Фотометрический анализ питьевой воды на примере марганца и железа

Установлено, что тетраметилдиаминотрифенилметан дает более чувствительную реакцию, чем дифенилпроизводное. Извлечение марганца перед анализомСпособ включает извлечение марганца (II) из раствора, содержащего хлорид-ионы, комплексообразователем и экстрагентом с последующим анализом экстракта, причем в качестве экстрагента и комплексообразователя используют смесь лекгоплавкого вещества диантипирилгексилметана и салициловой кислоты, взятых в мольном соотношении 1:1, экстракцию осуществляют при кислотности среды по НСl 6 моль/л и температуре 70-80°С, а необходимую концентрацию хлорид-ионов создают дополнительно введением в раствор хлорида магния до его концентрации 0,005-1,25 моль/л с последующим анализом экстракта комплексонометрически. Достигается упрощение и повышение эффективности анализа. 1 з.п. формулы. 2 табл.Экстракция ионов металлов с использованием легкоплавких веществ без органического растворителя находит все более широкое применение в аналитической химии для концентрирования, разделения и определения элементов. Предлагается способ, когда легкоплавкое органическое вещество является одновременно реагентом и экстрагентом образующегося соединения с ионом металла.Известен способ выделения марганца дихлорэтановым раствором диантипирилгексилметана. Экстракцию марганца исследовали в условиях постоянной кислотности (2 н. HCl), растворитель - дихлорэтан. Определенную концентрацию хлорид-ионов поддерживали за счет введения NH4Cl, LiCl, CaCl2, AlCl3. Применение высаливателей позволило повысить степень извлечения марганца до 94%, если использовать LiCl. Растворы с хлоридом кальция обеспечивают степень извлечения марганца на 90%. Была разработана методика экстрационно-комплексонометрического определения марганца в присутствии ряда элементов. Для устранения влияния мешающих элементов извлекают хлороформным раствором диантипирилметана из 2 моль/л HCl (марганец при этом остается в водной фазе), затем вводят высаливатель и извлекают марганец.Недостатками способа - прототипа являются использование дихлорэтана, который является токсичным растворителем, неполное извлечение марганца.Задачей создания изобретения является разработка эффективного метода концентрирования и последующего количественного определения ионов марганца (II) в расслаивающихся системах, повышение степени извлечения, обеспечение безопасности процесса и упрощение анализа.Поставленная задача достигается тем, что согласно способу определения марганца в качестве экстрагента и комплексообразователя используют смесь легкоплавкого вещества диантипирилгексилметана и салициловой кислоты, взятых в соотношении 1:1, экстракцию проводят при кислотности среды по HCl 6 моль/л, создавая необходимую концентрацию хлорид-ионов введением высаливателя хлорида магния до его концентрации 0,005-1,25 моль/л, и полученный экстракт титруют. Процесс экстракции ведут при температуре 70-80°C.Смесь твердых веществ - диантипирилгексилметана и салициловой кислоты в определенных соотношениях (1:1) образует легкоплавкую смесь, которая застывает после проведения экстракции при нагревании. Эта смесь ограниченно растворима в воде, причиной расслаивания в тройной системе вода-диантипирилгексилметан-салициловая кислота является химическое взаимодействие между компонентами водного раствора.Небольшой объем микрофазы (0,9-2,1 мл) с высокой концентрацией диантипирилгексилметана значительно повышает коэффициент абсолютного концентрирования ионов марганца (II) и обеспечивает количественное извлечение из хлоридных растворов. Оптимальные количества диантипирилгексилметана и салициловой кислоты равны по 0,0025 моль. Соотношение реагентов 1:1 взято для получения объема микрофазы, достаточного для определения марганца. Если создать кислотность по HCl меньше 6,0, то количественного извлечения марганца в микрофазу не достигается, если - больше, то экстракция марганца падает из-за превращения реагента в двухкислотную соль, не извлекающую ацидокомплексы элементов. Введение высаливателя в количестве меньше 0,005 моль/л не дает количественного извлечения марганца, а больше 1,25 моль/л - возникает перенасыщение раствора и неоправданный расход реагента.Указанные выше отличительные признаки в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение (способ) соответствует критерию патентоспособности «новизна».Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными, обеспечивает решение поставленной задачи, является неочевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - достигается упрощение процесса, полнота извлечения и безопасность анализа.