Спосіб визначення концентрації хрому (vi) у воді

1. Спосіб визначення концентрації хрому (VI) у воді, який полягає у тому, що відбирають визначену кількість води для аналізу, концентрують сполуки, що містять хром у воді, після чого аналізують вміст хрому з використанням дифенілкарбазиду, який відрізняється тим, що у відібрану для аналізу воду вводять H2SО4 до рН=1, додають 0,5 % розчин у етанолі (96 %) дифенілкарбазиду, після чого концентрують забарвлені в різні кольори (від жовто-коричневого до фіолетового) сполуки хрому із дифенілкарбазидом, для чого пропускають підфарбовану воду через шар катіоніту, переважно КУ-2-8, розміщеного в прозорій трубці, при цьому U 1 3 16013 4 малих кількостей сумарного змісту хрому у водах, гатостадійність виконання, що не дозволяє викощо мають лужну реакцію та містять великі кількосристовувати його в якості експресного в польових ті органічних речовин, хлоридів, по якому в пробі, умовах. що містить від 0,001 до 0,05мг хрому, спочатку Прототипом, тобто найбільш близьким по техвідновлюють хром (VI) до хрому (III) сірчистою нічній сутності і технічному результаті, що досягакислотою, потім осаджують хром (III) оксидом магється, є спосіб по патенті Росії нію, відфільтровують, висушують, спалюють, роз№2137112[№2137112 С1 G01N21/78 опубліковачиняють у сірчаній кислоті, окисляють хром (III) до ний 10.09.1999р.], що полягає в тім, що пробу води хрому (VI) персульфатом амонію чи прожарюванконцентрують методом випарювання, а потім доням із сумішшю карбонату натрію й оксиду магнію, дають персульфат амонію і сірчану кислоту в кільдоливають розчин дифенілкарбазиду (ДФК) і фокостях з розрахунку (0,015-0,02)м і (0,0005тометрують [Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия 0,0006)м моль, відповідно, на кожні 100см3 досліпромышленных и сточных вод. - М.: Химия, 1984. джуваної проби, узятої на випарювання, нейтраліC.155]. зують до рН=8 розчином аміаку чи лугу, фільтруНедоліком способу є трудомісткість, зв'язана з ють і визначають хром у фільтраті відомим багатостадійністю його виконання, а отже, неможфотометричним способом по реакції з дифенілкаливість використання в польових умовах, як ексрбазидом (ДФК). Обробляють проби персульфапрес-метод. том амонію і сірчаною кислотою, узятими в кількоВідомий спосіб визначення хрому в промислостях прямо пропорційних об'єму досліджуваної вих стічних водах рентгенофлуоресцентним метопроби, тим самим досягають повного усунення дом (ПНДФ 14.1.43.96. Кількісний хімічний аналіз домішок, що заважають, кількісному протіканню вод. Методика виконання вимірів масової концентреакції хрому з дифенілкарбазидом. При меншій рації ванадію, хрому, марганцю, заліза, кобальту, кількості персульфату, а також відділенні осаду нікелю, міді, цинку, свинцю і вісмуту в промислопри меншій кислотності, не досягають повного вих стічних водах рентгенофлуоресцентним метоусунення речовин присутніх у пробі, що заважають дом), чутливість методу 0,01мг/л. визначенню концентрації хрому (VI), про що свідНедоліком способу є необхідність дорогого чить жовте фарбування фільтрату і відсутність спеціального стаціонарного устаткування і неможмалинового фарбування розчину після обробки ливість використання способу в польових умовах. дифенілкарбазидом або нестабільність фарбуванВідомий спосіб визначення загального хрому в ня, що утворилося, у часі. Більш високі кількості пробах природній, питний і стічну воду на аналізаперсульфату і кислоти приводять до невиправдаторі Флюорат-2, заснований на реєстрації світіння ної витрати реактивів і до збільшення тривалості хемілюмінесценції реакції окислювання люмінолу розкладання персульфату, що також заважає порозчином пероксиду водню, який каналізується дальшому визначенню концентрації хрому (VI). солями хрому (III) у лужному середовищі [ПНДФ Недоліком способу є його складність, трудомі14.1:2:4. 