Інверсійно-хронопотенціометричний спосіб визначення кобальту у водних розчинах

Реферат: Інверсійно-хронопотенціометричний спосіб визначення кобальту у водних розчинах шляхом вимірювання на твердому золотовмісному електроді у пробах після мінералізації органічних речовин на фоні 2M HCl+0,1M NaSCN+0,4M Na2SO3+4M NH4OH при заданих електрохімічних параметрах накопичення та інверсії кобальту. UA 75222 U (54) ІНВЕРСІЙНО-ХРОНОПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИЙ СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ КОБАЛЬТУ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ UA 75222 U UA 75222 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до аналітичного електрохімічного способу визначення масової концентрації кобальту в розчині, а саме до інверсійної хронопотенціометрії з накопиченням, і може бути використана для аналізу води та водних розчинів різного походження. Відомий спосіб визначення кобальту у воді шляхом проведення за його участю хімічної редокс-реакції взаємодії малонової кислоти з броматом лужного металу, що каталізується фероїном та вторинним каталізатором - водним розчином кобальту, у кислому водному розчині та вимірюванні впродовж реакції потенціалу платинового електроду як аналітичного сигналу [Патент України № 48280, G01N 31/10 / П.Є. Стрижак, Т.С Іващенко, О.З. Діденко, К.Б. Яцимірський. - Опубл. 15.08.2002, бюл. № 8]. Недоліками цього способу є велика кількість компонентів редокс-реакції, склад і концентрацію яких потрібно постійно контролювати, а також велика тривалість вимірювання (40 хвилин) при відносній похибці 10 %. Найбільш близьким за хімічною суттю і досягнутим результатом до корисної моделі, що заявляється, є спосіб полярографічного визначення мікрокількостей кобальту в сталі [Патент Российской Федерации № 2065161, G01N 27/48 // Институт стандартных образцов Центрального НИИ черной металлургии им. И.П. Бардина / Н.В. Сташкова, А.В. Ищенко. Опубл. 10.08.1996]. Спосіб встановлює порядок визначення концентрації кобальту із водного розчину, одержаного при розчиненні сталі у суміші соляної та азотної кислот, методом зміннострумової полярографії за каталітичною хвилею, що виникає у присутності диметилгліоксиму і азотистокислого натрію у хлоридно-аміачному буферному розчині та добавці фториду амонію. Полярограму записують на ртутному крапельному електроді у змінно-струмовому трапецеїдальному режимі при - 1,0-1,2 В для інтервалу концентрації Co від 0,005 до 0,4 мкг на 3 полярографічну комірку об'ємом 50 см . Недоліком прототипу стосовно способу, що заявляється, є: - непряме вимірювання концентрації кобальту в полярографічному розчині, а за каталітичною хвилею з необхідністю введення для цього диметилгліоксиму і азотистокислого натрію, що знижує точність та чутливість аналізу; 3 - неможливість визначення масової концентрації свинцю більше 0,008 мкг/см (0,4 мкг/50 3 см ), тоді як гранично допустима концентрація (ГДК) кобальту у поверхневих і підземних водах 3 для централізованого питного водопостачання складає від 0,01 до більше 0,05 мкг/см (ДСТУ 4808:2007. Джерела централізованого водопостачання. Гігієнічні та екологічні вимоги щодо якості води і правила вибирання. - К.: Держспоживстандарт України, 2007.-36 с.); - використання для вимірювання ртутного електроду, що збільшує екологічну небезпеку аналізу внаслідок великої кількості металічної ртуті в аналізі. Корисною моделлю ставиться задача створити інверсійно-хронопотенціометричний спосіб визначення масової концентрації кобальту у водному розчині (пробах води різного природного 3 3 походження) у необхідному для практики діапазоні від 0,001 мкг/см до 1 мкг/см . Поставлена корисною моделлю задача вирішується тим, що вимірювання виконують на твердому золотовмісному електроді інверсійно-хронопотенціометричним способом у пробах після мінералізації органічних речовин на фоні 2М HCl+0,1M NaSCN+0,4M Na2SO3+4M NH4OH при заданих електрохімічних параметрах накопичення та інверсії кобальту. Порядок виконання вимірювання масової концентрації кобальту: - аналізують контрольний (фоновий) розчин та визначають час інверсії Ф ; - аналізують пробу, розчин для дослідження (мінералізат) та визначають час інверсії проби ; П - у пробу вносять добавку стандартного зразка іонів Со(ІІ) (одну або декілька добавок) та визначають час інверсії проби з добавкою  Д . За одержаними значеннями часу інверсії фону, проби та проби з добавкою визначають   ф масову концентрацію кобальту: C  k  m  п ,  д  п 3 де С - концентрація Со(ІІ) в г/дм ; k - коефіцієнт переводу значень концентрації розчину електролізера у відповідні значення 3 концентрації проби води в 1/дм ; m - маса добавки стандартного зразка розчину іонів Со(ІІ), г. Приклад 1. Визначення масової концентрації кобальту у модельних розчинах. 