Спосіб виявлення та напівкількісного визначення іонів феруму (іі, ііі) у водах різного призначення

Спосіб виявлення та напівкількісного визначення іонів феруму (ІІ, ІІІ) у водах різного призначення, що включає введення таблетки пінополіу C2 2 (19) 1 3 85786 ня феруму в розчині хромогенним реагентом у забарвлений комплекс із одночасною сорбцією останнього на реагентному папері і візуальне визначення вмісту іонів феруму порівнянням забарвлення сорбованого комплексу зі стандартною шкалою. За даним способом межа виявлення іонів феруму (II) у вода х різного призначення становить 0,05-500мг/дм 3. Істотним недоліком відомого способу є висока чутливість гексаціаноферату (III) цирконіла до дії світла, в наслідок чого при зберіганні відбувається поступове посиніння реагентного паперу, що може призводити до невірного тлумачення результатів аналізу. Відомий спосіб виявлення і напівкількісного визначення іонів феруму (II, III) у водах різного призначення [В.М. Островская, В.Ю. Виноградов, Т.В. Ли финцева, Е.А. Страд омская, Л.В. Боева, М.П. Зависа, Л.А. Музыкова// Журн. аналит. Химии, 1999, Т.54, №10, С. 1081-1087] за допомогою реактивного індикаторного паперу, ковалентно модифікованого хромогенним реагентом на целюлозі. Спосіб включає введення реактивного індикаторного паперу в пробу води, створення певного рН проби шляхом додавання оцтової кислоти, переведення феруму в розчині, що аналізується, хромогенним реагентом у забарвлений комплекс із одночасною сорбцією останнього на реактивному індикаторному папері і візуальне визначення вмісту іонів феруму порівнянням забарвлення сорбованого комплексу зі стандартною шкалою. Спосіб дозволяє визначати від 0,05 до 0,2мг/дм 3 іонів феруму (ПДП). Такий спосіб досить чутливий, однак потребує спеціального пристрою для концентрування, який дозволяє пропускати пробу води, що аналізується, через встановлений в ньому реактивний індикаторний папір, що істотно знижує експресність способу. Крім того, під час проведення аналізу в пробу води необхідно додатково вводити розчин тіосечовини як компонент, що маскує вплив іонів купруму. Це ускладнює процедуру і збільшує час тестування. Відомий спосіб виявлення і напівкількісного визначення іонів феруму (III) у водах різного призначення [Моросанова Е.И., Азарова Ж.М., Золотов Ю.А.// Заводск. лабор. - 2003. - Т.69.№7. - С. 710] за допомогою ксерогелю кремнієвої кислоти, модифікованого хромогенним реагентом - хромазуролом С и поверхнево-активною речовиною хлоридом цетилпіридинію. Спосіб включає введення ксерогелю в пробу води, створення рН проби буферним розчином в інтервалі 4-5, переведення феруму в аналізованому розчині хромогенним реагентом у забарвлений комплекс з одночасною сорбцією останнього ксерогелем і візуальне визначення вмісту іонів феруму порівнянням кольору сорбованого комплексу зі стандартною шкалою. Діапазон вмісту іонів фер уму (III), що визначається за даним способом, становить 0,3-25,0мг/дм 3. До недоліків відомого аналога варто віднести те, що він не має необхідної для тест-методів експресності, тому що передбачає використання допоміжних реактивів - у процесі аналізу до проби 4 води необхідно додавати буферний розчин - і, відповідно до цього, вимагає додаткового устаткування (піпетки, циліндр, пробірки). Відомий спосіб виявлення і напівкількісного визначення іонів феруму (ПДП) у воді [патент України №61342А, G01 №31/22] за допомогою пінополіуретану (ППУ), модифікованого хромогенним реагентом - батофенантроліном. Спосіб включає розміщення модифікованої таблетки пінополіуретану в пробі води, переведення феруму в