30-95. Кількісний хімічний аналіз вод. Месткість і багатостадійність виконання, що не дотодика виконання вимірів масової концентрації зволяє використовувати його в якості експресного хрому загального в пробах природної, питної і стів польових умовах. чної води на аналізаторі рідини "Флюорат-02"]. Технічною задачею, на рішення якої спрямоМінімально обумовлена концентрація 0,002мг/л. ваний пропонований спосіб визначення Cr(VI) у Недоліком способу є необхідність застосуванводі, є розробка способу визначення концентрації ня дорогого спеціального стаціонарного лаборатохрому придатного для польових умов із забезперного устаткування, а, отже неможливість викориченням чутливості визначення хрому (VI) на рівні стання відомого способу як експрес-метод у 0,005мг/л. Зокрема, при роботі польових чи експепольових умовах. дицій загонів при пошуку, наприклад, руд, яки місВідомий спосіб фотометричного визначення тять хром, або експедицій (співробітників Міністерзагального змісту хрому в природних і стічних воства надзвичайних ситуацій) при моніторингу за дах по реакції хрому (VI) з дифенілкарбазидом станом навколишнього середовища з метою еко(ДФК), по якому відбирають такий об'єм проби, у логічної оцінки забруднення сполуками хрому води якій міститься (0,001-0,05)мг хрому, доводять в ріках, водоймах і т.д. Ці польові умови характеоб'єм до 100см3, нейтралізують пробу до рН=8 ризуються відсутністю електропостачання, дорогокислотою чи лугом, додають 0,3см3 розчину сірчаго лабораторного устаткування і багатьох матеріаної кислоти з концентрацією 1моль/л, 50см3 0,1% лів, приладів, посуду і т.д., тобто особливими розчину персульфату амонію, кип'ятять 20-25хв., умовами, що істотно відрізняються від умов, які фільтрують, впарюють фільтрат до об'єму 50см3, мають місто у стаціонарних лабораторіях, оснанейтралізують до рН=8, доливають 1см3 сірчаної щених сучасним дорогим стаціонарним устаткукислоти (1:1) і 0,3см3 концентровані фосфорні кисванням, приладами, допоміжними матеріалами. лоти, доливають розчин до 100см3 дистильованою Польові умови не дозволяють використовувати водою, перемішують, додають 2см3 розчину дижоден з відомих перерахованих вище способів фенілкарбазиду з концентрацією 0,5%, перемішувизначення концентрації хрому (VI). ють і через 5-10хв фотометрують із зеленим світЦя технічна задача вирішується пропонованим лофільтром [ПНДФ 14.1:2.52-96. Методика способом таким чином: відбирають визначену ківиконання вимірів масової концентрацій хрому в лькість аналізованої води, підкисляють її сірчаною природних і стічних водах фотометричним метокислотою до рН 1 і вводять у відібрану воду 0,5% дом з дифенілкарбазидом, М. 1996.]. розчин у етанолі (96%) дифенілкарбазиду, у реНедоліком способу є його трудомісткість і базультаті чого проба офарблюється в червоно 5 16013 6 фіолетовий колір, що має комплекс, що утворився, лімерного матеріалу, що сприятливіше, ніж зі скла, дифенілкарбазонату хрому (III), і Інтенсивність внаслідок того, що при зниженні температури в якого залежить від концентрації Cr(VI) у вихідній холодильнику, де розміщені трубки з мокрим катіводі. Потім концентрують комплекс, що утворився онітом, нижче 0°С, скляна трубка може розтріскуу воді, дифенілкарбазонату хрому (III) у такий споватися при замерзанні змоченого водою катіоніту, сіб: пофарбовану воду, яка містить дифенілкарбапри цьому пластмасова трубка не тріскається і зонат хрому (III), що утворився, пропускають через коштує дешевше. трубку з прозорими стінками і перфорованою пеПілотна установка (Фіг.2) складається з трубки регородкою, на якій розміщений шар катіоніту КУ1 утримуючої шар катіоніту КУ-2-8-2 між сітками 3. 