индикаторный состав для совместного определения меди (ii) и марганца (ii) в водных растворах

Формула изобретения

Индикаторный состав для совместного определения меди (II) и марганца (II) в водных растворах, содержащий сорбент, реагент, вещество для создания рН среды и воду, отличающийся тем, что состав используют для проведения анализа в 2 стадии, он содержит в качестве сорбента анионит АН-31 в сульфатной форме, в качестве реагента - 4-(2-пиридилазо)-резорцин (ПАР), а в качестве вещества для создания рН среды на первой стадии используют серную кислоту, а на второй стадии - серную кислоту с первой стадии, нейтрализованную избытком водного раствора аммиака до рН=9, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Анионит АН-31 0,6

ПАР 0,05

Серная кислота 0,098-0,1

Водный раствор аммиака 0,0035-0,004

Вода Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитической химии (индикаторным составам) и может быть использовано для определения меди (II) и марганца (II) при совместном присутствии в водных растворах, в частности в сточных водах и производственных растворах.

В аналитической практике для определения марганца (II) используются фотометрические методы, основанные либо на переведении Mn(II) в перманганат-ионы, либо с предварительной экстракцией ионов Мn²⁺ [Марченко 3. Фотометрическое определение элементов. - М.: Мир, 1971, 502 с.]. К недостаткам методов можно отнести малую чувствительность, трудоемкость, а также использование токсичных органических растворителей, работа с которыми требует соблюдения особых правил по технике безопасности. Ионы меди (II) также определяют экстракционно-фотометрическими методами, имеющими вышеуказанные недостатки [Умланд Ф., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексные соединения в аналитической химии. - М.: Мир, 1975, 532 с.].

Отсутствуют сведения об индикаторных составах для совместного определения меди (II) и марганца (II). Наиболее близким техническим решением является определение с помощью твердофазной спектрофотометрии 64-6400 мкг/мл Cu(II) с органическим реагентом пиридилазонафтолом (ПАН) на сорбенте - катионите КУ-2 [Брыкина Г.Д., Марченко Д.Ю., Шпигун О.А.//Журн. аналит. химии, 1995, т.50, №5. С.484-491]. Недостатком данной методики является сравнительно высокая минимальная концентрация (32 мкг/мл) определяемого компонента. Кроме того, при помощи этой методики удается определять только ионы меди (II); сорбционно-спектроскопическая методика для определения ионов марганца (II) отсутствует.

Известен индикаторный состав для определения 30-100 мкг марганца (II) с бензгидроксамовой кислотой, используя предварительную сорбцию Mn(II) на анионите Дауэкс IX8. Недостатком технического решения является десорбция поглощенного анионитом марганца (II) порциями соляной кислоты, а затем упаривание полученного раствора почти досуха, что увеличивает продолжительность анализа до нескольких часов [Умланд Ф., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексные соединения в аналитической химии. - М.: Мир, 1975, 532 с.]. Кроме того, при помощи данной методики удается определять только ионы марганца (II).

Техническим результатом изобретения является разработка индикаторного состава для сорбционно-спектроскопического определения ионов меди (II) и марганца (II) при совместном присутствии, улучшающая селективность определения и повышающая экспрессность анализов.

Технический результат достигается тем, что в индикаторном составе для совместного определения меди (II) и марганца (II) в водных растворах, содержащем сорбент, реагент, вещество для создания рН среды и воду, новым является то, что состав используют для проведения анализа в 2 стадии, он содержит в качестве сорбента - анионит АН-31 в сульфатной форме, представляющий собой конденсационный слабоосновной анионит на основе полиэтиленполиамина, аммиака и эпихлоргидрина с функциональными первичными, вторичными и третичными аминогруппами, в качестве реагента - 4-(2-пиридилазо)-резорцин (ПАР), а в качестве вещества для создания рН среды на первой стадии используют серную кислоту, а на второй стадии - серную кислоту с первой стадии, нейтрализованную избытком водного раствора аммиака до рН=9, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Анионит АН-31 0,6

ПАР 0,05

Серная кислота 0,098-0,1

Водный раствор аммиака 0,0035-0,004

Вода Остальное

В настоящее время не имеется сведений об индикаторных составах с использованием ПАР для совместного определения меди (II) и марганца (II).

Для определения меди (II) и марганца (II) при совместном присутствии 0,2 г предварительно набухшего анионита АН-31 в сульфатной форме [Салдадзе К.М., Копылова-Валова В.Д. Комплексообразующие иониты (комплекситы). - М.: Химия, 1980, 336 с.] помещают в градуированную пробирку с притертой пробкой емкостью 50 мл и добавляют 10 мл 0,05% раствора ПАР, после чего пробирку встряхивают в течение 10 мин. Затем ионит отфильтровывают и добавляют исследуемый раствор объемом 25,0 мл, предварительно подкисленный 0,01 М раствором серной кислоты до рН=2, и пробирку снова встряхивают в течение 15 мин. Ионит отфильтровывают и измеряют коэффициент диффузного отражения влажного образца при длине волны 580 нм на колориметре “Пульсар” по отношению к образцу сравнения, представляющему собой описанный выше индикаторный состав без меди (II) и марганца (II). Затем ионит помещают снова в фильтрат, нейтрализуют серную кислоту избытком 0,001 М водного раствора аммиака до рН=9 и пробирку снова встряхивают в течение 15 мин, после чего ионит вновь отфильтровывают и измеряют коэффициент диффузного отражения влажного образца при длине волны 580 нм на колориметре “Пульсар” по отношению к образцу сравнения, представляющему собой описанный выше индикаторный состав без меди (II) и марганца (II).