розчині, що аналізується, хромогенним реагентом - батофенантроліном у присутності нітрату калію, відновника (аскорбінової кислоти) і буферного компоненту в забарвлений іонний ассоціат (ІА) з одночасною сорбцією останнього на таблетці ППУ і візуальне визначення вмісту іонів феруму порівнянням кольору сорбованого асоціату зі стандартною шкалою. Діапазон вмісту іонів феруму (ПДП), що визначається за даним способом, становить 0,02-0,8мг/дм 3 при об'ємі проби, що аналізується, 10см 3. Незважаючи на високу чутливість такого способу, він передбачає необхідність введення в пробу води обов'язкових для виявлення і напівкількісного визначення іонів феруму (ПДП) додаткових реагентів, що істотно знижує експресність проведення аналізу. Як прототип за кількістю загальних ознак обрано останній з наведених аналогів. В основу винаходу поставлене завдання розробки способу виявлення та напівкількісного визначення іонів феруму (ПДП) у водах різного призначення, який дозволяє підвищити експресність проведення аналізу при збереженні високої чутливості визначення. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що в способі виявлення та напівкількісного визначення іонів феруму (ПДП) у водах різного призначення, який включає розміщення таблетки пінополіуретану в пробу води, переведення феруму в аналізованому розчині хромогенним реагентом - батофенантроліном у присутності нітрату калію, відновника і буферного компоненту в забарвлений іонний асоціат з одночасною сорбцією останнього на таблетці пінополіуретану і візуальне визначення вмісту іонів феруму порівнянням забарвлення сорбованого асоціату зі стандартною шкалою, відповідно до винаходу, з бато фенантроліну, нітрату калію, відновника і буферного компоненту попередньо готовлять порошкоподібну суміш, у яку додатково вводять ПАВ - натрію додецилсульфат, як буферний компонент використовують гліцину гідрохлорид, а в якості відновника - гідроксиламіну гідрохлорид при наступному співвідношенні компонентів,% мас: батофенантролін 0,8±0,02 гідроксиламіну гідрохлорид 58,3±1,0 гліцину гідрохлорид 8,7±0,1 натрію додецилсульфат 1,0±0,02 калію нітрат до 100 В основу способу покладено утворення іонного ассоціату фер уму (II) із хромогенним реагентом у кислому середовищі, що створюється буферним компонентом на основі гліцину гідрохлориду і гідроксиламину гідрохлориду, останній, крім того, 5 85786 відіграє роль відновника. Попереднє приготування порошкоподібної суміші з реагентів (хромогенного реагенту, компоненту для створення необхідного рН, відновника іонів Fe (III) до Fe (II) і додаткового компоненту ПАВ) у співвідношенні, що заявляється, дозволяє при проведенні аналізу уникнути додаткових операцій, спростити процедуру і звести до мінімуму час аналізу, і, таким чином, забезпечити високу експресність способу, що пропонується, з високими метрологічними показниками. У ході досліджень було визначено оптимальний вміст компонентів у порошкоподібній суміші (у мас. %), для встановлення якого проводили виміри коефіцієнтів дифузійного відбиття отриманих сорбатів ІА нітрат-батофенантроліната феруму (II) на ППУ-таблетках. Зменшення концентрації батофенантроліну в складі суміші менш ніж 0,8 мас. %, може призводити при аналізі об'єктів з високим вмістом феруму до невірних результатів визначення внаслідок нестачі хромогенного реагенту, а збільшення його вмісту в суміші (більше за 0,8мас.