг кобальту (II), 1-50 мкг цинку (II), 0,1-2,0 мкг нікелю (II), 1-10 мкг марганцю (II), 2005000 мкг хлориду натрію, 125 мкг фосфату натрію, 500-6000 мкг сульфату натрію, 0,2 г модифікованого силікагелю та перемішували на магнітній мішалці, як вказано в прикладі 1. Розчин відфільтровували через фільтр "червона стрічка" та вимірювали спектри дифузійного відбиття одержаних сорбентів. Вміст заліза на поверхні сорбенту визначали за калібрувальним графіком. Результати визначення наведені у таблиці 5. Висновок: з даних таблиці 5 видно, що визначенню заліза (ІІІ) не заважають при вмісті на рівні ГДК у воді, катіони Ni2+, Co2+, Zn2+, Mn2+ та аніони СІ - SO42- PО43-, катіони Сu2+ не заважають на рівні її реального вмісту у воді (< 0,05 мг/дм3) . В таблиці 6 наведена статистична обробка результатів визначення заліза (ІІІ) в стандартних розчинах, з якої видно, що запропонований спосіб характеризується задовільною точністю і відтворюваністю. В таблиці 7 наведена статистична обробка результатів визначення заліза (ІІІ) в модельних розчинах. Висновок: з даних таблиці 7 видно, що катіони лужних і лужноземельних металів, хлорид-, сульфат-іони в надлишку також не заважають визначенню заліза (ІІІ). В таблиці 8 наведена статистична обробка результатів визначення заліза (ІІІ) у питній та дистильованій воді. Правильність одержаних результатів підтверджено методом внутрішнього стандарту ("введенознайдено") Таким чином, практичне застосування способу, що пропонується, дозволяє підвищити чутливість визначення мікро кількостей заліза в 5 разів та збільшити вибірковість визначення (визначенню не заважають надлишок іонів лужних і лужноземельних металів, перехідні метали, що утворюють тіоціанатні ацидокомплекси на рівні їх ГДК у воді івні кількості міді і кобальту). Джерела інформації: 1. Марченко З. Фотометрическое определение элементов. – М.: Мир, 1971. – 502 с. 2. Упор Э., Мохин М., Новак Д. Фотометрические методы определения следов неорганических соединений. – М.: Мир, 1985. – 360 с. 3. Taher M.A., Puri Bal Krishan. Application of 1-(2-pyridilazo)-2-naphthol supported on naphthalene for column preconcentration and determination of iron in standard alloys and biological samples. –Ann. Chim. (Ital.), 1995, 85, N 3,4. – P.183-192. 4. Puri Bal Krishan, Balani Sanjay. Precocentration of Fe (III), Cd (II), Cu (II) nitrozo-R-complexes on tetradecyldimethylbenzylammonium iodide-naphthalene adsorbent. – Talanta. – 1995, 42, N 3. – P.337-344. 5. Steinmann P., Shotyk W. Ion chromatography of organic rich natural waters from peatlands. V. Fe 2+, Fe3+. – J.Chromatogr. – 1995, 706, N 1-2. – P.293-299. 6. Yie Xiaolen, Zhu Youyu, Yao Xiaoting. Phys. Test and Chem. Anal. B. Chem. – 1995, 31, N 4. – P.205-206. 7. Moustafa M.E., El-Mossalamy E.H., El-Sayed G.O.. Spectrophotometric studies and analytical applications of the complexes of Fe (III), Ni (II) and Cu (II) with some 4-aminoantipyrene azo derivaties. – Spectrosc. Lett. – 1994, 24, N 8. – P.981-993. 39785 8. Шавоева О.П., Дедкова В.П.Ю Саввин С.Б. Влияние природы анионов на комплексообразование железа (III) с тиоцинат-ионами на твердой фазе // Журн. Аналит. Химии. – 1997. – 52, № 7. – С. 692-696. 