2-8, у результаті чого комплекс дифенілкарбазонаТрубка 1 прикріплена до склянки 4 соском 5, а ту хрому (III) сорбується на поверхні катіоніту, а склянка закріплена пружинними прихватами 6 на вода, очищена від сполук хрому віддаляється, при стійці 7. цьому катіоніт унаслідок сорбції на його поверхні Колірна шкала (Фіг.3) містить набір кружечків, дифенілкарбазонату хрому (III) також офарблюколір кожного з який відповідає кольору катіоніту зі ється, після чого порівнюють фарбування катіоніту змістом визначеної концентрації хрому. з колірною шкалою у виді набору пофарбованих Працює пропонований спосіб у такий спосіб: кружків (квадратиків), кожний з який має колір, що установлюють чисту склянку 4 з надягнутим на відповідає визначеної концентрації хрому у воді, і сосок 5 знизу склянки 4 трубкою 1 у прихваті 6 на по збігу фарбування катіоніту (VI) і фарбування стійці 7, відібрану пробу води підкисляють H2SО4 кружка на шкалі судять про концентрацію хрому у до pH l, потім додають 0,5% спиртовий розчин воді. Таким чином, проводять напівкількісне виДФК, після чого в склянку 4 наливають аналізовазначення концентрації хрому у воді з точністю ну воду з ДФК. При цьому вода самопливом про±30% і чутливістю 0,005мг/л (див. колірну шкалу, ходить через шар катіоніту, на поверхні якого поФіг.3). фарбований комплекс сорбується. Після того як Для більш точного визначення концентрації вся аналізована вода витече зі склянки 4, знімахрому (VI) у воді, прозорі трубки, що містять пофають трубку 1 із соска 5 і відразу ж порівнюють корбований катіоніт КУ-2-8, поміщають у холодильлір катіоніту в трубці 1 з кольоровими розподілами ник без доступу світла, у якому витримують при на колірної шкалі. При збігу фарбування катіоніту в температурі від 0 до 5°С на протязі до 10 діб, після трубці з фарбуванням якого-небудь кольорового чого з місця відбору проб у польових умовах транкружечка на шкалі судять про концентрацію хрому спортують у стаціонарну лабораторію, де фарбуу воді. Дані про концентрацію хрому записують у вання на катіоніті КУ-2-8 більш точно визначають журнал із указівкою номера трубки. Для визначенпо спектрах дифузійного відбиття методом тверня концентрації Cr(VI) у новій пробі води склянку дофазної спектрометрії. заміняють на нову І прикріплюють до неї нову труВитримування трубок з пофарбованим катіонібку з новим номером і проводять наступний анатом при температурі не більш 5°С без доступу ліз. світла необхідно внаслідок того, що при кімнатній Спосіб ілюструється наступними прикладами. температурі 20-25°С и вище колір катіоніту протяПриклад 1 гом 10 доби значно змінюється, що приводить до Попередньо в стаціонарній лабораторії будузниження точності аналізу. Яскраве світло також ють кольорову шкалу у вигляді кольоровій таблиці, сприяє зміні кольору, що відбувається внаслідок яка містить набір кружечків з різним фарбуванням розкладання комплексу дифенілкарбазонату хрокожного кола (від жовто-коричневого до фіолетому (ІІІ). вого). Для здійснення пропонованого способу необФарбування кожного кружечка відповідає вихідні нові пристосування: трубка з катіонітом, склязначеної концентрації хрому (VI) воді. нка ємністю приблизно 250мл