Інверсійно-хронопотенціометричний спосіб визначення меркурію (іі) у водних розчинах

Реферат: Спосіб інверсійно-хронопотенціометричного визначення меркурію (II) у водних розчинах включає вимірювання на твердому золотовміщуючому електроді при позитивному потенціалі відносно хлорсрібного електроду. При цьому, вимірювання виконують інверсійнохронопотенціометрично у пробах після мінералізації органічних речовин з використанням фонового електроліту НСl, Na2ЕДТА, KІ та при заданих електрохімічних параметрах накопичення та інверсії меркурію. UA 73205 U (54) ІНВЕРСІЙНО-ХРОНОПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИЙ СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ МЕРКУРІЮ (ІІ) У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ UA 73205 U UA 73205 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електрохімії, зокрема - інверсійної хронопотенціометрії з накопиченням, і може бути використана для аналізу води різного походження. Відомий спосіб визначення мікроконцентрації меркурію (II) у воді, який полягає у створенні забарвленого комплексу іонів меркурію (II) з кармоазином на поверхні тканинного зразка з білої бавовни у присутності оцтово-ацетатної буферної суміші з рН 6-7 та диметилсульфоксиду [Патент України на корисну модель № 50737, G01N 21/77 / О.М. Чеботарьов, І.С. Ефімова. Опубл. 25. 06. 2010, бюл. № 12], суттєвим недоліком якого є значна похибка вимірювання внаслідок порівняння забарвлення зразків з колірною тест-шкалою. Відомий також спосіб визначення ртуті [Деклараційний патент України на корисну модель №4328, G01N 1/28, G01N 30/00 / Д.В. Большой, О.Г. Пихтєєва. - Опубл. 17. 01. 2005, бюл. № 1], який полягає у концентруванні іонів ртуті дією двохлористого олова в диметилсульфоксиді: наступною кількісною реєстрацією атомно-абсорбційним методом. Недоліками такого способу є підвищена небезпека стадії концентрування іонів ртуті внаслідок токсичності реагентів та продуктів реакції на стадії визначення у газоподібному розчині. Найбільш близьким за хімічною суттю і досягнутим результатом до корисної моделі, що передбачається, є національний стандарт Російської Федерації [ГОСТ Р 552180-2003 "Вода питьевая. Определение содержания элементов методом инверсионной вольтамперометрии". М. ИПК Изд-во стандартов.-2004]. Стандарт встановлює метод визначення концентрації ряд > елементів з використанням інверсійної вольтамперометрії у питній та мінеральній воді, воді поверхневих та підземних джерел у тому числі з масовими концентраціями ртуті від 0,00005 до 3 0,01 мг/дм . Недоліком аналогу стосовно способу, що заявляється, є: 3 - неможливість точного визначення масової концентрації іонів ртуті у воді менше 0,1 мг/дм ; 3 - висока відносна похибка вимірювання: 30 % для інтервалу 0,00005-0,0001 мг/дм Hg у 3 3 розчині; 25 % для 0,0001-0,001 мг/дм ; 20 % для 0,001 до 0,01 мг/дм ); - відносна складність приготування та підготовки до роботи індикаторних електродів - Au-УЭ in situ (золото-вуглецевовміщуючий електрод з режимом його формування в процесі сумісного електролізу модифікуючого елементу (золота) та елементу, що визначається) або ТМГЭ-Au (III) (імпрегнований золотом графітовміщуючий електрод). Корисною моделлю ставиться задача створити інверсійно-хронопотенціометричний спосіб визначення масової концентрації ртуті у воді (пробах води різного природного походження) в 3 3 3 інтервалі від 0,1 мг/дм до 0,0001 мг/дм (10-0,1 мкг/дм ), що відповідає регламентованим концентраціям за вмістом Hg для джерел води: 3 - < 0,0002-0,0005 мг/дм за ДСТУ 4808:2007 "Джерела централізованого питного водопостачання. Гігієнічні та екологічні вимоги щодо якості води і правила вибирання". - Київ: Держспоживстандарт України, 2007; 3 - < 0,0005 мг/дм за ДСанПіН 2.2.4-171-10. Державні санітарні норми та правила "Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною" / Затверджено наказом Міністерства охорони здоров'я України від 12. 