Інверсійно-хронопотенціометричний спосіб визначення нікелю у водних розчинах

Реферат: Спосіб інверсійно-хронопотенціометричного визначення нікелю у водних розчинах включає вимірювання на твердому золотовмісному електроді. Вимірювання виконують інверсійнохронопотенціометрично у пробах після мінералізації органічних речовин на твердому золотовмісному електроді з використанням фонового електроліту. UA 74065 U (12) UA 74065 U UA 74065 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до аналітичного електрохімічного способу визначення масової концентрації нікелю в розчині, а саме до інверсійної хронопотенціометрії з накопиченням, і може бути використана для аналізу води та водних розчинів різного походження. За діючими нормативами вміст нікелю у воді джерел централізованого водопостачання 3 3 регламентується від менше 2 мкг/дм до 100 мкг/дм і у цьому діапазоні його концентрацію потрібно надійно вимірювати [ДСТУ 4808:2007 Джерела централізованого питного водопостачання. Гігієнічні та екологічні вимоги щодо якості води і правила вибирання. - К.: Держспоживстандарт України, 2007.-36 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, № 400. - Реєстр. 1 липня 2010 р. за № 452/17747]. Відомий фотометричний спосіб визначення нікелю у воді, що включає взаємодію нікелю у попередньо створеному водно-міцелярному середовищі неіоногенної поверхнево-активної речовини з 1-(2-піридилазо)-нафтолом-2 (ПАН) в присутності сульфіту натрію, введення трилону Б з наступним вимірюванням оптичної густини одержаного забарвленого комплексу [Патент України № 75500, G01N 21/00 //Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського / Г.В. Терлецька, Т.О. Богословська, О.С. Ієвлєва, Н.Ф. Кущевська. - Опубл. 17.04.2006, Бюл. № 4]. Недоліками цього способу є велика кількість компонентів реакції, склад і концентрацію яких потрібно постійно контролювати, а також недостатня нижня межа прямого 3 вимірювання концентрації нікелю у природних об'єктах (10 мкг/дм ), велика тривалість вимірювання (10-12 хвилин) при відносній похибці 8-20 %. Для визначення нікелю у воді також використовують пряме вимірювання методом полум'яної атомно-абсорбційної спектроскопії [Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. - М.: НПО Альтернатива, 1994. - С. 201-211; ISO 8288:1986, Water quality-Determination of cobalt, nickel, copper, zinc, cadmium and lead-Flame atomic absorption spectrometric methods]. Недоліками цього способу вимірювання нікелю у воді є його недостатня чутливість, коли вимірюваний діапазон концентрацій іонів нікелю від 100 до 3 3 10000 мкг/дм значно вищий за вміст металу у природній воді (від 0,1 до 100 мкг/дм ). Найбільш близьким аналогом за хімічною суттю і досягнутим результатом до корисної 3 моделі, що заявляється, є визначення мікрокількостей нікелю у розчині (до 5 мкг/дм ) методом диференційної полярографії з накопиченням на ртутному крапельному електроді. Недоліком найближчого аналога стосовно способу, що заявляється, є: - використання для полярографічного вимірювання ртутного електрода, що збільшує екологічну небезпеку аналізу внаслідок великої кількості металічної ртуті в аналізі; - невизначеність електрохімічних параметрів вимірювання нікелю більш чутливими інверсійними електрохімічними методами; - неможливість прямого визначення полярографічним способом масової концентрації нікелю 3 менше 5 мкг/дм . В основу корисної моделі поставлена задача створення інверсійнохронопотенціометричного способу визначення масової концентрації нікелю у водному розчині (пробах води різного природного походження) у необхідному для практики діапазоні від 3 3 1 мкг/дм до 1000 мкг/дм . Поставлена задача вирішується тим, що інверсійно-хронопотенціометричне визначення нікелю у розчині виконують після відповідної пробопідготовки (мінералізації органічних речовин додаванням HNO3 та Н2О2 з наступним випаровування проби води до стану "вологих солей", розчинення мінералізату у 2М НСl) з подальшим встановленням концентрації металу за методом добавок на твердому золотовмісному електроді з допоміжним хлорсрібним електродом при заданих електрохімічних параметрах вимірювання нікелю. Порядок виконання вимірювання масової концентрації нікелю: - аналізують контрольний (фоновий) розчин та визначають час інверсії τ ф; - аналізують пробу, розчин для дослідження (мінералізат), та визначають час інверсії проби τп; - у пробу вносять добавку стандартного зразку іонів Ni(II) (одну