способ определения меди (i)

Формула изобретения

Способ определения меди (I), включающий приготовление сорбента и раствора меди (I), извлечение меди (I) из раствора сорбентом и переведение ее в комплексное соединение на поверхности сорбента, измерение интенсивности окраски поверхностного комплекса меди (I) и определение содержания меди (I), отличающийся тем, что в качестве сорбента используют силикагель, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислотой, а интенсивность окраски оценивают по величине коэффициента диффузного отражения при 480 нм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области аналитической химии элементов, а именно к методам определения меди, и может быть использовано при ее определении в технологических растворах, природных и техногенных водах.

Для определения меди в объектах различного вещественного состава широко используется сорбционно-фотометрический метод, характеризующийся более низкими пределами обнаружения и высокой селективностью определения элементов за счет сочетания предварительного сорбционного концентрирования и последующего фотометрического определения элементов непосредственно в фазе сорбента. Для реализации сорбционно-фотометрического определения меди необходимо образование окрашенного соединения меди с функциональными группами сорбента и наличие зависимости интенсивности окраски сорбента от концентрации меди на ее поверхности.

Известен способ фотометрического определения меди (Л.Е.Зельцер, А.В.Быченко. Иммобилизованный алюминон как чувствительный слой оптического сенсора на медь // Журнал аналитической химии. 1993. Т.48. № 10. С.1659-1663]. Способ включает в себя выполнение следующих операций:

- приготовление раствора меди;

- иммобилизацию алюминона при рН 7 на силосорб-300;

- сорбцию меди в динамическом режиме при скорости 10 мл/мин;

- регистрацию спектров диффузного отражения.

При использовании 0,1 г сорбента и пропускания раствора со скоростью 10 мл/мин в течение 1 мин минимально достигаемый предел обнаружения составляет 0,015 мкг.

Известен способ определения меди, основанный на образовании окрашенного комплексного соединения меди с диэтилдитиокарбоминатом на полиакрилнитрильном волокне, наполненным сильнокислым катионитом [О.П.Швоева, Л.М.Трутнева, С.Б.Савин. Проточные сенсорные системы на железо, никель и медь// Журнал аналитической химии. 1994. Т.49. № 6. С.574-578].

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемым результатам является способ определения меди по реакции замещения свинца в диэтилдитиокарбаминате свинца на медь на поверхности сорбента Силохром С-80 (В.М.Иванов, Г.А.Кочелаева. Сорбционно-цветометрическое и тест-определение меди в водах // Вестник московского университета. Сер.2. Химия. 2001. Т.42. № 12. С.103-105, (прототип)), предусматривающий проведение следующих операций:

- в делительную воронку вносят 1%-ный раствор диэтилдитиокарбамината натрия, раствор Рb(NО ₃)₂, 50 мл хлороформа, встряхивают в течение 5 мин;

- органический слой отделяют и переносят на сорбент - кремнезем Силохром С-80 и тщательно перемешивают, операцию повторяют дважды;

- сорбент отделяют от органического слоя и оставляют под тягой на 1-2 суток, перемешивая время от времени;

- в анализируемый раствор, содержащий медь, с рН 2-2,5 вносят 0,3 г сорбента и перемешивают в течение 10 мин;

- отделяют сорбент от раствора фильтрованием через стеклянный фильтр и сушат на воздухе;

- измеряют коэффициент диффузного отражения при 440 нм или цветометрические характеристики.

Минимально достигаемый предел обнаружения при использовании 0,3 г сорбента составляет 0,1 мкг. Линейность градуировочного графика сохраняется до 50 мкг меди на 0,3 г сорбента.

К недостаткам способа можно отнести высокий предел обнаружения меди, длительность и многостадийность методики определения, использование вредного химического вещества - хлороформа.

Техническим результатом является снижение предела обнаружения, сокращение времени проведения определения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения меди(I), включающем приготовление сорбента, раствора меди(I), извлечение меди(I) из раствора сорбентом и переведение ее в комплексное соединение на поверхности сорбента, измерение интенсивности окраски поверхностного комплекса меди(I) и определение содержания меди(I), новым является то, что в качестве сорбента используют кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислотой, а интенсивность окраски оценивают по величине коэффициента диффузного отражения при 480 нм.

Сущность способа заключается в том, что находящаяся в растворе в диапазоне рН 5-8 медь(I) количественно (степень извлечения составляет более 99%) извлекается сорбентом - кремнеземом, последовательно модифицированным полигексаметиленгуанидином и 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислотой.