і колірна шкала. Для цього виготовляли калібровані трубки діНа Фіг.1. зображена в розрізі трубка, що місаметром O 10мм довжиною приблизно 50мм із тить шар катіоніту КУ-2-8, виконана з прозорих прозорого матеріалу: скла або полімерного математеріалів: скла або прозорих полімерних матеріріалу, відповідно до рисунка на Фіг.1. У кожну труалів. бку розміщали катіоніт КУ-2-8 зернистістю 0,43На Фіг.2 зображена пілотна установка для ви0,50 мм при висоті стовпця засипання катіоніту 10 значення концентрації хрому в польових умовах. мм. На Фіг.3 зображено кольорову шкалу для виПотім через кожну калібровану трубку пропусзначення концентрації хрому у воді в мг/л. кали заздалегідь підготовлену воду об'ємом 200мл Трубка 1 (Фіг.1) з катіонітом КУ-2-8, діаметром з доданою сірчаною кислотою до рН=1 і 0,5% роз10 мм із товщиною стінки 2 0,5-1мм, містить катічином у етанолі (96%) ДФК із різних склянок з кононіт 3, наприклад, марки КУ-2-8, з висотою шару центрацією хрому (VI) у кожній склянці рівному h=10мм. Катіоніт із гранулами розміром 0,43 0,50 відповідно: 0-0,005-0,01-0,02-0,04-0,05-0,06-0,08мм насипаний на скляну сітку 4, що спирається на 0,10-0,15-0,20-0,25-0,030-0,40-0,50-1,00мг/л. стопорне пружинне кільце 5, при цьому шар катіоПісля пропущення води через кожну трубку ніту зверху і знизу обмежений скляними сітками 4 наносили точно такий же колір катіоніту КУ-2-8 на зі стопорними кільцями 5 з метою виключення викружок (квадратик) на колірній шкалі, що відповісипання катіоніту при перекиданні трубки. Кожна з дає концентрації хрому (VI) у воді, пропущеної трубок має етикетку, наклеєну на трубку, що місчерез калібровану трубку. Одержували шкалу з тить порядковий номер. різнобарвними кружечками з кольорами від жовтоТрубку доцільно виготовляти з прозорого покоричневого до темно фіолетового. Для проби з 7 16013 8 нульовою концентрацією хрому колір іоніту КУ-2-8 бках через 24 години визначали концентрацію не змінювався. Знімали кілька кольорових ксерохрому (VI) у лабораторії кафедри аналітичної хімії копій шкали, що зберігали в журналі. ОНУ ім. И.И. Мечникова методом твердофазної Аналізували воду ріки Дністер у лівого берега спектрофотометрії на приладі СФ-18. Концентрації в районі м. Білгород-Дністровська Одеської обласхрому (VI) були 0,049; 0,048; 0,047мг/л. Розкид ті. Для цього брали 200мл води з ріки Дністер, підконцентрацій хрому (VI) з різних каналізаційних колодязів складав незначну величину. кисляли її сірчаною кислотою (1:1) до рН 1 і доСлід додати, що відібрані проби води були давали 10см 1% спиртового розчину ДФК, проаналізовані в стаціонарних умовах вказаної перемішували і через 5 хвилин концентрували вище кафедри за стандартною методикою з викоотриманий пофарбований комплекс на катіоніті ристанням ДФК та спектрофотометра [Ю.Ю. Лушляхом пропущення розчину через трубку з катіорье, Аналитическая химия промышленных и сточнітом зі швидкістю не більш 20,0мл/хв (при більшій ных вод. - М.: Химия, 1984. - С.155]. Визначена швидкості сполуки хрому не встигали цілком сорконцентрація хрому (VI) дорівнювала 0,05мг/л. буватися на катіоніті КУ-2-8). Після витікання всієї Таким чином, приведені приклади показали аналізованої води підносили трубку з пофарбовавиробничу застосовність пропонованого способу ним катіонітом до кольорової шкали і порівнювали визначення хрому (VI) у воді. колір катіоніту в трубці, що офарбився, з кольором Загальними ознаками прототипу і пропоновакружечків на шкалі. Колір катіоніту в трубці збігавного способу є наступні: відбирають визначену ся з кольором кружка зі