способ вольтамперометрического измерения концентрации йода

Формула изобретения

1. Способ вольтамперометрического измерения концентрации йода в анализируемом растворе, заключающийся в том, что на поверхность твердого электрода предварительно наносят металлическую ртуть в виде пленки, электрохимически осаждают на этой пленке йодсодержащие продукты из анализируемого раствора, представляющего собой анализируемое вещество, растворенное в фоновом электролите, изменением потенциала рабочего электрода электрохимически растворяют указанные осажденные йодсодержащие продукты, измеряют величину катодного тока растворения указанных йодсодержащих продуктов, идентифицируют пик йода на вольтамперной кривой и по величине пика йода определяют концентрацию йода в анализируемом растворе, отличающийся тем, что предварительное нанесение металлической ртути на поверхность твердого электрода осуществляют электрохимическим формированием ртутной пленки из рабочего раствора, содержащего ионы ртути в присутствии ионов йода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость изменения потенциала рабочего электрода при электрохимическом растворении ранее осажденных йодосодержащих продуктов задают более 0,1 В/с.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве фонового электролита для растворения анализируемого вещества используют раствор соли тетраоксалата.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области аналитической электрохимии, в частности к методам измерения концентрации йода в различных растворах, и может быть использовано для определения микроконцентраций йода в питьевой и природной воде, пищевых продуктах и пр.

В настоящее время известны методы измерения концентрации йода на ртутной капле (полярография) или ртутно-пленочном индикаторном электроде, сформированном на металлической подложке. Формирование ртутно-пленочного электрода на металлической подложке проводится, как правило, опусканием рабочей части электрода (подложки) в металлическую ртуть с последующим растиранием ртути фильтровальной бумагой для равномерного распределения ее по поверхности подложки.

Известный метод измерения концентрации йода с использованием ртутно-пленочного электрода [1] реализован на трехэлектродной электрохимической ячейке, включающей рабочий ртутно-пленочный электрод на металлической подложке, вспомогательный электрод и электрод сравнения (например, хлорсеребряный).

Ртутно-пленочный электрод предварительно формируют путем опускания рабочей части металлического электрода в металлическую ртуть на 2-3 с, последующего растирания ртути на металлической подложке фильтровальной бумагой и электрохимической очистки подготовленного ртутно-пленочного электрода путем его выдерживания в потенциостатическом режиме при пропускании газа (например, азота).

После формирования ртутно-пленочного электрода и установки электрических параметров измерения электроды опускают в фоновый электролит (например, калий азотно-кислый), содержащий анализируемое вещество (диссоциирующее на ионы йода), и проводят электрохимическое осаждение на ртутно-пленочном электроде ионов йода в виде малорастворимых соединений с ртутью (например,Hg₂J₂).

Осажденный продукт электрохимически растворяют при определенной скорости изменения потенциала (например, 0,02 В/с) и одновременно регистрируют вольтамперную кривую. Аналитическим сигналом при этом является пик иодид-ионов на вольтамперной кривой в диапазоне потенциалов от - 0,30 до - 0,35 В. При измерении концентрации йода описанным методом чувствительность определения составляет единицы мкг/дм³.

Недостатком описанного способа измерения концентрации йода с использованием ртутно-пленочного электрода [1] является значительное время измерений, не позволяющее эффективно решать многие аналитические задачи. Вольтамперометрическое измерение концентрации йода описанным методом в одной пробе занимает 15-20 мин, что делает работу пользователей малопроизводительной, т.к. при такой продолжительности измерений можно анализировать не более 10 проб в день.

Получаемый известными способами рабочий ртутно-пленочный электрод является толстопленочным (толщина пленки ртути составляет более 25 мкм) и поэтому может работать в диапазоне весьма ограниченных скоростей изменения потенциала (до 0,1 В/с), что не позволяет повысить скорость развертки потенциала (по крайней мере, до десятков В/с) для увеличения чувствительности и сокращения времени измерений.

Не менее существенным недостатком описанного известного способа измерения концентрации йода с использованием ртутного толстопленочного электрода является также необходимость практически ручной работы с металлической ртутью при предварительном формировании указанного электрода, что предъявляет дополнительные требования к помещению, в котором проводят вольтамперометрические измерения (наличие вытяжки, емкости для хранения ртути и пр.). Кроме того, нанесение пленки ртути на металлическую подложку и необходимость повторения операции нанесения пленки (в случае появления незаамальгамированных участков или образования серого налета на поверхности электрода) требует наличия определенных навыков у исполнителя.

Предлагаемый способ вольтамперометрического измерения концентрации йода с использованием ртутно-пленочного электрода свободен от указанных выше недостатков и позволяет при сравнительно небольшом времени анализа одной пробы (2-3 мин) с более высокой точностью измерять концентрации йода на уровне единиц мкг/дм³.

Эти достоинства предлагаемого способа вольтамперометрического измерения концентрации йода достигаются за счет того, что накопление и растворение малорастворимых соединений йода с ртутью осуществляют с использованием ртутного тонкопленочного рабочего электрода на графитовой подложке. Предварительное формирование указанного ртутно-пленочного рабочего электрода осуществляют электрохимическим осаждением ртути на графитовой подложке из раствора, содержащего соль ртути, в присутствии ионов йода.

