Спосіб визначення мікрокількостей фосфору

Реферат: Винахід належить до галузі аналітичної хімії та може бути використаний для аналізу природних вод. Спосіб хемілюмінесцентного визначення фосфору (V) полягає у сорбційному вилученні модифікованим кремнеземом фосфат-аніону у формі змішаної молібдостибієвофосфатної гетерополікислоти з наступною обробкою люцигеніном і лугом, та подальшою реєстрацією інтенсивності хемілюмінесцентного світіння. Концентрація люцигеніну становить 0,03-0,1 мМ, а UA 110765 C2 (12) UA 110765 C2 лугу - 0,5-1 М. Винахід забезпечує покращення вибірковості аналізу щодо іонів металів, спрощення та здешевлення процедури визначення фосфору. UA 110765 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі аналітичної хімії, зокрема до комбінованих кінетичних методів визначення мікрокількостей фосфору, який може бути використаний для аналізу природних вод. Відновлені гетерополікислоти належать до найбільш чутливих аналітичних форм визначення фосфору. Здатність фосфору до утворення молібдофосфатної або молібдованадієвофосфатної гетерополікислоти (ГПК) покладено в основу багатьох методик його визначення. Для визначення фосфору у формі ГПК запропоновано потенціометричні, амперометричні та вольтамперометричні способи визначення. Обмеженням потенціометричних методик є малий час життя іонофору, що зазвичай входить до складу іон-селективної мембрани. Основною проблемою амперометричних сенсорів є низька вибірковість до фосфату у присутності сторонніх іонів. Для вольтамперометричного аналізу при високому вмісті фосфату необхідне додавання більшої кількості молібдату, ніж у стандартному колориметричному методі [1]. Відомий спосіб визначення фосфору є спектрофотометричний, що базується на реєстрації світлопоглинання відновленої ГПК, що утворюється при взаємодії ортофосфату з молібдатом, стибієм (III) та аскорбіновою кислотою. Нижня межа визначення ортофосфатів дорівнює 0,01 мг 3 Р/л за об'єму проби 50 см . Проте, метод характеризується недостатньою вибірковістю щодо арсенату, силікату, сульфідів та окисників [2]. Чутливішим, порівняно зі спектрофотометричним, є сорбційно-хемілюмінесцентний спосіб визначення фосфору, що базується на попередньому вилученні фільтром Filtrak № 338 з водного розчину фосфору у формі молібдованадієвофосфатної ГПК з наступною обробкою концентрату лужним розчином люмінолу і реєстрацією максимальної інтенсивності хемілюмінесценції (ХЛ) або суми світла [3]. Межа виявлення фосфору становить 0,1 мкг Р/л при 3 об'ємі проби 150 см . Недоліком запропонованої методики є низька величина сорбції (26 %) 2щодо молібдованадієвофосфатної ГПК та можливий вплив окисників, таких як NO3 , NО2 , СrО4 , СlО4 , СlO3 , на перебіг реакції окиснення люмінолу в лужному середовищі. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є проточноінжекційний метод [4], що передбачає утворення молібдофосфатної ГПК у середовищі 5 мМ -4 H2SO4 й 1,010 моль/л гептамолібдату амонію, та введенням її в реакційну суміш, яка містить 5 мкМ люцигеніну і 0,04 Μ NaOH. Метод ґрунтується на вимірюванні інтенсивності світіння, що виникає в результаті взаємодії молібдофосфатної ГПК з лужним розчином люцигеніну. Межа виявлення фосфору дорівнює 0,95 мкг Р/л (0,031 мкмоль Р/л), градуювальний графік лінійний у діапазоні 5,0-500 мкг Р/л. Визначенню не заважають сульфат-, хлорид-, нітрат-, нітрит-, гідрокарбонат-, фторид- й силікат-іони. Основним недоліком методики є низька вибірковість 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ способу відносно іонів Со , Cu , Cr , Fe , Ni , Ca , Pb , Mg , Mn . Застосування іонообмінної смоли для усунення заважаючого впливу ускладнює процедуру аналізу і вимагає додаткових витрат на промивання та кондиціювання проточно-інжекційної системи. В основу винаходу поставлено задачу підвищення вибірковості щодо іонів металів та спрощення способу визначення мікрокількостей фосфору шляхом концентрування цільової сполуки у формі змішаної молібдостибієвофосфатної ГПК на модифікованому четвертинною амонійною сіллю силікагелі. