способ определения кобальта (ii)

Формула изобретения

Способ определения кобальта (II), включающий приготовление сорбента и раствора кобальта (II), извлечение кобальта (II) из раствора сорбентом и переведение его в комплексное соединение на поверхности сорбента, измерение интенсивности окраски поверхностного комплекса кобальта (II) и определение содержания кобальта (II), отличающийся тем, что в качестве сорбента используют кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и нитрозо-Р-солью, а интенсивность окраски оценивают по величине коэффициента диффузного отражения при 510 нм.

Описание изобретения к патенту

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

Для определения кобальта в объектах различного вещественного состава и агрегатного состояния широко используется сорбционно-фотометрический метод, основанный на определении элемента непосредственно в фазе сорбента, характеризующийся низкими пределами обнаружения и высокой селективностью за счет сорбционного концентрирования определяемого элемента и его отделения от мешающих компонентов раствора. Для реализации сорбционно-фотометрического определения кобальта необходимы образование окрашенного соединения кобальта с функциональными группами сорбента и зависимость интенсивности окраски сорбента от концентрации кобальта на его поверхности.

Известен способ сорбционно-фотометрического определения кобальта (Иванов В.М., Кузнецова О.В. Иммобилизованный 4-(2-тиазолилазо)резорцин как аналитический реагент. Тест-реакции на кобальт, палладий и уран (IV) // Журнал аналитической химии. 1995. Т. 50. № 5. С.498-504], основанный на выделении кобальта из растворов сорбентом - силикагелем, химически модифицированным 4-(2-тиазолилазо)резорцином (СГ-ТАР) и его определении непосредственно на поверхности сорбента фотометрическим методом.

Способ предусматривает проведение следующих операций:

- в градуированную пробирку емкостью 15 мл вводили раствор кобальта (II);

- добавляли 5 мл буферного раствора для создания рН 6,2 и воду до общего объема 15 мл;

- вносили 0,3 г сорбента СГ-ТАР и интенсивно перемешивали;

- сорбент отделяли от раствора декантацией, высушивали на воздухе и определяли содержание кобальта на поверхности сорбента фотометрическим методом.

Диапазон линейности градуировочного графика сохраняется в диапазоне 2-15 мкг кобальта в 15 мл или, соответственно, 2-15 мкг на 0,3 г сорбента.

К недостаткам способа можно отнести высокий предел обнаружения, узкий диапазон определяемых содержаний.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемым результатам является способ определения кобальта с использованием кремнезема, химически модифицированного трифенилфосфониевыми группами [Дьяченко Н.А., Трофимчук А.К., Сухан В.В. Сорбция кобальта в виде комплекса с нитрозо-Р-солью силикагелем с привитыми трифенилфосфониевыми группами и его последующее определение в фазе сорбента // Журнал аналитической химии. 2002. Т.57. № 11. С.1202-1205 (прототип)], предусматривающий проведение следующих операций:

- введение в раствор, содержащий кобальт, реагента - нитрозо-Р-соли;

- доведение рН раствора до 7-8,5 при помощи КОН;

- добавление кремнезема, модифицированного трифенилфосфониевыми группами;

- сорбция в течение 15 мин;

- отделение, промывка и высушивание сорбента;

- измерение коэффициента диффузного отражения при 520 нм.

Данный способ позволят определять концентрации кобальта в диапазоне 0,5-10 мкг в 200 мл при использовании навески сорбента 0,3 г. Нижняя граница определяемых содержаний кобальта равна 2,5 мкг/л.

К недостаткам способа можно отнести узкий диапазон определяемых содержаний, многостадийность определения, узкий диапазон рН, недоступность предлагаемого сорбента - кремнезема, химически модифицированного трифенилфосфониевыми группами.

Техническим результатом является снижение предела обнаружения, расширение диапазона определяемых содержаний.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения кобальта (II), включающем приготовление сорбента, раствора кобальта (II), извлечение кобальта (II) из раствора сорбентом и переведение его в комплексное соединение на поверхности сорбента, измерение окраски поверхностного комплекса кобальта (II) и определение содержания кобальта (II), новым является то, что в качестве сорбента используется кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 1-нитрозо-2-нафтол-3,6-дисульфокислотой (нитрозо-Р-солью), а интенсивность окраски оценивают по величине коэффициента диффузного отражения при 510 нм.