Изобретение поясняется описанием конкретного, но неограничивающего его примера реализации.ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОДЫСуществует множество приборов, предназначенных для проведения спектрофотометрического анализа растворов химических соединений. Стоит остановиться на одном из вариантов, имеющемся в распоряжении: фотометр Nоva 60 с набором необходимых аксессуаров.При выполнении измерений содержания в пробах воды массовой концентрации железа и марганца применяют следующие средства измерения, реактивы, материалы, а также вспомогательные устройства.Средства измерения и стандартные образцы:1. Фотометр Nоva 602. Стандартные образцы состава раствора ионов железа ГСО 7476-98 или основные растворы SpectrоquantCоmbiCheck 303. Градуированные пипетки 1, 2, 5, 10, 15 см3 по ГОСТ 202924. Колбы и цилиндры мерные по ГОСТ 1770Вспомогательные устройства:Фотометрические кюветы (прямоугольные) с толщиной поглощающго слоя 10,20 и 50 мм. Устройство для микроволнового мокрого озоления MW 520 .Фотометрическое определение железа (III) Измерение общего массового содержания железа в пробах воды в даннлм случае основано на восстановлении ионов железа(lll) аскорбиновой кислотой до ионов железа(ll), которые взаимодействуют с [3-(2-пиридил)-5-6-6ис(4фенилсульфокислота)-1-2-4-триазин динатриевая соль] (далее в тексте — триазин) в присутствии тиогликолятного буфера с образованием красно-фиолетового комплекса с максимумом поглощения при Х=565 нм. Оптическая плотность образующегося раствора пропорциональна суммарной концентрации ионов железа в анализируемой пробе.Мешающее влияние взвешенных и коллоидных частиц устраняют фильтрованием раствора. Если нужно определить содержание железа, существующего в растворенной, коллоидной и взвешенной формах одновременно, пробу перед определением подвергают минерализации, то есть, процедуре мокрого озоленияПрепятствующее анализу влияние других присутствующих в растворе веществ, например, сильных окислителей, цианидов, нитритов, полифосфатов органических веществ, а также ионов металлов, которые образуют окрашенные комплексные соединения, подобно железу, устраняют ещё в процессе подготовки проб. Измерение в реакционных кюветахЕсли анализ выполняется в кювете прямоугольной формы, то 5 см подготовленной к измерению пробы исследуемого раствора пипеткой переносят в реакционную кювету из набора для определения железа Irоn Cell Test 1.14549, добавляют одну порцию реактива Fe-lK, перемешивают до полного растворения реактива, а затем выдерживают 3 минуты для завершения реакции. Оптическую плотность раствора в реакционной кювете измеряют в рамках соответствующего метода. Измерение в анализируемой воде массовой концетраиии железа всегда выполняют в двух параллельных пробах.Массовую концентрацию ионов железа в каждом анализируемом растворе считывают с экрана прибора. Если раствор разбавлялся перед измерением оптической плотности, то результат измерения необходимо умножить на степень разбавления, рассчитываемой по формуле:Подготовленный к измерению раствор переносят в прямоугольную фотометрическую кювету и измеряют его оптическую плотность в рамках сохраненного в памяти прибора метода. Для контроля чистоты используемых реагентов перед измерением реальных проб, измеряют холостую пробу (дистиллированная вода с добавлением всех используемых реактивов). Измеренное значение массовой концентрации железа в холостой пробе автоматически вычитается. Следует помнить, что содержание железа в холостой пробе сохраняется в памяти прибора только до его выключенияПри ожидаемой массовой концентрации железа в диапазоне от 0,005 до 1,00 мг/дм измерения проводят в кювете толщиной 50 мм, концентрации от 0,03 до 2,5 мг/дм - в кювете толщиной 20 мм, и при массовой концентрации от 0,05 до 5,00 мг/дм - в кювете толщиной Ю мм.При использовании прямоугольных фотометрических кювет, толщиной 10 мм и 20 мм 5 см исследуемого раствора переносят в чистую сухую пробирку, добавляют 3 капли раствора триазина (реагента Fe-1 кз набора Irоn Test 1.14761), перемешивают и выдерживают в течение 3 минут для завершения реакции. При использовании прямоугольных фотометрических кювет, толщиной 50 мм 10 см исследуемого раствора переносят в чистую сухую пробирку, добавляют 3 капли раствора триазина (реагента Fe-1 из набора Irоn Test 1.1476t), перемешивают и выдерживают в течение 3 минут для завершения реакции.Градуировочная зависимость устанавливаегся заводом-изготовителем и вносится в память прибора в рамках используемого метода. Контроль стабильности градуировочной зависимости проводится каждые 6 месяцев, если условия проведения измерений неизменны или если наблюдаются значительные изменения фона или отклика прибора.