способ определения 4-аминобензойной кислоты в водных растворах

Формула изобретения

Способ определения 4-аминобензойной кислоты в водных растворах, включающий отбор 100 см³ пробы, жидкостную экстракцию и концентрирование кислоты в присутствии 23 мас.% Li₂ SO₄ по отношению к пробе в качестве высаливателя с последующим анализом экстракта методом титрования, расчет массы кислоты по формуле

m=0,01·С·V·М·R,

где С - концентрация титранта КОН в этиловом спирте, моль/дм ³;

V - объем титранта, затраченный на титрование, см³;

М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль;

R - степень извлечения кислоты при однократной экстракции, %; отличающийся тем, что пробу предварительно подкисляют Н₂SO₄ до рН ~2, в качестве экстрагента применяют смесь изобутилового спирта, ацетона и этилацетата в количестве соответственно 2-5, 5-10 и 2-5 см³, анализ экстракта осуществляют методом потенциометрического титрования со стеклянным индикаторным электродом при использовании в качестве титранта раствора КОН в этиловом спирте.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано для контроля качества технологических и очищенных сточных вод предприятий по производству синтетических красителей, фармацевтических препаратов.

Ближайшим аналогом может служить экстракционно-кондуктометрическое определение аминобензойных кислот в воде (Способ раздельного определения моноаминобензойных кислот в воде. Пат. №2212655 / Я.И.Коренман, С.И.Нифталиев, Н.А.Константинова). Экстракцию кислот осуществляют 5-20 см³ изопропилового спирта в присутствии до 25 мас.% Li₂SO₄ в качестве высаливателя. Концентрацию 4-аминобензойной кислоты находят путем обобщения результатов прямого алкалиметрического (титрант КОН в изопропиловом спирте) и осадительного (титрант CuCl₂ в изопропиловом спирте) титрования экстракта. Недостатки способа: низкая степень концентрирования, трудоемкость, погрешность определения превышает 6%.

Технической задачей изобретения является определение 4-аминобензойной кислоты в водных растворах при концентрациях на уровне 0,1 мг/дм³, упрощение анализа, повышение его избирательности и точности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения 4-аминобензойной кислоты в водных растворах, включающем отбор 100 см³ пробы, жидкостную экстракцию и концентрирование кислоты в присутствии в качестве высаливателя 23 мас.% Li ₂SO₄ по отношению к пробе с последующим анализом экстракта методом титрования, расчет массы кислоты по формуле

m=0,01·C·V·M·R,

где С - концентрация титранта КОН в этиловом спирте, моль/дм³;

V - объем титранта, затраченный на титрование, см³;

М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль;

R - степень извлечения кислоты при однократной экстракции, %, отличающийся тем, что пробу предварительно подкисляют H₂SО ₄ до рН ~2, в качестве экстрагента применяют смесь изобутилового спирта, ацетона и этилацетата в количестве, соответственно, 2-5, 5-10 и 2-5 см³, анализ экстракта осуществляют методом потенциометрического титрования со стеклянным индикаторным электродом при использовании в качестве титранта раствора КОН в этиловом спирте.

Технический результат состоит в оптимизации условий экстракции (соотношение объемов органических растворителей) и потенциометрического титрования экстракта (выбор индикаторного электрода и титранта). Предлагаемый способ основан на экстракции 4-аминобензойной кислоты смесью гидрофильных растворителей (изобутиловый спирт-ацетон-этилацетат), что повышает степень однократного извлечения кислоты при 10-кратном концентрировании. Значительно упрощает анализ потенциометрическое титрование непосредственно экстракта раствором КОН в этиловом спирте.

Способ заключается в следующем. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂SO ₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью изобутилового спирта (2-5 см³), ацетона (5-10 см³) и этилацетата (2-5 см³). После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - стеклянный; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм ³ раствор КОН в этиловом спирте.

Дифференциальная кривая потенциометрического титрования имеет один четко выраженный пик (чертеж). В формуле для расчета массы кислоты (m, мг) коэффициент 0,01 получен следующим образом:

Степень извлечения кислоты при однократной экстракции рассчитывают по формуле

R=100D/(D+V_в/V_o ), %

где D - коэффициент распределения, выражает соотношение общих концентраций бензойной кислоты в обеих фазах (не зависит от соотношения объемов водной и органической фаз, но зависит от состава экстрагента); V_в и V_o - объем водной и органической фаз, см³; V_o =V_o1+V_o2+V_o2, где V_o1 , V_o2, V_o2 - объем изобутилового спирта, этилацетата и ацетона соответственно, см³.