9. Фицев И.М., Золотухин А.В., Ермолаева Н.А., Торопова В.Ф. и др. Проточно-инжекционные системы для определения Fe (III) и иодид-ионов с использованием каталитических реакций // Журн. Аналит. Химии. – 1997. – 52, № 6. – С.578-581. 10. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериалогической и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. – М.: Госстандарт России, 1995. – 618 с. 11. ОСТ 11029.003-80. Изделия электронной промышленности. Вода, применяемая в производстве. Марки, технические требования. Методы очистки и анализа. Введ. 03.05.81. 12. Шовоева О.П., Трутнева Л.М., Саввин С.Б. Проточные сенсорные системы на железо, никель и медь // Журн. аналит. химии. - 1994. - 49, № 6.. – С.574-578. 39785 Таблиця 1 Результати визначення заліза (ІІІ) із застосуванням сорбентів різного типу модифікованих ТДОДА або ПДЕДА Пр., № Сорбент 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Силікагель L 40/100 Полихром-1 Хромосорб G Хроматрон N-AW Полисорб-1 Сефадекс LH-20 Сефадекс G-15 Молселект Г-25 Порапак Q Порапак Т Знайдено заліза Пр., N (ІІІ), мкг/дм3 50 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 25 17 0 18 35 19 40 20 Сорбент Хромосорб 101 Хромосорб 103 Амберлит ХАД-7 Амберлит ХАД-4 Силипор-300 Катионит КУ-2 Анионит АВ-17 Силикагель L 5/40 Силикагель L100/400 Силикагель L100/400 Знайдено заліза (ІІІ), мкг/дм3 0 0 0 0 0 0 50 50 50 Таблиця 2 Вплив рН розчину на правильність визначення заліза (ІІІ) Приклад № 21 22 1 23 24 25 26 РН 0 1 1,5 2 2,5 3 4 Правильність визначення, % 95 99 100 99 95 87 65 Таблиця 3 Вплив концентрації тіоціанат-іонів на правильність визначення заліза (ІІІ) Приклад № CSCN-, моль/дм 27 28 29 30 0,05 0,1 0,3 0,5 Правильність визначення, % 45 68 75 88 Приклад № 31 1 32 33 CSCN-, моль/дм 0,6 0,7 0,8 1,0 Правильність визначення, % 98 100 100 100 Таблиця 4 Вплив часу сорбції на правильність визначення заліза (ІІІ) Приклад № 34 35 36 37 1 38 Час сорбції, хв. 10 15 20 25 30 40 Правильність визначення, % 45 68 85 98 100 100 Таблиця 5 39785 Точність визначення заліза (ІІІ) у присутності сторонніх іонів Пр., № 49 50 51 52 53 54 55 56 57 Іон Сu -"-"Со -"Zn -"Ni -" Кратність Точність Пр., надлишку іону визначення, % № 0,5 100 58 1 100 59 2 98 60 0,1 100 61 2 100 62 1 100 63 50 100 64 1 100 65 2 100 Іон Mn -"СІ -"РO43-"SO42-" Точність Кратність надлишку іону визначення, % 1 100 10 100 200 100 5000 99 1 100 25 98 500 100 6000 100 Таблиця 6 Статистична обробка результатів визначення заліза (ІІІ) в стандартних розчинах (n=5, Р=0,95) Приклад № 66 67 68 69 Fe(III), мкг/дм3 введено Знайдено х±Dх 10 11±1 50 48±2 100 105±5 600 610±8 Sr 0,12 0,04 0,02 0,01 Таблиця 7 Статистична обробка результатів визначення заліза (ІІІ) в модельних розчинах, що містили, мг/дм3: 100 Ca2+, 30 Mg2+, 100 Na+, 10 мг/л К+, 50 Cl- та 50 SO42- (n=5, P=0,95) Приклад № 70 71 Fe(III), мкг/дм3 Введено Знайдено х±Dх 10 10±3 50 51±5 Sr 0,25 0,08 Таблиця 8 Статистична обробка результатів визначення заліза(ІІІ) у водах різних категорій (n=5, Р=0,95) Fe(III), мкг/дм3 Приклад № Тип води Sr Введено знайдено х±Dх 72 Питна 0 180+20 0,08 73 -"120 290±22 0,06 74 -"240 450±30 0,06 75 Дистильована 0 31±4 0,14 76 -"20 55±6 0,08