Сформированный посредством электрохимического осаждения рабочий ртутно-пленочный электрод является тонкопленочным, что дает возможность использования высоких скоростей развертки потенциала (более 0,1 В/с) и как следствие этого позволяет значительно увеличить чувствительность и резко сократить время измерений.

Кроме того, при формировании электрода нет необходимости работать с металлической ртутью. При этом расход соли ртути, используемой для формирования ртутно-пленочного электрода, незначителен.

Сформированный таким образом рабочий ртутно-пленочный электрод может быть использован для измерения концентрации йода многократно (до 50 измерений).

Предлагаемый способ вольтамперометрического измерения концентрации йода состоит в следующем. Устанавливают трехэлектродную электрохимическую ячейку, включающую рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения. Рабочий ртутно-пленочный электрод предварительно формируют на графитовой подложке путем электрохимического осаждения пленки ртути при отрицательном потенциале из раствора, содержащего соль ртути, в присутствии ионов йода. После установки электрических параметров измерений электроды погружают в фоновый раствор, содержащий анализируемое вещество, и проводят электрохимическое осаждение ионов йода (в виде малорастворимых соединений с ртутью) при определенном потенциале на ртутно-пленочном электроде. Электрохимически растворяют накопленный продукт (указанные малорастворимые соединения с ртутью) при определенной скорости изменения потенциала на рабочем электроде (более 0,1 В/с) и регистрируют вольтамперную кривую. Аналитическим сигналом при этом является высота катодного пика иодид-ионов на вольтамперной кривой в области потенциалов от - 250 до - 350 В.

Для определения концентрации иодид-ионов в анализируемом веществе используют метод стандартной добавки градуировочного раствора (например, раствора иодида калия) в фоновый раствор, содержащий анализируемое вещество. После регистрации вольтамперной кривой фонового раствора, содержащего анализируемое вещество и градуировочный раствор, определяют массовую концентрацию йода в анализируемом веществе по величине катодного пика иодид-ионов.

Основные преимущества предлагаемого способа вольтамперометрического определения йода с использованием рабочего ртутного тонкопленочного электрода на графитовой подложке состоят в высокой чувствительности и точности измерения концентрации йода за счет использования высокоскоростного режима съемки вольтамперных кривых, в отсутствии необходимости работы с металлической ртутью, низком расходе соли ртути для формирования ртутно-пленочного электрода, в использовании одного и того же рабочего электрода как для определения йода, так и для определения остальных токсичных элементов, в отсутствии необходимости использования газа для электрохимической очистки рабочего электрода.

Предлагаемый способ вольтамперометрического измерения концентрации йода был реализован на практике с использованием анализатора вольтамперометрического АВА-2 по ТУ 4215-016-00227703-98 (производства НПП "Буревестник"). В работе использовалась трехэлектродная электрохимическая ячейка, включающая рабочий ртутно-пленочный электрод на углеситалловой подложке, вспомогательный платиновый электрод и хлорсеребряный электрод сравнения. Ртутно-пленочный электрод предварительно формировали путем электрохимического осаждения пленки ртути на углеситалловой подложке из рабочего раствора (калий азотно-кислый, содержащий соль ртути, в присутствии ионов йода) при отрицательном потенциале. Для определения йода электрохимическое накопление малорастворимых соединений йода с ртутью проводили из фонового раствора (соль тетраоксалата), в котором было растворено анализируемое вещество, при потенциале 0 В на ртутно-пленочном электроде. Электрохимическое растворение малорастворимых соединений йода с ртутью и регистрацию аналитического сигнала проводили при развертке потенциала на рабочем электроде от 0 до - 600 В со скоростью более 0,1 В/с.

Предлагаемый способ вольтамперометрического измерения концентрации йода найдет широкое применение в аналитической электрохимии, так как позволяет решить серьезные существующие проблемы. Реализация предлагаемого способа исключает необходимость работы с высокотоксичной металлической ртутью при формировании и подготовке рабочего электрода к работе. Для измерения концентрации йода не требуется высокой квалификации и наличия весьма специфических навыков у исполнителя, которому достаточно владеть стандартными приемами подготовки электродов и прибора к работе. По сравнению с известными методами существенно (в 5-7 раз) повышается экспрессность анализа (за счет повышения чувствительности и сокращения времени измерений), что делает работу пользователей более производительной.

Предлагаемый способ определения йода был использован для определения массовой концентрации йода в питьевой воде, пищевой соли, хлебобулочных изделиях, молочных продуктах. Чувствительность определения йода в указанных объектах составляет менее 1 мкг/дм³, общее время анализа одной пробы составляет от 1 до 5 мин (в зависимости от измеряемой концентрации).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Метод измерения массовой концентрации иодид-ионов в иодированных продуктах (молоко и кисломолочные продукты). МУ 08-47/121 (разработан в Томском политехническом университете и ООО ВНП Ф “ЮМХ”) Томск, 2002 г.