Обработка кремнезема водным раствором полигексаметиленгуанидина позволяет прочно закрепить его на поверхности кремнезема за счет образования водородных связей между аминогруппами полигексаметиленгуанидина и поверхностными гидроксильными группами. Последующая обработка водным раствором 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислоты позволяет прочно закрепить ее на поверхности модифицированного полигексаметиленгуанидином кремнезема за счет электростатического взаимодействия сульфогрупп реагента с протонированными аминогруппами полигексаметиленгуанидина, не участвующими в образовании водородных связей с поверхностными силанольными группами кремнезема.

В процессе сорбции на поверхности сорбента образуется окрашенный в оранжевый цвет комплекс меди(I) с 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислотой, имеющий максимум в спектре диффузного отражения, расположенный при 480 нм. Сорбция в статическом режиме протекает быстро - время установления сорбционного равновесия не превышает 5 мин.

К 10 г кремнезема добавляют 100 мл 1%-ного раствора полигексаметиленгуанидина, перемешивают в течение 5 мин, силикагель отделяют от раствора декантацией и промывают дистиллированной водой. Затем обработанный полигексаметиленгуанидином кремнезем обрабатывают 0,1%-ным водным раствором 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислоты, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, промывают дистиллированной водой, сушат на воздухе.

В исследуемый раствор, содержащий медь(II) с рН 5-8, добавляют 0,01 М раствора гидроксиламина для восстановления меди(II) до меди(I), вносят сорбент - кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислотой, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 480 нм. Содержание меди находят по градуировочному графику, построенному в условиях определения. Линейность градуировочного графика сохраняется до 14 мкг на 0,1 г сорбента. Предел обнаружения равен 0,003 мкг меди на 0,1 г сорбента. Данное количество меди является той минимальной концентрацией, которую возможно зарегистрировать на данной навеске сорбента на существующих приборах относительно сигнала фона независимо от способа концентрирования меди (статический или динамический режим). Применение динамического режима сорбции позволяет сконцентрировать медь на используемой массе сорбента из больших объемов растворов. Так, при сорбции меди из 10 мл раствора относительный предел обнаружения меди составляет 3·10 ^-4 мкг/мл, а при сорбции из 1 л раствора - 3·10 ^-6 мкг/мл (3·10^-6 мг/л). Таким образом, абсолютное содержание меди, определяемой по предлагаемой методике, в произвольном объеме раствора должно быть не менее 0,003 мкг.

Пример 1 (прототип). К 20 мл раствора, содержащего 1,0 мкг меди(II), приливают 0,01 М соляной кислоты, вводят сорбент 0,3 г и перемешивают 10 мин. Отделяют сорбент на воронке со стеклянным фильтром, измеряют рН фильтрата, высушенный сорбент переносят в кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 440 нм. Содержание меди находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 1,05±0,08 мкг.

Пример 2 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 5-8, содержащего 0,1 мкг меди(II), вводят 1 мл 0,01 М солянокислого гидроксиламина, вносят 0,1 г сорбента - кремнезема, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислотой, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 480 нм.

Количество меди находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 0,097±0,005 мкг.

Пример 3 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 5-8, содержащего 10,0 мкг меди(II), вводят 1 мл 0,01 М солянокислого гидроксиламина, вносят 0,1 г сорбента - кремнезема, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислотой, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 480 нм.

Количество меди находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 9,97±0,06 мкг.

Пример 4 (предлагаемый способ). К 500 мл водного раствора с рН 5-8, содержащего 0,05 мкг меди(II), добавляют 1 мл 0,01 М раствора гидроксиламина и пропускают раствор через хроматографическую колонку, содержащую 0,1 г сорбента, со скоростью 5 мл/мин. Сорбент вынимают, помещают в фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 530 нм.

Количество меди находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 0,048±0,003 мкг.

Способ характеризуется высокой чувствительностью, селективностью, простотой выполнения и не требует использования дорогостоящего оборудования и вредных веществ. Использование силикагеля, модифицированного полигексаметиленгуанидином и 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролиндисульфокислотой, позволяет в несколько раз сократить время синтеза сорбента и выполнения анализа, более чем в 300 раз снизить предел обнаружения меди по сравнению с прототипом.

Зависимость интенсивности окраски сорбента от концентрации меди на его поверхности позволяет использовать данный способ как тест-метод определения меди, в том числе и при использовании его в полевых условиях.