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб визначення базується на попередньому вилученні за статичних умов фосфору у формі відновленої молібдостибієвофосфатної ГПК при С(H2SO4)=0,490,06 моль-eкв/л з водного розчину на поверхню силікагелю, модифікованого цетилтриметиламонію бромідом (ЦТМАБ), з наступною обробкою концентрату лужним (1 Μ NaOH) розчином люцигеніну і реєстрацією ХЛ світіння, що виникає в реакції ГПК з люцигеніном. Реєстрація інтенсивності хемілюмінесценції виконується за методом фіксованого часу у статичному режимі. Межа виявленняфосфору становить 1,5 мкг Р/л при об'ємі проби 50,0 мл. Лінійність градуювального графіка зберігається у діапазоні 4-36 мкг Р/л. Вплив NO3 нівелюється шляхом відновлення до ΝO2 тіосульфатом. Вміст силікатів усувається розбавленням проби води. Іони + + 2+ 2+ 3+ + металів Na , K , Ca , Mg , Fe та NH4 не заважають визначенню. Використання способу, що заявляється, на відміну від прототипу, дає можливість уникнути впливу сторонніх іонів металів шляхом вибіркового вилучення ГПК аніонітом на основі силікагелю, модифікованого четвертинною амонійною сіллю, (ЦТМАБ-СГ), при збереженні чутливості, спрощенні та здешевленні процедури аналізу. Застосування ЦТМАБ-СГ як сорбенту для сорбційно-хемілюмінесцентного визначення концентрації фосфору після його переведення у форму відновленої молібдостибієвофосфатної ГПК та реєстрація ХЛ світіння суспензії після її обробки лужним розчином люцигеніну у літературі не відоме, що дозволяє вважати запропонований спосіб таким, що відповідає критеріям "новизна" та "винахідницький рівень". Винахід ілюструється наступними прикладами, які не обмежують обсяг правової охорони: 1 UA 110765 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Приклад 1. Методика визначення фосфору. Аліквотну частину проби, що містить фосфору не більше 4,0 мкг, вносять у мірну колбу ємністю 50,0 мл, додають 6,80 мл молібденового реактиву (суміш 0,0076 Μ амонію -4 гептамолібдату, 1,5010 Μ калію-антимоніл тартрату, 1,73 Μ H2SO4) та 3,00 мл 0,1 Μ розчину аскорбінової кислоти. Через 5 хв додають 5,00 мл 1 Μ розчину калію-натрію тартрату та доводять об'єм у колбі до мітки бідистильованою водою. Вміст колб переносять до хімічних стаканів ємністю 100 мл, до кожного з яких додають наважку силікагелю, модифікованого ЦТМАБ за методикою [5], масою 0,050 г, і перемішують отриману суспензію магнітною мішалкою впродовж 15 хв. Сорбент відокремлюють, послідовно промивають трьома порціями бідистильованої води об'ємом 5 мл кожна, і переносять до скляної кювети для ХЛ вимірювань. До кювети із сорбентом додають 5 мл реакційної суміші, яка містить 50 мкМ люцигеніну і 1 Μ NaOH. Інтенсивність ХЛ світіння реєструють через 10 с після додавання до сорбента реакційної суміші. Інтенсивність ХЛ світіння сорбенту, що не містить ГПК, вважають фоновим. Для його вимірювання до наважки ЦТМАБ-СГ масою 0,030 г додають 50,00 мл 0,245 Μ розчину H2SO4 у хімічному стакані ємністю 100 мл і перемішують отриману суспензію магнітною мішалкою впродовж 15 хв. Сорбент відокремлюють, тричі промивають бідистильованою водою і вимірюють інтенсивність ХЛ світіння як описано вище. Вміст фосфору знаходять за градуювальним графіком. Приклад 2. Побудова градуювального графіка. Для побудови градуювального графіка готують серію розчинів з концентрацією фосфору 0,0; 4; 16; 24; 36 мкг Р/л. Для цього в мірні колби ємністю 50,0 мл додають аліквотну частину стандартного 1,0 мг Р/л розчину калію дигідрофосфату об'ємом 0,00; 0,20; 0,80; 1,20; 1,8 0 мл і виконують всі операції, як описано