%) - може приводити до появи нерозчинених часток реагенту в системі, що в подальшому призводить до перекручування результатів аналізу (див. табл. 1). Було встановлено, що найбільш сприятлива область кислотності для визначення феруму (ПДП) за даним методом лежить в інтервалі рН = 2,2-5,0. Для створення необхідного рН в пробі води, що аналізується, до складу порошкоподібної суміші як буферний компонент уводять гліцину гідрохлорид у кількості 8,7±0,1мас.%, що є необхідною і оптимальною умовою для утворення нітрат-батофенантроліната феруму (II) у пробах води різного призначення. При інших вмістах гідрохлориду гліцину в складі суміші, зокрема, при зменшенні (менш 8,7±0,1мас.%) - забарвлення ІА, що утворюється, недостатньо яскраве, а при збільшенні (більше 8,7±0,1мас.%) - сорбат ІА на ППУ здобуває жовтуватий відтінок, що ускладнює візуалізацію, і, як наслідок, може приводити до невірних результатів визначення іонів феруму (ПДП) (див. табл. 2). Крім того, введення до складу суміші в якості відновника іонів феруму (III) гідрохлориду гідроксиламіну в концентрації 58,3±1,0мас.% є необхідною і оптимальною умовою утворення ІА батофенантроліната феруму (II). При інших вмістах гідрохлориду гідроксиламіну в складі суміші, зокрема, при зменшенні (менш 58,3±1,0мас.%), можна одержати знижені результати вмісту іонів фер уму (III) через недолік відновника. Такий ефект може спостерігатися, наприклад, при аналізі проб води з високим вмістом речовин-окислювачів. У свою чергу, збільшення вмісту гідрохлориду гідроксиламину (більше 6 58,3±1,0мас. %) може також приводити до перекручування результатів аналізу, за рахунок виходу за нижню межу оптимального значення рН 2,2 (див. табл. 2). Використання в складі порошкоподібної суміші гліцину гідрохлориду з гідроксиламіном гідрохлоридом дозволило розширити робочий діапазон рН до 5.0, що дає можливість аналізувати більш широке коло водних об'єктів. Додаткове введення до складу порошкоподібної суміші ПАВ - натрію додецилсульфату у кількості 1,0±0,02мас.% дозволяє підвищити розчинність батофенантроліну у воді і, відповідно, забезпечує повноту утворення і сорбції ІА нітратбатофенантроліната феруму (II). При вмісті натрію додецилсульфату нижче 1,0±0,02мас.% хромогенний реагент батофенантролін погано розчиняється у воді, внаслідок чого знижується повнота утворення ІА. При підвищеному вмісті (більше 1,0±0,02мас. %) під час струшування розчину відбувається піноутворення, і як наслідок, підвищується розчинність не тільки батофенантроліну, але і ІА, що призводить до зниження повноти сорбції і, відповідно, до невірних результатів аналізу (див. табл. 1). Для утворення ІА нітрат-батофенантроліната феруму (II), що швидко і кількісно сорбується на поверхні ППУ, до складу суміші вводять калію нітрат у концентрації, необхідній для доведення складу порошкоподібної суміші до 100%, але не менш 30,06мас.%, При зниженні вмісту калія нітрату, через неповне утворення ІА, сорбція асоціату погіршується що може призводити до перекручування результатів тестування. Надлишок вмісту нітрату калію в суміші не заважає визначенню іонів феруму. У таблиці 1 показано вплив вмісту деяких компонентів порошкоподібної суміші (батофенантроліну та ПАВ) на повноту сорбції ІА на прикладі дослідження розчину зі вмістом феруму (ПДП) 0,05мг/дм 3, маса порошкоподібної суміші з батофенантроліну, нітрату калію, відновника, буферного компоненту та ПАВ становить 0,03г; об'єм розчину, що аналізується - 10см 3; час струшування 10 хвилин. У таблиці 2 показано вплив вмісту деяких компонентів порошкоподібної суміші (гліцину гідрохлориду і гідроксиламіну гідрохлориду) на повноту сорбції ІА нітрат-батофенантролінату феруму (II) на прикладі дослідження розчину з вмістом феруму (ПДП) 0,05мг/дм 3, маса порошкоподібної суміші з батофенантроліну, нітрату калію, відновника, буферного компоненту та ПАВ становить 0,03г; об'єм розчину, що аналізується - 10см 3; час струшування розчину - 10 хвилин. У таблиці 3 наведено порівняльні характеристики прототипу і способу, що заявляється. 