Спосіб спектрофотометричного визначення кадмію(іі)

Реферат: Спосіб фотометричного визначення кадмію(II) включає додавання розчину спектрофотометричного реагенту до досліджуваної аліквоти, яка містить кадмій(II), створення необхідної кислотності середовища за рахунок концентрації натрію гідроксиду в розчині, рівної 0,80 моль/л, і проведення екстракції двома порціями толуену по 10 мл, після цього розчин екстракту в мірній колбі доводять до мітки толуеном, додають безводний натрію сульфат чи натрію карбонат і проводять вимірювання в кюветі з товщиною поглинаючого шару l=1 см. Як реагент використовують спиртовий розчин 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-олу з -3 вихідною концентрацією 1,5×10 М, при цьому вимірювання проводять при довжині хвилі λ=600 нм. UA 90459 U (12) UA 90459 U UA 90459 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі аналітичної хімії перехідних металів і може використовуватися при визначенні кадмію у модельних розчинах різного складу та реальних складних об'єктах, а саме у рудах, деталях електроніки, сплавах, відходах виробництва. Відомий спосіб визначення кадмію(II) за допомогою екстракції комплексу кадмію із дитизоном (дифенілтіокарбазоном) [В. Jankiewicz, В. Ptaszyński, Μ. Wieczorek Spectrophotometric Determination of Cadmium (II) in Soil of Allotment Gardens in Lodz // Polish Journal of Environmental Studies, 2000. - Vol. 9, No. 2. - P. 83-86] із лужної (pH~9) водної фази, яка містить ціанід-іони та натрій тартрат, у хлороформ. Проте спосіб не характеризується достатньою експресністю через необхідність реекстракції і повторної екстракції. Відомий спосіб екстракційно-фотометричного визначення кадмію (II) з 1,10-фенантроліном і тимоловим синім [L. Mathew, Т. Prasada Rao, Ch. S. P. Iyer, A. D. Damodaran Liquid-liquid extraction and spectrophotometric determination of cadmium with 1,10-phenanthroline and thymol blue // Microchimica Acta, 1993. - Vol. 111, Issue 4-6. - P. 231-237] при pH 8,5 після екстракції тернарного комплексу у хлороформ. Недоліком описаного способу є застосування лише однієї стадії екстрагування, що не забезпечить повного вилучення аналізу. Відомий спосіб фотометричного визначення кадмію(II) із застосуванням ліганду 2-(2бензімідазолілазо)-4-ацетамідофенолу [G.G. Mohamed, Nadia Ε.Α. El-Gamel, F. Teixidor Complexes of 2-(2-bеnzimidazolylazo)-4-acetamidophenol, a phenoldiazenyl-containing ligand. Could this be a moiety suitable for Zn and Cd extraction? // Polyhedron, 2001. - Vol. 20. - P. 2689-26961 для селективної екстракції кадмію у вигляді стійкого комплексу, у якому координаційне число кадмію рівне 6. Спосіб не характеризується хорошою селективністю, бо визначенню заважають іона Fe(III), Ni(II), Cu(II), Со(ІІ) і особливо Zn(II), для комплексу якого константа стійкості має ще більше значення. Найближчим аналогом є спосіб визначення кадмію(II) за допомогою бромбензтіазо [Э.П. Шкробот, Л.M. Бакиновская Фотометрический метод определения кадмия в продуктах цветной металлургии // Заводская лабораторія, 1966. - Т. 32. - С. 1452-1455], за яким після змішування азобарвника бензилтіазо і водного розчину, що містить іони кадмію (II), підведення кислотності сумішей до концентрації NaOH 0,80 Μ за допомогою розчину натрій гідроксиду, отримують забарвлену сполуку кадмію(II) з бензилтіазо червоно-фіолетового кольору, екстрагують комплексну сполуку двома порціями толуену по 10 мл і переносять екстракт у суху мірну колбу, доводять рівень розчину у колбі до мітки толуеном, а потім проводять вимірювання світлопоглинання при довжині хвилі 560 нм навпроти розчину порівняння на спектрофотометрі, використовуючи кювети з товщиною поглинаючого шару l=1 см (межа визначення - 0,1 мкг Cd у 100 мл розчину). Недолік найближчого аналога пов'язаний із зсувом максимуму світлопоглинання самого реагенту після екстракції. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб фотометричного визначення кадмію(II) шляхом використання 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-олу (ΒnΤAΝ) як спектрофотометричного реагенту при аналізі модельних розчинів та складних об'єктів, в яких міститься кадмій, що дасть змогу підвищити чутливість способу і зробити його простим і доступним. Поставлена задача вирішується тим, що у способі фотометричного визначення кадмію додають спиртовий розчин 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-олу до досліджуваної аліквоти, яка містить кадмій(II), створюють необхідну кислотність середовища (C(NaOH)=0,80 Μ) за допомогою концентрованого розчину натрію гідроксиду і проводять екстракцію двома порціями толуену по 10 мл, після цього розчин екстракту доводять до мітки толуеном, додають безводний натрію сульфат чи натрію карбонат і проводять вимірювання в кюветі з l=1 см при довжині хвилі λ=600 нм, при цьому як реагент використовують спиртовий розчин 1-(5-3 бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-олу з вихідною концентрацією 1,5×10 Μ З літературних даних відомо про надзвичайно низьке значення гранично допустимої концентрації кадмію в питній воді (0,001 мг/л). Крім того, дослідники показали, що кадмій утворює комплексні сполуки складу 1:2, що було підтверджено методами ізомолярних серій та зсуву рівноваги, із різноманітними органічними лігандами, серед яких добре зарекомендували себе азонафтолові барвники. Кадмій є визнаним металом, що несе професійний ризик, і відноситься до категорії "дуже токсичні і відносно доступні метали" за класифікацією металів з точки зору забруднення навколишнього середовища. Кадмій є поширеним забруднювачем і потрапляє в харчовий цикл 1 UA 90459 U 5 10 15 20 25 30 35 за рахунок використання добрив, промислових викидів і руйнування оцинкованих труб. Крім різних інструментальних способів, таких як анодна вольтамперометрія, атомно-емісійна спектроскопія із індуктивнозв'язаною плазмою, кадмій добре визначається за допомогою спектрофотометрії. Незважаючи на наявність безмежної кількості хромогенних реагентів для визначення кадмію у вигляді хелатних комплексів, способи, які базуються на формуванні комплексу кадмію із азонафтоловими барвниками забезпечують чудову селективність та чутливість у поєднанні із високою стабільністю сполуки. Для визначення кадмію зручною є спектрофотометрія, основними перевагами якої є простота, доступність, експресність аналізу, а в поєднанні із таким способом розділення і концентрування, як екстракція, можна досягнути ще кращої селективності та чутливості методу. Автори вперше використали спосіб екстракційно-фотометричного визначення кадмію(II) за допомогою представника групи азонафтолових барвників - 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален2-олу, суть якого полягає в отриманні сполуки кадмію(II) із 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален2-олом після таких послідовних операцій: внесення аліквотної частини досліджуваного розчину, що містить Cd(II), додавання спиртового розчину азобарвника, додавання концентрованого розчину натрій гідроксиду до його концентрації в досліджуваному розчині рівній 0,80 М, дворазова екстракція системи порцією толуолу порівняно невеликого об'єму, висушування екстракту безводним натрію карбонатом. Вимірювання проводили на спектрофотометрі при довжині хвилі 600 нм, розчин порівняння - чистий толуен. Використання запропонованих операцій дасть змогу спростити і здешевити процес аналізу та підвищити чутливість і правильність визначення кадмію. Спосіб можна проілюструвати наступними прикладами. Спосіб фотометричного визначення кадмію(ІІ) з 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-олом: аліквотну частину досліджуваного розчину, яка містить кадмій масою ~ 1,0 мг, переносять у ділильну лійку на 100 мл. До цього розчину додають 15-30 мл дистильованої води та 5 мл 4 М розчину NaOH для забезпечення оптимальних умов реакції комплексоутворення. Додають -3 дозатором 0,25 мл 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-олу концентрації 1,5·10 Μ та 10 мл толуену. Ділильну лійку інтенсивно струшують