у прикладі 1. Будують градуювальний графік у координатах lg(ΣΙ-ΣΙ0)=f(Cp), де ΣΙ - сума ХЛ світіння сорбенту, що містить ГПК, ΣΙ0 - сума ХЛ світіння сорбенту, що не містить ГПК, СР - концентрація фосфору у розчині, мкг Р/л. Рівняння градуювального графіка має вигляд: Іg(ΣΙ-ΣΙ0) = (0,360,02) + (0,0390,001)▪СР, мкг/л. Межа виявлення, розрахована за 3σ-критерієм, становить 1,5 мкг Р/л при об'ємі проби 50,0 мл. Діапазон лінійності градуювального графіка становить 4-36 мкг Р/л. Співвідношення V/m становить 1000 мл/г при відношенні об'єму розчину (мл) до маси наважки (г) 50:0,050. Коефіцієнт розподілу становить 31,9 л/г при співвідношенні V/m=650 мл/г, величина сорбції за даних умов складає 98 %. Приклад 3. Вплив концентрації NaOH на інтенсивність хемілюмінесценції. Для дослідження впливу концентрації NaOH на інтенсивність хемілюмінесценції готували серію розчинів, кожен з яких містив 4 0 мкг Р/л фосфору. Для переведення фосфору у форму відновленої молібдостибієвофосфатної ГПК виконували всі операції, як описано у прикладі 1. Для вилучення молібдостибієвофосфатної ГПК до кожного з отриманих розчинів додавали наважку модифікованого силікагелю і виконували усі операції, як описано у прикладі 1. До кювети із сорбентом додавали бідистильовану воду, NaOH в діапазоні концентрацій 0,16-1,0 Μ і розчин люцигеніну. Далі всі операції виконували як у прикладі 1. Як аналітичний сигнал розраховували різницю ХЛ інтенсивності зразка, що містить ГПК, та ХЛ інтенсивності модифікованого сорбенту, обробленого розчином лугу та люцигеніну. Оптимальною було обрано концентрацію NaOH 1Μ, що забезпечує максимальну різницю інтенсивності ХЛ сигналу. Приклад 4. Вплив концентрації люцигеніну на інтенсивність хемілюмінесценції. Для дослідження впливу концентрації люцигеніну на інтенсивність хемілюмінесценції готували серію розчинів, кожен з яких містив 62 мкг Р/л фосфору. Для переведення фосфору у форму відновленої молібдостибієвофосфатної ГПК виконували всі операції, як описано у прикладі 1. Для вилучення молібдостибієвофосфатної ГПК до кожного з отриманих розчинів додавали наважку модифікованого силікагелю і виконували усі операції, як описано у прикладі 1. До кювети із сорбентом додавали 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0 мл концентрованого розчину люцигеніну (0,5 мМ), бідистильовану воду і NaOH як у прикладі 1. Далі всі операції виконували як у прикладі 1. Концентрацію фосфору визначали за градуювальним графіком, як вказано у прикладі 2. Оптимальною було вибрано концентрацію люцигеніну 50 мкМ, що забезпечує максимальну інтенсивність ХЛ сигналу. Приклад 5. Оптимізація співвідношення об'єму аналізованого розчину фосфору (V) до маси ЦТМАБ-СГ. Готували серію розчинів об'ємом 50,0 мл з концентрацією фосфору 62 мкг Р/л, як описано у прикладі 1. До отриманих розчинів додавали всі компоненти, як у прикладі 1, переносили до хімічних стаканів об'ємом 100 мл і додавали різні наважки ЦТМАБ-СГ від 0,020-0,075 г. Далі виконували усі операції, як у прикладі 1. Концентрацію фосфору визначали за градуювальним графіком, як вказано у прикладі 2. Оптимальним обрано співвідношення V/m 1000 мл/г, для 2 UA 110765 C2 5 10 якого спостерігається максимальна чутливість визначення фосфору (для маси сорбенту 0,050 г, об'єму розчину 50,0 мл). Приклад 6. Вплив сторонніх іонів на результати визначення фосфору(V). Сорбент готують, як вказано у прикладі 1. В мірні колби ємністю 50,0 мл додають по 2,00 мл стандартного розчину Ρ (V) (1,55 мг Р/л), різні кількості розчину стороннього іона (табл. 1) та всі інші необхідні реактиви, як описано у прикладі 1. Через 5 хв. додають 5,00 мл 1 Μ розчину калію-натрію тартрату та доводять об'єм розчину до мітки бідистильованою водою. Вміст колб переносять до хімічних стаканів ємністю 100 мл і виконують всі