7 85786 8 Таблиця 1 Компоненти порошкоподібної суміші, мас.% Додецилсульфат Батофенантролін натрію 0,5 1,0 0,8 -«1б1 -«0,8 0,8 -«1,0 -« Забарвлення ІА бато фенантроліната феруму(ІІ) у розчині Повнота сорбції ІА батофенантроліната феруму(II) блідо-рожева яскраво-рожева рожева (мутний розчин) блідо-рожева (мутний розчин) яскраво-рожева неповна повна неповна неповна повна неповна (вспінювання розчину) 1,2 рожева Таблиця 2 Компоненти порошкоподібної суміші, мас.% Гідроксиламін гид- Гліцин гидророхлорид хлорид 58,3 9,5 58,3 8,8 58,0 8,7 58,3 8,7 57,6 8,7 58,3 8,6 -«8,0 -«7,0 -«6,0 -«5,0 рН 1,5 2,2 2,4 2,5 2,6 2,8 3,0 4,0 5,0 5,5 Забарвлення ІА бато фенантро- Повнота сорбції ІА батофенанліната феруму(ІІ) у розчині троліната феруму(ІІ) Жовтувато-рожева Яскраво-рожева -«-«-«-«-«-«-«Яскраво-рожева Неповна Повна -«-«-«-«-«-«-«Неповна Таблиця 3 Показник Чутливість, мкг/см 3 Робочий діапазон рН Підготовка ППУ-таблетки Введення додаткових реагентів Використання додаткового і устаткування, посуду Прототип 0,020 2,2-2,8 Попереднє просочення ацетоновим розчином батофенантроліна Аскорбінова кислота-порошок, калію нітрат - розчин, буфер фосфорнокислий - розчин Склянки з розчинами калію нітрату, розчинами фосфорної кислоти або фосфорнокислого буферного розчину Повний час тестування, з проміжними операціями, хв. Спосіб виявлення і напівкількісного визначення іонів феруму (ПДП) у водних розчинах полягає в наступному. Підготовка сорбенту. З пінополіуретану на основі простих ефірів товщиною 5мм вирізають заточеним металевим пробійником діаметром 16мм таблетки, масою близько (0,024±0,001)г. Таблетки ППУ очищують від домішок іонів феруму(ІІ, ІІІ), що втримуються в них, 4-кратним промиванням розчином НСl з концентрацією 1моль/дм 3 до негативної реакції на вміст домішок феруму (відсутність рожевого забарвлення у промивному розчині в присутності амонію роданіду), після чого їх відмивають дистильованою водою до рН ~5-6, віджимають воду і 15-20 Спосіб, що заявляється 0,015 2,2-5,0 Без просочування 1 доза порошку суміші реагентів Немає 7-10 обробляють ацетоном. Сушать ППУ в сушильній шафі при температурі (40...60)°С до повного усунення вологи і ацетону; зберігають таблетки в щільно закритому посуду з темного скла. Готування порошкоподібної суміші. Суміш готовлять шляхом зважування навішень наступних компонентів (у мас. %): батофенантролін 0,80±0,02 гидроксиламін гідрохлорид 58,3±1,0 гліцин гідрохлорид 8,7±0,1 натрію додецилсульфат 1,00±0,02 калію нітрат до 100 Після ретельного перемішування навішень компонентів у парцеляновій ступці протягом 20 хвилин, суміш розфасовують дозами масою по 9 85786 0,0300г з точністю до 0,0002г на аналітичних вагах. Зберігають дози в поліетиленових або целофанових обгортках у щільно закритій склянці з темного скла. Для запобігання зволоження суміші від вологи в упакування з дозами варто розміщувати пакетик із силікагелем. Строк зберігання упакування з дозою - 3 місяці. Побудова стандартної кольорової шкали. Для побудови стандартної кольорової шкали в одноразовий шприц без голки місткістю 20см 3 поміщають ППУ-таблетку, туди ж висипають 1 дозу попередньо приготовленої порошкоподібної суміші з батофенантроліну, нітрату калію, відновника, буферного компоненту та ПАВ і втягують у шприц 10см 3 розчину з концентрацією 0,015, 0,025, 0,050, 0,10, 0,20мг/дм 3 феруму, закривають