Сущность способа заключается в том, что находящийся в растворе в диапазоне рН 5-9 кобальт (II) количественно (степень извлечения составляет 99%) извлекается кремнеземом последовательно модифицированным полигексаметиленгуанидином и нитрозо-Р-солью. 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 нитрозо-Р-соли позволяет прочно закрепить ее на поверхности модифицированного полигуанидином кремнезема за счет электростатического взаимодействия сульфогрупп реагента с протонированными аминогруппами полигексаметиленгуанидина, не участвующими в образовании водородных связей с поверхностными силанольными группами кремнезема.

Сорбция кобальта( II) в статическом режиме протекает быстро - время установления сорбционного равновесия не превышает 5 мин. В процессе комплексообразования кобальта (II) с нитрозо-Р-солью на поверхности сорбента образуется окрашенный в красно-коричневый цвет комплекс, имеющий в спектре поглощения максимум при 510 нм.

К 10 г кремнезема добавляют 100 мл 1%-ного раствора полигексаметиленгуанидина, перемешивают в течение 5 мин, кремнезем отделяют от раствора декантацией и промывают дистиллированной водой. Затем кремнезем, обработанный полигексаметиленгуанидином, обрабатывают 0,001%-ным раствором нитрозо-Р-соли в воде, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, промывают дистиллированной водой, сушат на воздухе.

В исследуемый раствор с рН 5-9, содержащий кобальт (II), вносят сорбент - кремнезем, модифицированный полигексаметиленгуанидином и нитрозо-Р-солью, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 510 нм. Содержание кобальта находят по градуировочному графику, построенному в условиях определения. Предел обнаружения равен 0,05 мкг кобальта на 0,1 г сорбента.

Данное количество кобальта является той минимальной концентрацией, которую возможно зарегистрировать на данной навеске сорбента на существующих приборах относительно сигнала фона, независимо от способа концентрирования кобальта (статический или динамический режим сорбции). Применение динамического режима сорбции позволяет сконцентрировать кобальт из больших объемов растворов. Так, при сорбции кобальта из 10 мл раствора относительный предел обнаружения кобальта составляет 5·10^-3 мкг/мл, а при сорбции из 1 л раствора - 5·10^-5 мкг/мл, или 5·10^-2 мкг/мл, что практически в 50 раз меньше предела обнаружения достигаемого по методике-прототипу. Таким образом, минимальное содержание кобальта, определяемого по предлагаемой методике, в произвольном объеме раствора должно быть не менее 0,05 мкг. Линейность градуировочного графика сохраняется до 5 мкг на 0,1 г сорбента.

Пример 1 (прототип). В раствор с рН 7-8,5, содержащий 5 мкг кобальта (II), приливают 1 мл 2,6·10^-2 М раствора нитрозо-Р-соли, раствором NaOH создают рН 7,0-8,5, вносят сорбент - кремнезем, химически модифицированный трифенилфосфониевыми группами, интенсивно перемешивают 15 мин. Сорбент отделяют от раствора декантацией, переносят во фторопластовую кювету, высушивают до воздушно-сухого состояния и измеряют коэффициент диффузного отражения при 520 нм. Содержание кобальта находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 4,8±0,3 мкг.

Пример 2 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 5-9, содержащего 0,1 мкг кобальта, вносят сорбент - кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и нитрозо-Р-солью, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 510 нм. Количество кобальта находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 0,098±0,005 мкг.

Пример 3 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 5-9, содержащего 5,0 мкг кобальта, вносят сорбент - кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и нитрозо-Р-солью, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 510 нм. Количество кобальта находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 4,97±0,05 мкг.

Пример 4 (предлагаемый способ). 500 мл водного раствора с рН 5-9, содержащего 0,5 мкг кобальта пропускают через хроматографическую колонку, содержащую 0,1 г сорбента, со скоростью 5 мл/мин. Сорбент вынимают, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 510 нм.

Количество кобальта находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 0,49±0,02 мкг.

Способ характеризуется высокой чувствительностью, простотой выполнения и не требует использования дорогостоящего оборудования и вредных веществ и труднодоступных сорбентов - химически модифицированных силикагелей.

Простота синтеза сорбента позволяет проводить его получение практически в любой лаборатории, в том числе и в полевых условиях. Использование силикагеля, модифицированного полигексаметиленгуанидином и нитрозо-Р-солью, позволяет значительно снизить предел обнаружения кобальта непосредственно на поверхности сорбента, расширить диапазон определяемых концентраций в фазе сорбента по сравнению с прототипом.

Увеличение интенсивности окраски сорбента при увеличении концентрации кобальта на его поверхности позволяет использовать данный способ как тест-метод определения кобальта, пригодный для использования его в полевых условиях.