05. 2010, N 400. - Реєстр. 1 липня 2010 р. за N 452/17747; 3 - 0,006 мг/дм за рекомендаціями ВООЗ для питної води (Guidelines for Drinking-Water Quality. Vol. 1 Recommendations. - Geneva: World Health Organization, 1993.-188 p.; Vol. 2 Health criteria and other supporting information, 1996.-973 p.; Vol. 3 Surveillance and control of community supplies, 1997.-238 p.); 3 - 0,001 мг/дм за директивою Ради ЄС для питної води (Директива 98/ 83/ ЄС "Про якість води, призначеної для споживання людиною" від 3 листопада 1998 p. / Official Journal of the European Communities.-1998.-54 c.); 3 - 0,002 мг/дм за нормативами США для питної води (USEPA): EPA. Safe Drinking Water Is In Our Hands. Existing Standards and Future Priorities.-15 p.; 3 - < 1 мг/дм у поверхневих водах суші (Sparks Donald L. Environmental Soil Chemistry. - New York: Acad. Press, 1995.-467 p.). Поставлена корисною моделлю задача вирішується тим, що концентрацію іонів меркурію у воді вимірюють інверсійно-хронопотенціометрично після відповідної пробопідготовки (мінералізації органічних речовин додаванням HNO3 та Н2О2 або H2SO4 з наступним випаровуванням проби води при 70 °C до стану "вологих солей", розчинення мінералізату у 1М НСl) з подальшим встановленням концентрації металу за методом добавок на твердому золотому електроді з допоміжним хлорсрібним електродом при заданих електрохімічних параметрах інверсії іонів меркурію (II). Порядок виконання вимірювання масової концентрації меркурію (II): - аналізують контрольний (фоновий) розчин та визначають час інверсії ф; 1 UA 73205 U - аналізують пробу, розчин для дослідження (мінералізат), та визначають час інверсії проби п; 5 - у пробу вносять добавку стандартного зразку іонів Hg (II) (одну або декілька добавок) та визначають час інверсії проби з добавкою д. За одержаними значеннями часу інверсії фону, проби та проби з добавкою визначають концентрацію меркурію, де C  C  k  m  10 15 20 25 30 35 п  ф  д  п 3 концентрація Hg(II) у г/дм ; k - коефіцієнт переводу значень концентрації розчину електролізера у відповідні значення концентрації проби 3 води, 1/дм ; m - маса добавки стандартного зразку розчину іонів Hg (II), г. Приклад 1. Визначення масової концентрації меркурію у модельних розчинах. Для цього 3 готують модельні розчини з концентрацією Hg(II): 0,1; 0,01; 0,001 і 0,0001 мг/дм , шляхом додавання у фоновий розчин 1М НСl+0,2М KI (1,6 %)+Na2ЕДТА+1N Na2S2O3 та відповідного стандартного розчину солей меркурію (II). Для виконання вимірювань проводять наступну підготовку електродів: вимірювальний електрод (золотий електрод) шліфують кальцію карбонатом хімічно-осадженим, промивають бідистильованою водою, занурюють у розчин 1М соляної кислоти; порівняльний електрод (хлорсрібний електрод) заповнюють розчином 2М НСl. Електроди занурюють у розчин електролізера, встановлений на магнітну мішалку. Проводять вимірювання концентрації Hg (II) при таких параметрах: потенціал регенерації +0,350 В; час регенерації 120 с; діапазон визначення потенціалів концентрування від -0,600 до +0,200 В; значення опору у ланцюзі окислення 150 кОм; час концентрування залежить від очікуваної концентрації та знаходиться у діапазоні від 15 с до 210 с. В кожному зразку проводять концентрування Hg (II) на вимірювальному електроді при -0,600 В впродовж 15-210 с, а потім виконують процес інверсії металу при потенціалах +0,180÷+0,200 