3 Для цього готують модельні розчини з концентрацією Со(ІІ) 1,0; 0,1; 0,01 і 0,001 мкг/см , шляхом додавання у фоновий розчин (2М НСl+0,1М NaSCN+0,4M Na2SO3+4M NH4OH) відповідного стандартного розчину кобальту. Для виконання вимірювань проводять наступну підготовку електродів: вимірювальний електрод (золотий електрод) шліфують кальцію карбонатом хімічно-осадженим, промивають 1 UA 75222 U 5 10 15 бідистильованою водою, занурюють у розчин 1М соляної кислоти; порівняльний електрод (хлоросрібний 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; діапазон визначення потенціалів концентрування - від -1,4 В до -0,1 В; 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 Со(ІІ) на вимірювальному електроді при -1,4 В впродовж 15-210 с, а потім виконують процес інверсії металу при потенціалах (-0,1)÷(-0,05) В, вимірюючи тривалість інверсії фону (ф) та проб (п) в секундах. У кожну пробу вносять певну кількість добавки (m) стандартного зразку іонів Со(ІІ) та визначають час інверсії проби з добавкою (д). Маса добавки (m) стандартного зразка розчину 3 іонів Со(ІІ) (на 10 см досліджуваного розчину) пропорційна концентрації елемента 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 кобальту, похибки та значення середньоквадратичного відхилення для вимірювань у 3 стандартних розчинах з концентрацією 1,0; 0,1; 0,01 та 0,001 мкг/см . Таблиця 1 Вимірювання концентрації Со (II) у модельних розчинах Показники вимірювань за п'ятикратним повторенням 1 2 3 4 5 3 Середнє значення, мкг/см Середньоквадратичне відхилення Межа абсолютної похибки, 3 мкг/см 3 Абсолютна похибка, мкг/см Межа відносної похибки, % Виміряні концентрації кобальту у модельному розчині, 3 мкг/см 1,0 0,1 0,01 0,001 1,082 0,0892 0,01210 0,001155 1,150 0,1185 0,00890 0,000893 1,196 0,0702 0,00767 0,000895 1,035 0,0924 0,01009 0,000920 1,016 0,1115 0,01200 0,001130 1,096 0,0964 0,01015 0,000999 0,076 0,0192 0,00193 0,000132 ±0,196 ±0,0493 ±0,00497 ±0,000340 +0,096 ±8,8 -0,0036 ±3,7 +0,00015 ±1,5 -0,000002 ±1,5 20 25 30 За результатами досліджень, наведеними в прикладі 1, встановлено, що межа абсолютної похибки вимірювання концентрації кобальту (С) не перевищує ±0,2·С, а відносна похибка вимірювань в залежності від концентрації коливається від 1,5 до 8,8 %. Це свідчить, що інверсійно-хронопотенціометричний спосіб визначення масової концентрації кобальту у водних розчинах може використовуватись у широкому діапазоні концентрацій Со(II) від 0,001 до 1 3 мкг/см з високою точністю. Приклад 2. У пробі води з водогону визначали вміст Со(ІІ) методом інверсійної хронопотенціометрії, як описано в прикладі 1, та порівнювали з методом атомно-абсорбційної спектроскопи (Униф. методы исследования качества вод, СЭВ, Москва, 1987, ISO 8467). Результати вимірювань наведено в табл. 2. Таблиця 2 Порівняння результатів вимірювання маси Со(ІІ) у воді різними методами аналізу 3 Спосіб аналізу Атомно-абсорбційний аналіз Інверсійна хронопотенціометрія Результати вимірювання маси Со (II) у воді, мкг/дм проба 1 проба 2 проба 3 середнє значення 0,077 0,071 0,072 0,073±0,004 0,068 0,067 0,065 0,067±0,002 2 UA 75222 U 5 За прикладом 2 встановлено співпадання результатів вимірювання концентрації Со(ІІ) у зразках води, одержаних різними методами аналізу. Проведені дослідження показали, що межа абсолютної похибки вимірювання концентрації кобальту С не перевищує ±0,2 С, відносна похибка вимірювань в залежності від концентрації коливається від 1,5 до 8,8 %, а спосіб визначення масової концентрації кобальту методом інверсійної хронопотенціометрії в пробах води різного природного походження може 3 використовуватись у необхідному для практики діапазоні концентрацій від 0,001 до 1,0 мкг/см . ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Інверсійно-хронопотенціометричний спосіб визначення кобальту у водних розчинах, що включає вимірювання на електроді, який відрізняється тим, що вимірювання виконують на твердому золотовмісному електроді у пробах після мінералізації органічних речовин на фоні 2M HCl+0,1M NaSCN+0,4M Na2SO3+4M NH4OH при заданих електрохімічних параметрах накопичення та інверсії кобальту. 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