Содержание меди (II) и марганца (II) в анализируемом растворе определяют по градуировочным графикам. Для их построения в градуированные пробирки с притертыми пробками вводят по 0,2 г анионита АН-31 и 10 мл 0,05% раствора ПАР, после чего пробирки встряхивают в течение 10 мин. Затем навески ионита отфильтровывают и вводят по 25,0 мл стандартных растворов меди (II) и марганца (II) с концентрацией их от 0,05 до 3,0 мг/л, предварительно подкисленных 0,01 М раствором серной кислоты до рН=2, после чего пробирки снова встряхивают в течение 15 мин, а затем навески анионита отфильтровывают и измеряют коэффициент диффузного отражения, как описано выше. После измерения навески ионита снова помещают в фильтрат, нейтрализуют серную кислоту избытком 0,001 М водного раствора аммиака до рН=9 и пробирки вновь встряхивают в течение 15 мин, а затем ионит отфильтровывают и измеряют коэффициент диффузного отражения, который пересчитывают в функцию Гуревича-Кубелки-Мунка по уравнению:

F(R)=[(1-R) ²/2R]-[(1-R₀)²/2R₀ ],

где R и R₀ - коэффициенты диффузного отражения прореагировавшего образца и образца сравнения соответственно. Строят зависимость в координатах F(R)-С _Cu(II), мг/л или F(R)-С _Mn(II), мг/л, где C_cu(ii) и С_Mn(II) - соответственно концентрация меди (II) и марганца (II) в растворе.

Введение в индикаторный состав анионита АН-31 и органического реагента ПАР позволяет повысить чувствительность определения и экспрессность анализа (табл.1). Поскольку ПАР образует прочные комплексы с ионами меди (II) и марганца (II) [Иванов В.М. Гетероциклические азотсодержащие азосоединения. - М.: Наука, 1982, 50 с.], состав которых зависит от рН среды, оптическая плотность этих комплексов стабильна в течение длительного времени, а подчинение систем основному закону светопоглощения имеет место в широком интервале концентраций определяемого иона.

Определению Cu(II) и Mn(II) сорбционно-спектроскопическим методом не мешает присутствие 500-кратных количеств ионов никеля (II), кобальта (II), железа (II, III), хрома (III), цинка, а также оксалат- и фосфат-ионов (табл.2, 3).

Таким образом, индикаторный состав для совместного определения ионов меди (II) и марганца (II) позволяет осуществлять аналитический контроль за степенью чистоты растворов марганца (II), которая предполагает отсутствие ионов цветных металлов, в частности меди (II), ввиду использования диоксида марганца при производстве химических источников тока.

Таблица 1
Сравнительная характеристика разработанного индикаторного состава для совместного определения меди (II) и марганца (II) и известных составов (для определения Cu(II) - сорбционно-спектроскопическая методика с КУ-2 и ПАН, для определения Mn(II) - фотометрическая методика с бензгидроксамовой кислотой)
Параметр	Состав с АН-31	Известные составы для определения
		Меди (II)	Марганца (II)
Диапазон определяемых концентраций, мкг/мл	0,05-50	64-6400	30-100
Предел обнаружения, мкг/мл	0,01	32	0,4
Объем раствора, мл	25,0	100
Продолжительность анализа	40 мин	10 мин	Несколько часов
Другие характеристики	Возможно совместное определение ионов Cu(II) и Mn(II). He требуется их десорбция, т.к. определение производится в фазе анионита АН-31 при создании определенного значения рН среды	Возможно определение только ионов Cu(II)	Предварительная сорбция Mn(II) на анионите Дауэкс IX8, затем десорбция, упаривание полученного раствора и определение только ионов Mn(II)

Таблица 2
Определение меди (II) и марганца (II) методом спектроскопии диффузного отражения в присутствии сопутствующих компонентов. Исходная концентрация Cu(II) - 1,5 мг/л; Mn(II) - 1,5 мг/л; n=5; P=0,95
Посторонний ион	Отношение постороннего иона к иону Сu (Мn) (по концентрации)	Относительная ошибка Qотн, %
Ni(II)	10:1	-7,0
	50:1	-1,7
	500:1	12,0
Co(II)	10:1	-5,1
	50:1	-1,2
	500:1	11,0
Cr(III)	10:1	-7,4
	50:1	-1,3
	500:1	12,0
Fe(II,III)	10:1	-7,9
	50:1	1,3
	500:1	8,7
Zn(II)	10:1	-6,0
	50:1	-1,1
	500:1	7,3
C2О4 2-	10:1	-4,0
	50:1	1,6
	500:1	18,6
PО4 3-	10:1	-4,7
	50:1	-1,3
	500:1	8,7

Таблица 3
Среднестатистическое стандартное отклонение при совместном определении меди (II) и марганца (II) методом спектроскопии диффузного отражения в присутствии сопутствующих компонентов. Исходная концентрация Сu(II) - 1,5 мг/л; Mn(II) - 1,5 мг/л; n=5; P=0,95
Медь (II)					Марганец (II)
Ni(II)	Co(II)	Cr(III)	Mn(II)	Fe(II,III)	C2O 4 2-		PO 4 3-	Cu(II)	Ni(II)	Zn(II)	Fe(II,III)
рН=2
0,248	0,223	0,247	0,228	0,251		0,287	0,332	0,275	0,254	0,335	0,347
рН=9
0,299	0,255	0,293	0,267	0,295		0,223	0,277	0,228	0,269	0,275	0,262