В качестве образцов для контроля стабильности градуировочной зависимости используют основной раствор CоmbiCheck 30 или раствор с массовой концентрацией железа 1,0 мг/дм , приготовленный из ГСО состава раствора железа и аттестованный по процедуре приготовления, погрешность, обусловленная процедурой приготовления, не превышает 1%.Анализ результатов контроля будет выполнен программным обеспечением автоматически и соответствующее сообщение будет выведено на дисплей. Расхождение между результатами измерений, полученными в двух лабораториях, не должно превышать предела воспроизводимости. При выполнении этого условия приемлемы оба результата измерений, и в качестве окончательного может быть использовано их общее среднее значение. Результат определения должен оканчиваться тем же десятичным разрядом, что и погрешность измерений.Фотометрическое определение марганцаИзмерение массовой концентрации марганца в пробах воды основано на взаимодействии марганца всех возможных степеней окисления с формальдоксимом в щелочной среде (рН 10-13) с образованием комплекса красно-коричневого цвета, окраска которого раэвивается в течение нескольких минут и сохраняется длительное время.Оптическая плотность образующегося комплекса пропорциональна массовой концентрации марганца в анализируемой пробе. Мешающее влияние присутствующих в растворе взвешенных и коллоидных веществ устраняют предварительным фильтрованием пробы. Мешающее влияние органических веществ устраняют мокрым озолением в процессе пробоподготовки.Подготовка к выполнению измерений включает в себя приготовление необходимых для анализа растворов и подбор подходящего оборудования Необходимые растворы и реактивы.1. Раствор серной кислоты ~ 0.5 моль/дм3В термостойкий стакан, содержащий 1 00 см деионизованной воды, медленно при перемешивании добавляют 2,5 см концентрированной серной кислоты. Полученный раствор устойчив при хранении.2. Раствор гидроксида натрия 1 моль/дм3В колбе или в стакане из термостойкого стекла растворяют 4 г гидроксида натрия в 100 см деионизованной воды. После охлаждения до комнатной температуры раствор необходимо перенести в герметично закрывающийся полиэтиленовый сосуд. Раствор при хранении устойчив.Градуировочная зависимость устанавливается заводом-изготовителем и вносится в память прибора в рамках используемого метода. Контроль стабильности градуировочной зависимости проводится каждые 6 месяцев, если условия проведения измерений неизменны или когда наблюдаются значительные изменения фона или отклика прибора.В качестве образцов для контроля стабильности градуировочной зависимости используют основной Spectrоquant CоmbiCheck 30 с массовой концентрацией марганца или растворы, приготовленные из ГСО состава раствора ионов марганца с той же массовой концентрацией, аттестованные по процедуре приготовления. Анализ результатов контроля будет выполнен программным обеспечением автоматически и соответствующее сообщение будет выведено на дисплей. Выполнение измеренийС помощью индикаторной бумаги Merckоquant Manganese Test оценивают концентрацию марганца в анализируемой пробе. Пробы с концентрацией марганца выше 10 мг/дмз разбавляют дистиллированной водой.РН пробы должен быть в пределах 2-7. Его регулируют добавлением гидроокиси натрия или серной кислоты.Необходимую степень разбавления (Ю оценивают по формуле:где Сип — массовая концентрация марганца в пробе, оцененная с помощью индикаторной бумаги, а Сол. оптимальная для измерения массовая концентрация марганца в растворе (мг/дм3). Оптимальной для измерения является концентрация вблизи середины диапазона измерения (— 5 мг/дм3). Минерализация пробДля переведения коллоидных, взвешенных и комплексных форм марганца в раствор и устранения мешающего влияния органических веществ пробу подвергают процедуре мокрого озоления. К 25 см анализируемой воды добавляют 5 смз концентрированной соляной кислоты, перемешивают и упаривают ввой чашке практически досуха. Остаток в чашке растворяют в 15,0 дистиллированной воды, и переносят в мерную колбу. С помощью индикаторной бумаги измеряют значение РН полученного раствора, доводят до значения РН З — 10 с помощью раствора гидроокиси натрия. Раствор в мерной колбе доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.С помощью пипетки 5 смз подготостенной к анализу пробы переносят в чистую сухую пробирку, добавляют 4 капли реагента Mn-lA из тестового набора Manganese Test 1.14770, перемешивают и проверяют РН с помощью индикаторной бумаги. Значение РН должно быть примерно 11,5. При необходимости добавляют раствор гидроксида натрия. К щелочному раствору добавляют 2 капли реагента Мn-2А, перемешивают раствор и остав.