вхідний отвір і струшують шприц протягом 7-10 хвилин (до повного знебарвлення розчину), після чого вичавлюють розчин зі шприцу, виймають віджату ППУтаблетку і зберігають її. Контрольною пробою служить таблетка ППУ з 1 дозою сухої суміші в 10см 3 дистильованої води, що струшують протягом такого ж часу, як і розчини, що містять ферум-іони. На основі серії забарвлених таблеток ППУ одержують кольорову шкалу, що відбиває концентрацію феруму в мг/дм 3 при об'ємі проби 10см 3. Шкала може бути відтворена комп'ютерним моделюванням або поліграфічним друком. Виконання тестування. Для проведення аналізу в одноразовий шприц без голки місткістю 20см 3 поміщають ППУтаблетку, туди ж висипають 1 дозу попередньо приготовленої порошкоподібної суміші з батофенантроліну, нітрату калію, відновника, буферного компоненту та П АВ, втягують у шприц 10см 3 досліджуваної проби води, закривають вхідний отвір і струшують шприц протягом 5-10 хвилин (до знебарвлення розчину), після чого вичавлюють розчин зі шприца, виймають забарвлену, віджату від розчину, таблетку ППУ. Контрольною пробою служить таблетка ППУ з 1 дозою порошкоподібної суміші в 10см 3 дистильованої води, яку струшують протягом такого ж часу, як і досліджуваний розчин. Сорбцію ІА можна проводити як в одноразовому шприці місткістю 20см, так і в циліндрі або пробірці із плоским дном місткістю 50см 3. При сорбції в циліндрі (пробірці) для інтенсивного прока Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 10 чування аналізованої проби використовують паличку з інертного матеріалу (скла, поліетилену тощо) із плоским розширенням на кінці у вигляді диску, по розміру близького до розміру ППУ-таблетки. Виконання вимірів. Після висушування таблеток ППУ із сорбованим ІА проводять визначення вмісту домішки феруму шля хом візуального порівняння їх зі стандартною шкалою. Встановлене забарвлення ППУтаблетки на шкалі відповідає концентрації феруму у воді в мг/дм 3. Виявлення і напівкількісне визначення іонів феруму (ІІ, ІІІ) у водах різного призначення здійснюють у такий спосіб. Приклад 1. В одноразовий шприц без голки об'ємом 20см 3, з попередньо розміщеним у ньому ППУ-сорбентом і 1 дозою порошкоподібної суміші з батофенантроліну, нітрату калію, відновника, буферного компоненту та ПАВ, відбирають на аналіз 10 см 3 води і струшують (або прокачують) розчин у шприці протягом 7-10 хвилин. Після сорбції розчин вичавлюють зі шприцу, ви тягають таблетку, після чого проводять візуальне визначення вмісту феруму, порівнюючи забарвлення таблетки зі стандартною кольоровою шкалою. Приклад 2. У циліндр (пробірку) із плоским дном місткістю 50см 3, з попередньо розміщеним у нього ППУ-сорбентом і 1 дозою порошкоподібної суміші з батофенантроліну, нітрату калію, відновника, буферного компоненту та П АВ, наливають на аналіз 10см 3 води і за допомогою енергійних рухів паличкою прокачують розчин зверху до низу протягом 7-10 хвилин. Після сорбції розчин зливають, вичавлюючи плоским кінцем палички ППУтаблетку із сорбованим ІА, витягують таблетку і проводять візуальне визначення вмісту фер уму, порівнюючи забарвлення таблетки зі стандартною кольоровою шкалою. Як видно з даних таблиць 1-3, спосіб для визначення іонів ферум у (ПДП), що заявляється, дозволяє не тільки підвищити експресність визначення, але і відрізняється більш високою чутливістю (у порівнянні із прототипом). Таким чином, спосіб, що заявляється, дозволяє значно спростити і скоротити процедуру аналізу, і дає змогу використовувати його для тестування у позалабораторних умовах. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601