Спосіб визначення заліза у водних розчинах

Реферат: Спосіб визначення заліза у водних розчинах електрохімічним методом включає вимірювання на електроді при заданому потенціалі. Вимірювання виконують методом інверсійної хронопотенціометрії у пробах після мінералізації органічних речовин азотною кислотою 3 густиною 1,4 г/см та 30 % пероксидом водню, розчинення мінералізату в 2М НСl з наступним вимірюванням концентрації заліза за методом добавок на твердому срібному електроді, покритому амальгамою ртуті, з допоміжним хлорсрібним електродом при заданих електрохімічних параметрах накопичення і інверсії заліза. UA 98966 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛІЗА У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ UA 98966 U UA 98966 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до аналітичної хімії водних систем і спрямована на розробку способів електрохімічного контролю параметрів природних і техногенних водних об'єктів навколишнього середовища за вмістом біогенних елементів та їх фонового моніторингу. Необхідність високоточного визначення концентрації заліза зумовлена діючими нормативами вмісту біогенного елементу Fe у воді, регламентованими для чистої води концентраціями 3 менше 50 мкг/дм, для води джерел централізованого водопостачання від 50 мкг/дм до 2000 3 мкг/дм, для води рибогосподарських підприємств ГДК 100-1000 мкг/дм , і у цьому діапазоні концентрацію заліза 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, N 400. - Реєстр. 1 липня 2010 р. за N 452/17747; СОУ 05.01-37-385:2006 Води рибогосподарських підприємств. Загальні вимоги та норми. Введено 01.11.2007). Відомий спектрометричний метод визначення у воді заліза загального, який покладено у основу ряду стандартів (ИСО 6332:1988, СТ РК ИСО 6332-2008, ДСТУ ISO 6332:2003 Качество воды. Определение железа. Спектрометрический метод с применением 1.10-фенантролина; ГОСТ 27395-87 Метод определения подвижных соединений дву- и трехвалентного железа по Веригиной-Аринушкиной). Суть цього способу визначення заліза у вимірюванні світлопоглинання при 510 нм забарвленої (помаранчево-червоної) сполуки, що утворюється за реакцією 1,10-фенантроліну з залізом (II) при рН 3,5-5,5. Недоліки цього способу у тому, що його здійсненню можуть заважати мідь, кобальт, хром, цинк, нікель, вісмут, срібло, ртуть, ціаніди і сульфіди, які часто присутні у воді і їх потрібно попередньо видаляти або надійно маскувати, що ускладнить виконання вимірювань. Відомий також спосіб визначення заліза (III) в диметилформаміді або диметилацетаміді за допомогою полярографії змінного струму на фоні перхлорату літію та первинного розчинника мурашиної кислоти або оцтової кислоти заданої концентрації за висотою піку відновлення при Е = - 1,20 В (Патент SU 994417 Способ определения железа /О.Я. Чеснокова, В.В. Богословский, А.В. Новиков. - Опубл. 07.02.83). При цьому недоліками такого способу вимірювання концентрації Fe (III) є необхідність видалення із зони вимірювання кисню (окисників) продуванням азотом, використання у якості фонових розчинів токсичних органічних речовин, недостатня чутливість і точність аналізу. Найбільш близьким за хімічною суттю і досягнутим результатом до корисної моделі, що передбачається, є інверсійно-вольтамперометричне визначення заліза загального (ГОСТ Р 51823-2001 Алкогольная продукция и сырье для ее производства. Метод инверсионновольтамперометрического определения содержания кадмия, свинца, цинка, меди, мышьяка, ртути, железа и общего диоксида серы. - М.: Госстандарт России. - Введен 05.11.2001 г., № 452-ст.). За цією методикою діапазон вимірювання масових концентрацій заліза складає від 30 до 3 10000 мкг/дм . Методика заснована на інверсійно-вольтамперометричному вимірюванні у азотнокислому розчині мінералізату проби на фоні триетаноламіну з добавкою гідроксиду + натрію і нітрату ртуті (II) електроактивної форми заліза із степенем окислення 3 ; електронакопичення