або декілька добавок) та визначають час інверсії проби з добавкою τд. За одержаними значеннями часу інверсії фону, проби та проби з добавкою визначають   масову концентрацію нікелю: C  k  m  п ф ,  д  п 1 UA 74065 U 3 5 10 15 20 25 де С - концентрація Ni(II) в г/дм ; k - коефіцієнт переводу значень концентрації розчину 3 електролізера у відповідні значення концентрації проби води в 1/дм ; m - маса добавки стандартного зразку розчину іонів Ni(II), г. Приклад 1. Визначення масової концентрації нікелю у модельних розчинах. Для цього 3 готують модельні розчини з концентрацією Ni (II) 1000; 100; 10 і 1,0 мкг/дм , шляхом додавання у фоновий розчин (2М НСl+0,1М NaSCN+0,4M Na 2SO3;+ 4M NH4OH) відповідного стандартного розчину нікелю. 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, і проводять вимірювання концентрації при таких параметрах: потенціал регенерації +0,050 В; час регенерації - 120 с; значення опору у ланцюгу окислення 150 кОм; час концентрування залежить від очікуваної концентрації та знаходиться у діапазоні від 15 с до 210 с. В кожному зразку проводять концентрування Ni (II) на вимірювальному електроді при -0,300 В впродовж 15-210 с, а потім виконують процес інверсії металу при потенціалах +0,010 В÷-0,100 В, вимірюючи тривалість інверсії фону (τ ф) та проб (τп) в секундах. У кожну пробу вносять певну кількість добавки (m) стандартного зразку іонів Ni(II) та визначають час інверсії проби з добавкою (τд). Маса добавки (m) стандартного зразку розчину 3 іонів Ni(II) (на 10 см досліджуваного розчину) 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 нікелю, похибки та значення середньоквадратичного відхилення для вимірювань у стандартних 3 розчинах з концентрацією 1000; 100; 10 та 1,0 мкг/дм . Таблиця 1 Вимірювання концентрації Ni(II) у модельних розчинах Показники вимірювань за п'ятикратним повторенням 1 2 3 4 5 3 Середнє значення, мкг/см Середньоквадратичне відхилення 3 Межа абсолютної похибки, мкг/дм 3 Абсолютна похибка, мкг/дм Межа відносної похибки, % 30 35 40 Виміряні концентрації нікелю у модельному розчині, 3 мкг/дм 1000 100 10 1 914 74,7 8,24 1,065 918 99,1 11,50 1,180 1069 123,5 12,05 1,240 885 85,6 6,97 1,025 916 93,4 9,65 1,255 940 95,2 9,68 1,153 73 18,3 2,14 0,104 ±188 ±46,9 ±5,51 ±0,266 -60 -4,8 -0,32 +0,153 ±6,4 ±5,0 ±3,3 ±13,3 За результатами досліджень, наведеними в прикладі 1, встановлено, що межа абсолютної похибки вимірювання концентрації нікелю (С) не перевищує ±0, С, а відносна похибка вимірювань в залежності від концентрації коливається від 3,3 до 13,3 %. Це свідчить, що інверсійно-хронопотенціометричний спосіб визначення масової концентрації нікелю у водних розчинах може використовуватись у широкому діапазоні концентрацій Ni(II) від 1 до 3 1000 мкг/дм з високою точністю. Приклад 2. У пробі води з водогону визначали вміст Ni(Il) інверсійнохронопотенціометричним способом, як описано в Прикладі 1, та способом атомно-абсорбційної спектроскопії (Униф. методы исследования качества вод, СЭВ. - М., 1987, ISO 8467). Результати вимірювань наведено в табл. 2. За прикладом 2 встановлено співпадання результатів вимірювання концентрації Ni(II) у зразках природної води, одержаних різними методами аналізу. 2 UA 74065 U Таблиця 2 Порівняння результатів вимірювання маси Nі(ІІ) у воді різними методами аналізу 3 Спосіб аналізу Атомно-абсорбційний аналіз Інверсійна хронопотенціометрія 5 Результати вимірювання маси Ni (II) у воді, мкг/дм проба 1 проба 2 проба 3 середнє значення 0,017 0,019 0,014 0,017 0,021 0,018 0,019 0,019 Пропонована нами корисна модель інверсійно-хронопотенціометричного способу визначення нікелю дозволить проводити екологічний моніторинг Ni(II) у воді різного природного 3 походження в діапазоні від 0,0001 до 1,0 мг/дм , що відповідає регламентованим концентраціям за вмістом нікелю для джерел води. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб інверсійно-хронопотенціометричного визначення нікелю у водних розчинах, що включає вимірювання на твердому золотовмісному електроді, який відрізняється тим, що вимірювання виконують інверсійно-хронопотенціометрично у пробах після мінералізації органічних речовин на твердому золотовмісному електроді з використанням фонового електроліту 2M HCl+0,1M NaSCN+0,4M Na2SO3+4M NH4OH при заданих електрохімічних параметрах накопичення та інверсії нікелю. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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