СCr(VI)=0,01мг/л, отже конкількість води для аналізу, концентрують сполуки, центрація хрому (VI) у воді була 0,01мг/л. що містять хром, у воді, після чого аналізують Дослід повторювали 3 рази, тобто використовміст хрому з використанням фарбування сполук вували 3 штуки трубок з катіонітом КУ-2-8 і всі 3 хрому з дифенілкарбазидом. рази колір катіоніту після пропущення води був Відмітними (новими) ознаками пропонованого однаковий з кольором на кольоровій шкалі, що способу від прототипу є наступні: 0,5% спиртовий відповідає концентрації СCr(VI)=0,01мг/л. Помилка розчин (у етанолі (96%)) ДФК вводять в аналізовавизначення складала 30%. Чутливість методу ну пробу води відразу ж після її вибору та очибула на рівні 0,005мг/л. щення від твердих зважених частинок фільтрацією Далі трубки з мокрим пофарбованим катіоніі підкислення до pH 1, після чого проводять контом поміщали в термоелектричний холодильник, центрування пофарбованих сполук хрому з ДФК, що працює від акумулятора автомобіля V=12В, и пропущенням аналізованої води крізь шар катіоніпідтримували температуру усередині холодильниту КУ-2-8, розміщеного в трубці з прозорого матека 20 1°С. Трубки зберігалися в темряві на проріалу, що сорбує на своєї поверхні сполуки хрому з тязі 2 доби. Після чого трубки доставлялися в лаДФК і сам офарблюється в більш інтенсивні кобораторію кафедри аналітичної хімії Одеського льори в порівнянні з водою, що пропускається, національного університету ім. I.I. Мечникова, де після чого фарбування катіоніту порівнюють з фааналізувалися методом твердофазної спектромербуванням кружечків на колірній шкалі, кожний з трії на приладі СФ-18 з точністю ±2%. В усіх трьох який має колір, що відповідає визначеної концентпробах води ріки Дністер концентрація хрому (VI) рації хрому (VI) у воді і по збігу фарбувань катіоніскладала відповідно 0,012; 0,010; 0,011мг/л. ту і кольорового кружка на колірній шкалі судять Приклад №2. про концентрацію хрому (VI) у воді. При таких же умовах і такому ж методі аналіДля більш точного визначення концентрації зувалася вода з ріки Турунчук Одеської області. хрому (VI) у воді, трубки з пофарбованим катіоніПри визначенні концентрації хрому (VI) за допомотом поміщають у холодильник при температурі до гою колірної шкали безпосередньо на березі ріки 5°С без доступу світла і зберігають у ньому не концентрація хрому в трьох пробах була дорівнює більш 10 діб, після чого транспортують у стаціона0,015мг/л, тобто колір був між кружком з концентрну лабораторію, де інтенсивність колірного фаррацією 0,01 і 0,02мг/л. бування на катіоніті визначають по спектрах дифуПри визначенні концентрації хрому (VI) у лазійного відбиття методом твердофазної бораторії кафедри аналітичної хімії ОНУ ім. I.I. спектрометрії, наприклад, на приладі СФ-18. Мечникова через двоє діб концентрація хрому (VI) Як показали дослідження в пропонованому у трьох пробах дорівнює відповідно 0,015; 0,0152; способі досягається концентрування дифенілкар0,0149мг/л. базонату хрому (III) на катіоніті КУ-2-8 у 1000 разів, Приклад №3. шляхом пропущення через катіоніт води з ДФК: на Аналізувалися стічні води ВАТ "Одеський занавішенні катіоніту 1 г при пропущенні 200мл води вод Пресмаш" м. Одеса, де чотири рази на місяць на поверхні катіоніту залишається приблизно проводять хромування деталей і після очищення 0,2мл води разом із ДФК. Саме цей високий стуіонітами стічні води скидають у каналізацію. Перед пінь (1000 разів) концентрування дифенілкарбазоаналізами відібрані проби води з каналізаційних нату хрому (ІІІ) на катіоніті забезпечує багаторазоколодязів