проводять на вуглецевоситаловому або золото графітовому електродах при потенціалі -0,7 або -1,0 В; потенціал аналітичного сигналу піку заліза реєструють при - 0,10 або 0,15 В. За цією методикою вимірювання встановлений норматив відносної похибка результатів визначення заліза ± 16 %. Недоліком прототипу стосовно способу, що заявляється, є: - використання реагенту концентрування заліза - триетаноламіну з добавкою гідроксиду натрію і нітрату ртуті (II), які, як проміжний ланцюг реакції відновлення, можуть бути причиною зростання похибки вимірювань; оскільки у вольтамперометричному методі із золотографітовим вимірювальним електродом відбувається постійнострумове розвертання потенціалу, то диференційний метод не дозволяє в повній мірі запобігати небажаних для аналізу супутніх ефектів як адсорбційні явища і утворення "передхвилі"; - ускладнення методики вимірювання заліза внаслідок необхідності контролю наявності кисню в пробі, який потрібно видаляти продування розчину інертним газом під час процесу накопичення на електроді або додавати відновники для його зв'язування; - занадто висока похибка вимірювань; - необхідність розширення нижньої межі концентраційного діапазону вимірювання загального заліза, особливо для питних очищених вод. 1 UA 98966 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисною моделлю ставиться завдання створити спосіб визначення масової концентрації заліза загального методом інверсійної хронопотенціометрії у водному розчині (пробах води різного природного і техногенного походження) у необхідному для практики діапазоні від 1 3 3 мкг/дм до 1000 мкг/дм з відносною сумарною похибкою вимірювання не більше ± 10 %. Поставлене завдання досягається тим, що інверсійно-хронопотенціометричне визначення заліза у пробах води або промислових водних розчинах, виконують після їх випаровування і 3 мінералізації органічних речовин азотною кислотою з густиною 1,4 г/см та 30 %-ним пероксидом водню, розчинення мінералізату у розчині 2М НСl з наступним вимірюванням концентрації заліза за методом добавок на твердому срібному електроді, покритому амальгамою ртуті, з допоміжним хлорсрібним електродом при заданих електрохімічних параметрах вимірювання заліза. Порядок виконання вимірювання концентрації заліза наступний: аналізують контрольний (фоновий) розчин, одержаний аналогічно до приготування проб води для аналізу з використанням у якості проби бідистильованої води, та визначають час інверсії τф; - аналізують пробу досліджуваного розчину (мінералізат + 2М НСl), та визначають час інверсії проби п; 3+ - у пробу вносять добавку стандартного розчину іонів Fe (одну або декілька добавок) з 3 концентрацією заліза відповідно 100,0; 10,0; 1,0 та 0,1мкг/см , одержаних шляхом розведення розчином 2М НСl стандартного зразку розчину іонів заліза (ДСЗУ 022.19-96) та визначають час інверсії проби з добавкою д. За одержаними значеннями часу інверсії контрольного (фонового) розчину, проби 3+ досліджуваного розчину (мінералізату), та проби з добавкою стандартного розчину іонів Fe розраховують масову концентрацію заліза у досліджуваному розчині за формулою: п   ф C  k m  д  п , 3+ 3 де C - концентрація Fe в г/дм ; k - коефіцієнт переведення значень концентрації розчину 3 електролізера у відповідні значення концентрації проби води в 1/дм ; m - маса добавки 3+ стандартного зразку розчину іонів Fe в г. Приклад 1. Визначення масової концентрації Fe у модельних розчинах. Для цього готують 3 модельні розчини з концентрацією Fe 1,0; 0,1; 0,01; 0,001 мкг/см , шляхом додавання у фоновий розчин 2М НСl відповідної кількості стандартного розчину заліза. Для виконання вимірювань індикаторний електрод (твердий срібний електрод) покривають амальгамою ртуті, порівняльний електрод (хлорсрібний електрод) заповнюють розчином 2М НСl і занурюють їх у розчин електролізера, встановлений на магнітну мішалку. Проводять вимірювання при таких параметрах: потенціал регенерації +0,02 В; потенціал концентрування -1400±50 мВ; час концентрування залежить від очікуваної концентрації та знаходиться у діапазоні від 15 с до 210 с; діапазон потенціалу інверсії від - 950 до - 650 мВ; час інверсії іонів заліза визначають за одержаною потенціограмою у діапазоні вказаних потенціалів. За одержаним значенням часу інверсії фону, проби та проби з добавкою виконують обробку результатів вимірювання. У табл. 1 наведені результати вимірювання концентрації заліза, відносні похибки для п'ятикратних вимірювань в інтервалі концентрації елементу у розчині від 3 0,001 до 1 мкг/см . Таблиця 1 Похибки вимірювань концентрації заліза у модельних розчинах Параметри вимірювань концентрація Fe у розчині 1,0 Задана і виміряна концентрації 0,1 елементу у модельному розчині, 0,01 3 мкг/см 0,001 Відносна похибка вимірювань % показники 45 Знайдено Fe за результатами вимірювань 1,078 0,106 0,0093 0,00094 6,2-7,8 За результатами досліджень, наведеними в прикладі 1, встановлено, що межа абсолютної похибки вимірювання концентрації Fe (С) не перевищує ±0,3·С, а відносна похибка вимірювань 2 UA 98966U 5 в залежності від концентрації коливається від 6,2 до 7,8 %. Це свідчить, що спосіб визначення масової концентрації заліза за розробленою методикою виконання вимірювань методом інверсійної хронопотенціометрії у водних розчинах може використовуватись у широкому 3 діапазоні концентрацій заліза від 1 до 1000 мкг/дм із прогнозованою точністю. Приклад 2. У пробі природної води визначали вміст Fe методом інверсійної хронопотенціометрії, як описано в Прикладі 1, та порівнювали з результатами аналізу, одержаними за методом атомно-абсорбційної спектроскопії (ГОСТ Р 51309-99 Вода питьевая. Определение содержания элементов методами атомной спектрометрии. - М.: Госстандарт России. - 20 с.). Результати вимірювань наведено у табл. 2. 10 Таблиця 2 Порівняння результатів вимірювання концентрації Fe y воді різними методами аналізу 3 Методи аналізу Атомно-абсорбційний аналіз Інверсійна хронопотенціометрія 15 20 25 Результати вимірювання концентрації Сr, мкг/см проба 1 проба 2 проба 3 середнє значення 0,435 0,418 0,448 0,434±0,015 0,385 0,378 0,390 0,384±0,006 За прикладом 2 встановлено співпадання концентрації Fe у зразках природної води, одержаних різними методами аналізу, з різницею результатів вимірювання в межах ±10 %. При необхідності для досягнення заданої точності вимірювання масової концентрації заліза у пробі води потрібно: - розбавити мінералізат проби розчином 2М НСl та повторити вимірювання концентрації заліза, якщо результати вимірювання концентрації у мінералізаті проби значно перевищують 3 значення 1 мкг/см ; - попередньо сконцентрувати пробу, для чого збільшити початковий об'єм фільтрату проби 3 води (100 см ), та повторити вимірювання концентрації заліза, якщо результати вимірювання 3 концентрації Fe у мінералізаті проби менші значення 0,001 мкг/см . Запропонований спосіб визначення заліза методом інверсійної хронопотенціометрії у пробах води різного походження може використовуватись у необхідному діапазоні вимірювань 3 3 для джерел природної води та стічної води від 0,001 мг/дм до 1 мг/дм з відносною похибкою вимірювання концентрації заліза, що не перевищує ± 10 %. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб визначення заліза у водних розчинах електрохімічним методом, що включає вимірювання на електроді при заданому потенціалі, який відрізняється тим, що вимірювання виконують методом інверсійної хронопотенціометрії у пробах після мінералізації органічних 3 речовин азотною кислотою густиною 1,4 г/см та 30 % пероксидом водню, розчинення мінералізату в 2М НСl з наступним вимірюванням концентрації заліза за методом добавок на твердому срібному електроді, покритому амальгамою ртуті, з допоміжним хлорсрібним електродом при заданих електрохімічних параметрах накопичення і інверсії заліза. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3