упродовж ~ 10 хвилин та відділяють органічну фазу від водної у мірну колбу на 25,0 мл. До водної фази додають ще 10 мл толуену для повторної екстракції. Другий екстракт теж зливають у колбу і отриманий розчин екстракту в колбі доводять до мітки толуеном та додають безводний натрію сульфат чи натрію карбонат до того моменту, поки він не буде вільно пересипатися на дні колби. Одержаний розчин фотометрують при λ=600 нм у кюветі з товщиною поглинаючого шару 1 см. Розчин порівняння толуен. За значенням оптичної густини досліджуваного розчину встановлюють вміст кадмію X (в мг) за градуювальним графіком, побудованим у день експерименту, або методом порівняння за формулою: X  mст . 40 Ax A ст , де mсm. - вміст кадмію в робочому розчині, мг; Α X - оптична густина досліджуваного розчину; Асm. - оптична густина робочого розчину. Метрологічні характеристики способу фотометричного визначення кадмію(II) наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Метрологічні характеристики екстракційно-фотометричного визначення кадмію(ІІ) з 1-(5-5 -1 бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-олом (C(BnTAN)=1,5·10 М, C(NaOH)=8,0·10 Μ; λ=600 нм; l=1 см; n=5; Ρ=0,95). Лінійність CCd, мкг/мл 0,167-2,24 45 Рівняння графіка, CCd, мкг/мл А=(0,035±0,005)+ (0,108±0,007)×CCd Нижня межа Коефіцієнт кореляції, визначення, мкг/мл R 0,37 0,9962 Згідно з експериментальними дослідженнями, 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-ол 4 виявився достатньо чутливим до кадмію(ІІ) (чутливість 0,37 мкг/мл, ε=1,23·10 ), а його 4 перевагами над іншими дослідженими класичними реагентами, такими як дитизон (ε=8,0·10 ) та 4 бромбензтіазо (ε≈5,76·10 ), Є СТІЙКІСТЬ комплексної сполуки із Cd в часі, відсутність зсуву максимуму світлопоглинання самого реагенту після екстракції та краще розчинення в толуені за 2 UA 90459 U принципом "подібне розчиняється в подібному" через наявність бензильного радикалу. Результати дослідження селективності фотометричного визначення кадмію(II) за допомогою 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-олу наведено у таблиці 2. Таблиця 2 Селективність фотометричного визначення кадмію(ІІ) з 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-5 -1 олом при співмірному вмісті із Сd(II); C(BnTAN)=1,5·10 М, C(NaOH) =8,0·10 Μ; λ=600 нм; l=1 см Іон Ru(II) Rh(III) Pd(II) Os(IV) Ir(III) Pt(II) Au(III) Hg(II) Со(ІІІ) Zn(II) Заважаючий вплив + + + + Іон Αl(III) Fe(III) Mn(II) Cr(III) Ti(III) Ag(I) Mg(II) Ca(II) Cu(II) Ni(II) Заважаючий вплив + + 5 Додаткову перевірку складу комплексу та оцінку ступеня вилучення комплексної сполуки в органічну фазу проводили методом осциловольтамперометрії. У таблиці 3 показані результати аналізу водної фази після екстракції на вміст кадмію(II). Таблиця 3 Перевірка співвідношення реагуючих компонентів методом осциловольтамперометрії 5 C(Cd(II))×10 M вих. 3,75 4,5 7,5 Cd(II): C(Reag) 2,5:1 3:1 5:1 5 C(Cd(II))×10 M, залишок 0,8 1,6 4,4 5 C(Cd(II))×10 M, екстр. 2,95 2,9 3,1 C(Cd(II)):C(Reag), екстр. 1,97:1 1,93:1 2,1:1 10 Наведені результати підтверджують отримання передбачуваного технічного результату. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб фотометричного визначення кадмію(II), за яким додають розчин спектрофотометричного реагенту до досліджуваної аліквоти, яка містить кадмій(II), створюють необхідну кислотність середовища за рахунок концентрації натрію гідроксиду в розчині, рівної 0,80 моль/л, і проводять екстракцію двома порціями толуену по 10 мл, після цього розчин екстракту в мірній колбі доводять до мітки толуеном, додають безводний натрію сульфат чи натрію карбонат і проводять вимірювання в кюветі з товщиною поглинаючого шару l=1 см, який відрізняється тим, що як реагент використовують спиртовий розчин 1-(5-бензилтіазол-2-іл)азонафтален-2-олу -3 з вихідною концентрацією 1,5×10 М, при цьому вимірювання проводять при довжині хвилі λ=600 нм. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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