фільтрували через ватяний фільтр (плаве збільшення інтенсивності фарбування катіоніту стмасова пляшка ємністю 1л з відрізаним дном і в порівнянні з фарбуванням води, що пропусказаткнутою ватою горлечком) від механічних доміється, і, як наслідок, підвищення чутливості пропошок, після чого відразу у каналізаційних колодязях нованого способу визначення хрому (VI) до за допомогою колірної шкали визначали концент0,005мг/л. рацію хрому (VI). В трьох колодязях концентрація Відмітні ознаки пропонованого способу разом хрому (VI) була 0,05мг/л. Після концентрування з відомими ознаками прототипу забезпечує досягпідкисленої до рН 1 водуз ДФК на катіоніті в тру 9 16013 10 нення наступних технічних результатів. лин вирішує цю задачу. Технічні результати, одержувані при викорисЕкономічний ефект: танні пропонованого способу, що випливають: Мала вартість аналізу однієї проби води про1. Істотна економія енергетичних витрат при понованим способом. Розрахунки показують, що операції концентрування: наприклад, для концентзагальна вартість аналізу концентрації хрому (VI) в рування методом випарювання води на електричодній пробі води, способом який пропонується, ній плитці потрібно 2кВт. години на 200мл води по дорівнює приблизно 1грн., а вартість одного аналіпрототипі. Для пропонованого способу не потрібно зу по прототипі дорівнює 10грн. Ціна однієї трубки ніяких енергетичних витрат, тому що катіоніт сордорівнює (0,5г катіоніту коштує 0,006грн., трубка з бує дифенілкарбазонат хрому (ІІІ) без витрат енеполімеру прозорого O 10мм, довжиною 50мм кошргії. тує 0,10грн., 2 кільця з лески O 1,2мм 1=70мм ко2. Пропонований спосіб забезпечує селективштують 0,007грн., 2 кружки зі склотканини O 3 см ність виділення сполук, що містять хром, при прокоштують 0,004грн., кислота H2SО4 5г коштує веденні операції концентрування внаслідок того, 0,01грн., спиртовий розчин ДФК~0,05грн.). що на катіоніті КУ-2-8 затримуються, в основному, Практична застосовність пропонованого спотільки сполуки хрому, а інші сполуки, що містяться собу заснована на тім, що на кафедрі аналітичної у воді, віддаляються разом з водою (органічні спохімії ОНУ ім. И.И. Мечникова виготовлені понад луки, солі і т.д.), що є домішками, яки заважають 500 трубок з катіонітом КУ-2-8, що передані разом при визначенні концентрації хрому (VI). з колірною таблицею й успішно використовуються: 3. Пропонований спосіб визначення концент1) Кафедрою неорганічної хімії та хімічної екорації хрому (VI) є швидким способом: на одну прології ОНУ для екологічного моніторингу стічних вод бу води витрачається приблизно 15 хвилин, тоді як по концентрації хрому (VI) у м. Одесі й Одеській по способі-прототипі необхідно понад три години. області. 4. Головний технічний результат пропоновано2) Кафедрою інженерної геології ОНУ для пого способу - це можливість його застосування в шуку руд, яки містять хром, по концентрації хрому польових умовах у відсутності дорогого устатку(VI) у струмках, річечках і т.д. у сукупності з іншими вання й електропостачання. Часто стоїть задача: способами геологічної розвідки корисних копалин. відповісти на запитання: саме в польових умовах у Таким чином, пропонований спосіб уже почав випроцесі добору проб води концентрації хрому (VI) користовуватися в практиці як простий і дешевий в аналізованій воді менше ПДК чи більше? Пропоекспрес-аналіз на концентрацію хрому (VI) у воді. нований спосіб експрес-аналізу успішно за 15 хви 11 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 16013 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601