операції, як описано у прикладі 1. Допустимим вважають такий вміст стороннього іона, при якому зміна аналітичного сигналу не перевищує 10 %. Результати визначення впливу сторонніх іонів наведено у таблиці. Таблиця Кратні кількості сторонніх іонів, що не заважають визначенню 62 мкг Р/л фосфору. Сторонні іони, X + NH4 + Na + K, 2+ Са 2+ Мg 3+ Fe Сl 2SO4 , НСО3 2С4Н4О6 Аскорбат (Asc ) 2SiO3 NO3 Допустиме співвідношення X:P(V) 4 210 5 410 5 410 2 410 2 210 2 410 5 10 4 410 5 410 5 210 0,4 (20 мг/л)* 1,0 2 * максимальний вміст SiO3 у поверхневих водах [6]. + 15 20 25 30 35 + + З таблиці видно, що визначенню фосфору вказаним способом не заважають NH4 , Na , K , 2+ 3+ 2Ca , Mg , Fe , Сl , SO4 , НСО3 в концентраціях, в яких вони присутні у природних поверхневих 2водах. Найбільше заважають визначенню NO3 , SіО3 . Вплив NO3 усувають відновленням 2тіосульфатом до NO2, вплив SiO3 шляхом розбавлення проби води. Таким чином, запропонований спосіб характеризується задовільною правильністю результатів. Чутливість методу становить 1,5 мкг Р/л при об'ємі проби 50,0 мл, що дає можливість використовувати його для аналізу природних вод для визначення вмісту загального фосфору без попередньої пробопідготовки (ГДК(Р)=0,1 мг/л). В способі, що описаний, досягнуто усунення заважаючого впливу іонів металів за рахунок селективного відокремлення фосфору (V) у формі молібдостибієвофосфатної ГПК аніонообмінником на основі ЦТМАБ-СГ. Кількісне сорбційне вилучення молібдостибієвофосфатної ГПК на поверхню ЦТМАБ-СГ відбувається швидко (15 хв). Застосування запропонованого способу порівняно із прототипом спрощує та робить дешевшим процедуру аналізу із катіонообмінною колонкою через відсутність проточно-інжекційного обладнання, яке потребує додаткових витратних матеріалів, проведення процедури очистки і кондиціювання. Тривалість аналізу не перевищує 20 хв. Більшість катіонів та аніонів, присутніх у природних водах, не заважають визначенню фосфору, що покращує вибірковість методу. 1. Warwick C. Sensing and analysis of soluble phosphates in environmental samples: A review / C. Warwick, A. Guerreiro, A. Soares // Biosens. Bioelectron. - 2013. - Vol. 41. - P. 1-11. 2. Набиванець В.Й., Осадчий В.І., Осадча Н.М., Набиванець Ю.Б. Аналітична хімія поверхневих вод. - К.: Наукова думка, 2007. -456 с. 3. Зуй О.В. Гетерогенно-хемилюминесцентный анализ (обобщающая статья) / О.В. Зуй // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2009. - т. 75, № 6 - С. 5-12. 4. Determination of phosphate in freshwater samples by flow-injection with lucigenin chemiluminescence / Attiqur-Rehman, M. Yaqoob, A. Waseem, A. Nabi, M. A. Khan // Intern. J. Environ. Anal. Chem. - 2010. - Vol. 90, Nos. 14-15. - P. 1119-1129. 2+ 3 UA 110765 C2 5 5. Запорожец О.А. Твердофазно-спектрофотометрическое и тест-определение сосуществующих форм фосфора в воде /О.А.Запорожец, Л.С. Зинько, И.А. Качан // Журн. аналит. химии. - 2007. - т. 62, № 12. - С. 1271-1275. 6. Набиванець Б.Й. Аналітична хімія природного середовища: підруч. / Б.Й. Набиванець, В.В. Сухан, Л.В. Калабіна. - Київ: Либідь, 1996. - 304 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб хемілюмінесцентного визначення фосфору (V), що включає отримання молібдофосфатної гетерополікислоти у сульфатнокислому розчині з наступним введенням її у реакційну суміш, що містить люцигенін і луг, і реєстрацією хемілюмінесценції, який відрізняється тим, що як гетерополікислоту використовують змішану молібдостибієвофосфатну кислоту, попередньо іммобілізовану на модифікованому цетилтриметиламонію бромідом силікагелі, причому концентрація люцигеніну становить 0,030,1 мМ, концентрація лугу становить 0,5-1 М, а реєстрацію хемілюмінесцентного свічення здійснюють в статичному режимі. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 4