тяют на 2 минуты для завершения реакции. По истечении этого времени добавляют 2 капли реагента Мn-ЗА, перемешивают и снова выдерживают 2 минуты для завершения реакции. Окрашенный раствор переносят в фотометрическую кювету и измеряют его оптическую плотность в рамках сохраненного в памяти прибора метода.При ожидаемой массовой концентрации марганца в диапазоне от до 10 мг/дм измерение проводят в кювете с толщиной поглощающего слоя 10 мм, при массовой концентрации марганца от 0,25 до 5 мг/дмз используют кювету с толщиной поглощающего слоя 20 ммПри массовой концентрации марганца от 0,010 до 2,0 мг/дмз используют кювету с толщиной поглощающего слоя 50 мм. При этом к 10 см) подготовленной к анализу пробы добавляют 8 капель реагента Мп-1А из тестового набора Manganese Test 1.14770, перемешивают и проверяют РН с помощью индикаторной бумаги. Значение РН должно быть примерно 1 1 При необходимости добавляют раствор гидроксида натрия. К щелочному раствору добавляют 4 капли реагента Мп-2А, перемешивают раствор и оставляют на 2 минуты для завершения реакции. По истечении этого времени добавляют 4 капли реагента Мп-ЗА, перемешивают и снова выдерживают для завершения реакции 2 минуты. Окрашенный раствор переносят в фотометрическую кювету и измеряют его оптическую плотность в рамках сохраненного в памяти прибора метода.Для контроля чистоты используемых реагентов перед измерением реальных проб, измеряют аналогичным образом подготовленную к измерению холостую пробу (дистиллированная вода с добав-лением всех используемых реактивов). Измеренное значение концентрации марганца в холостой пробе автоматически вычитается из результатов измерения реальных проб. Следует помнить, что измеренное значение для холостой пробы сохраняется в памяти прибора только до его выключения.Измерение массовой концентрации марганца в анализируемой воде выполняют в двух параллельных пробах.Массовую концентрацию ионов марганца в каждом анализируемом растворе считывают с дисплея фотометра.За результат измерения массовой концентрации марганца в пробе приннмают среднее арифметическое значение двух результатов параллельных определений, расхождение между которыми не должно превышать предела повторяемости. При превышении предела повторяемости необходимо дополнительно получить еще два результата параллельных определений. Расхождение между результатами измерений, полученными в двух лабораториях, не должно превышать предела воспроизводимости. При выполнении этого условия приемлемы оба результата измерений, и в качестве окончательного может быть использовано их общее среднее значение. Образцами для контроля точности анализа являются растворы марганца, приготоштенные разбавлением из основного раствора SpectrоquantCоmbiCheck 30 или из стандартных образцов состава раствора ионов марганца, аттестованные по процедуре приготовления. Массовая концентрация марганца в образцах для контроля должна быть близкой к его массовым концентрациям в реальных пробах. Контроль процедуры выполнения измерений проводят путем сравнения результата отдельно взятой контрольной процедуры с нормативом контроляВЫВОДЫТаким образом, можно заключить, что все разновидности фотометрического анализа пригодны для качественного и количественного определения катионов, в том числе, марганца и железа, несмотря на то, что содержание их в образцах может быть довольно малым.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫЧакчир Б. А., Алексеева Г. М. Фотометрические методы анализа: Методические указания.— СПб.: Изд-во СПХФА, 2002.— 44 с. Бабко А. К., Пилипенко А. Г. Фотометрический анализ.— М.: Химия, 1968. Булатов М. И., Калинкин И. П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа.— Л.: Химия, 1986. Сыркин А.М., Максимова Н.Е., Сергеева Л.Г. Химия воды: Учебное пособие.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007.- 95 Определение нормируемых компонентов в природных и сточных водах.- М.: Наука, 1987.Способ определения Mn(II). Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/237/2374639.htmlАналитическая химия марганца. Лаврухина А. К., Юкина Л.В. М., «Наука», 1974, стр. 220 Способ определения Mn(II). Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/241/2415415.htmlМетодика выполнения измерений массовой концентрации общего железа в пробах природных,питьевых, сточных и технологических вод фотометрическим методом с применением фотометра spectrоquant nоva 60. МетодикаN 01.1:1.4.2:2.18-05Методика выполнения измерений массовой концентрации марганца в пробах природных,питьевых, сточных и технологических вод фотометрическим методом с применением фотометра spectrоquant nоva 60. Методикаn 01.1:1.4.2:2.15-05