В, вимірюючи тривалість інверсії фону (ф) та проб (п) в секундах. У кожну пробу вносять певну масу добавки (m стандартного зразку іонів Hg (II) та визначають час інверсії проби з добавкою (д). Маса добавки (m) стандартного зразку розчину іонів Hg (II) пропорційна концентрації елементу у модельному розчині. За одержаним значенням часу інверсії фону, проби та проби з добавкою виконується обробка результатів вимірювання. У табл. 1 наведені результати вимірювання концентрації Hg (II), абсолютні похибки та значення середньоквадратичного відхилення для п'яти вимірювань у 3 модельних розчинах з концентрацією іонів меркурію 0,1; 0,01; 0,001 та 0,0001 мг/дм . За результатами досліджень, наведеними в прикладі 1, встановлено, що межа абсолютної похибки вимірювання концентрації меркурію (С) не перевищує ±0,3·С, а відносна похибка вимірювань в залежності від концентрації коливається від 1,6 до 16,6÷21,2 %. Це свідчить, що спосіб визначення масової концентрації меркурію методом інверсійної хронопотенціометрії у водних розчинах може використовуватись у широкому діапазоні концентрацій Hg(II) від 0,0001 3 до 0,1 мг/дм з високою точністю. Таблиця 1 Похибки вимірювань концентрації Hg(II) у модельних розчинах. № п/п, похибки вимірювань 1 2 3 4 5 Середнє значення, мг/дм Середньоквадратичне відхилення 3 Межа абсолютної похибки, мг/дм 3 Абсолютна похибка, мг/дм Межа відносної похибки, % 40 Значення концентрації ртуті у модельному розчині, мг/дм 0,1 0,01 0,001 0,0001 0,0877 0,01130 0,000802 0,0000767 0,0996 0,01069 0,000892 0,0000796 0,1085 0,01085 0,001120 0,0000769 0,1085 0,00799 0,001036 0,0000808 0,0876 0,01190 0,001305 0,0001030 0,0984 0,01055 0,001031 0,0000834 0,0105 0,00150 0,000197 0,0000111 ±0,0269 ±0,00386 ±0,000506 ±0,0000285 -0,0016 +0,00055 +0,00031 -0,0000166 ±1,6 ±5,5 ±3,1 ±16,6 3 Приклад 2. У пробі води з крану водопроводу визначали вміст Hg (II) методом Інверсійної хронопотенціометрії, як описано в Прикладі 1, та порівнювали з результатами аналізів, одержаними за методом атомно-абсорбційного аналізу (холодної пари) на аналізаторі "Юлія 2 UA 73205 U 5К" (Методичні вказівки "Визначення вмісту ртуті в об'єктах виробничого, навколишнього середовища і біологічних матеріалах". Наказ МОЗ України № 263, від 10.06.2005). Результати вимірювань наведено в табл. 2. Таблиця 2 Порівняння результатів вимірювання ртуті у воді різними методами 3 Методи аналізу Атомно-абсорбційний аналіз Інверсійна хронопотенціометрія Результати вимірювання ртуті у воді, мг/дм проба 1 проба 2 проба 3 середнє значення 0,00075 0,00081 0,00073 0,00076 0,0010 0,00103 0,00087 0,00096 5 10 За прикладом 2 встановлено достатній рівень збігу результатів вимірювання концентрації меркурію (II) у зразках води, одержаних різними методами аналізу. Пропонована нами корисна модель інверсійно-хронопотенціометричного способу визначення меркурію (II) дозволить проводити екологічний моніторинг Hg (II) у воді різного 3 природного походження в діапазоні від 0,0001 до 1,0 мг/дм , що відповідає регламентованим концентраціям за вмістом Hg для джерел води. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб інверсійно-хронопотенціометричного визначення меркурію (II) у водних розчинах, що включає вимірювання на твердому золотовміщуючому електроді при позитивному потенціалі відносно хлорсрібного електрода, який відрізняється тим, що вимірювання виконують інверсійно-хронопотенціометрично у пробах після мінералізації органічних речовин з використанням фонового електроліту НСl, Na2ЕДТА, KI та при заданих електрохімічних параметрах накопичення та інверсії меркурію. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3