Погрешность определения находят по формуле

где m₁ - истинная масса кислоты в растворе, мг; для всех примеров m₁=0,1 мг.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Пример 1. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 мас.% Li₂SO₄), подкисляют H₂ SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см ³ ацетона и 5 см³ этилацетата. После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин, органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - стеклянный; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм³ раствор КОН в этиловом спирте.

Массу кислоты в анализируемой водной пробе вычисляют с учетом того, что С=0,001 моль/дм³; V=0,73 см³ ; М=131 г/моль; D=313

R=100·313/(313+100/(5+5))=96,9%;

m=0,01·0,001·0,73·131·96,9=0,0929 мг.

Погрешность определения составит

=100(|0,1-0,0929|)/0,1=7,1%.

Продолжительность анализа 30 мин. Характеристики способа приведены в табл. 1.

Пример 2. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄ ), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона и 5 см³ изобутилового спирта. Далее анализируют, как указано в примере 1.

Массу кислоты в анализируемой водной пробе вычисляют с учетом того, что С=0,001 моль/дм³; V=0,73 см³; М=131 г/моль; D=407.

R=100·407/(407+100/(5+5))=97,6%.

m=0,01·0,001·0,73·131·97,6=0,0936 мг.

Погрешность определения составит

=100(|0,1-0,0936|)/0,1=6,4%.

Продолжительность анализа 30 мин. Характеристики способа приведены в табл.1.

Пример 3. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄ ), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ этилацетата и 5 см³ изобутилового спирта. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=151.

Пример 4. К 100 см ³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO ₄), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 2 см³ ацетона, 2 см³ изобутилового спирта и 5 см³ этилацетата. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=472.

Пример 5. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм ³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂ SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см ³ ацетона, 5 см³ изобутилового спирта и 5 см ³ этилацетата. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=599.

Пример 6. К 100 см ³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO ₄), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 10 см³ ацетона, 5 см³ изобутилового спирта и 5 см³ этилацетата. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=551.

Пример 7. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм ³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂ SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см ³ ацетона, 3 см³ изобутилового спирта и 3 см ³ этилацетата. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=690.

Пример 8. К 100 см ³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO ₄), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона, 3 см изобутилового спирта и 3 см³ этилацетата. После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - платиновый; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм³ раствор КОН в этиловом спирте. Далее расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=690.

Продолжительность анализа 30 мин. Характеристики способа приведены в таблице.

Пример 9. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄ ), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона, 3 см³ изобутилового спирта и 3 см³ этилацетата. После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - оксидно-платиновый; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм³ раствор КОН в этиловом спирте.

Способ неосуществим, невозможно зафиксировать точку эквивалентности, на кривой потенциометрического титрования отсутствует скачек.

Пример 10. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂ SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см ³ ацетона, 3 см³ изобутилового спирта и 3 см ³ этилацетата. После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - стеклянный; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм³ раствор гидроксида тетраметиламмония ((CH₃)₄NOH) в этиловом спирте. Далее расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=690.

Продолжительность анализа 30 мин. Характеристики способа приведены в табл.1.

Как видно из таблицы двухкомпонентная смесь экстрагентов не обеспечивает степень однократного извлечения (R,%) 4-аминобензойной кислоты более 98%, погрешность определения 6,5-10,5% (примеры 1-3). Трехкомпонентная смесь экстрагентов зарекомендовала себя положительно (примеры 4-7). Причем смеси с большим содержанием этилацетата менее эффективно извлекают кислоту (R=97,7%), погрешность определения превышает 6%. Оптимальный результат получен при применении смеси с максимальным содержанием ацетона (примеры 6 и 7). В целях экономного расхода экстрагентов и повышения степени концентрирования рекомендуется экстрагент следующего состава: 3 см³ изобутилового спирта, 3 см³ этилацетата и 5 см ³ ацетона (пример 7).

При потенциометрическом титровании с платиновым индикаторным электродом получены заниженные результаты (пример 8), при использовании оксидно-платинового электрода зафиксировать точку эквивалентности не удается (пример 9). Применение в качестве титранта раствора (СН₃)₄NОН не дало положительных результатов, скачок на кривой титрования выражен нечетко, погрешность определения более 12% (пример 10).

Таким образом, для надежного экстракционно-потенциометрического определения 4-аминобензойной кислоты в водных растворах необходима система со стеклянным индикаторным электродом; титрант - раствор КОН в этиловом спирте.