СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА (III) И АЛЮМИНИЯ (III) В КИСЛЫХ РАСТВОРАХ Российский патент 1995 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к аналитической химии (непрерывный проточный анализ) и может быть использовано для производительного, автоматизированного определения железа и алюминия в различных объектах, массовость анализов на железо (III) и алюминий (III) определяется их распространенностью; повсеместно такие анализы проводятся, например, в геологической службе. При этом особое внимание уделяется производительности определений, а также простоте и доступности методов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигнутому результату является проточно-инжекционный способ определения железа (III) и алюминия (III), включающий только фотометрическое детектирование. Однако определение железа и алюминия проводится в этом случае раздельно, в два этапа с использованием двух независимых проточных систем. Определение железа осуществляется по детектированию собственной окраски его хлоридных комплексов, что определяет очень низкую чувствительность. Алюминий определяют по окраске его комплексов с ксиленоловым оранжевым (КО). Способ состоит в следующем в поток носителя (0,1 М НСl) инжектируют анализируемую пробу, содержащую кроме алюминия (III) ионы Na, К, Са, Мq, Fe, Mn, Pb, Zn и другие, к нему для восстановления железа (III) до железа (II) добавляют поток 0,1%-ной аскорбиновой кислоты (А, К). Железо (II) не образует окрашенных соединений с К, О в отличие от железа (III). После добавления к потоку потоков следующих компонентов: AK, K. О, динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) он проходит смесительные спирали, нагреваемые до 70-140^оС. Затем к нему добавляется поток фотометрического реагента КО в буфере (рН 3-6). При этом все ионы пробы образуют окрашенные комплексы с реагентом. Затем для устранения мешающего влияния Fe (III), Mn (II), Zn (II) и других ионов добавляют поток 0,02 М раствора ЭДТА, разрушающей окрашенные соединения всех ионов, кроме алюминия (III). Далее поток поступает в проточную кювету фотометра, где при 506 нм регистрируется сигнал алюминия (III). Производительность определения алюминия составляет 40 проб в 1 ч; воспроизводимость Sn 0,03-0,07.

Цель изобретения повышение чувствительности определения.

Предложенный способ позволяет провести определение алюминия (III) и железа (III) с использованием одной и той же проточной системы.

Предложенный способ состоит в том, что пробу вводят в поток 0,1-1 М азотной кислоты, добавляют в него поток КО, фотометрически детектируют содержание железа (III). После этого поток нагревают д 60-70^оС и фотометрически детектируют суммарное содержание алюминия (III) и железа (III) в этом потоке.

Отличие предложенного способа состоит в том, что содержание железа (III) в потоке детектируют после введения в него потока кислоты и КО, после чего поток нагревают до 60-70^oС и детектируют суммарное содержание железа (III) и алюминия (III) в этом потоке. При выборе кислоты руководствовались ее доступностью, степенью чистоты и комплексообразующими свойствами. Использование соляной и фосфорной кислот в предложенном методе невозможно вследствие образования с ионом железа (III) устойчивых комплексных соединений. Недостаточная чистота серной кислоты также исключает ее применение. В предложенном методе из доступных кислот следует использовать азотную, в интервале концентрации 0,1-1 М. При использовании растворов меньшей концентрации происходит взаимодействие ионов алюминия (III) c КО поэтому уже при первом детектировании регистрируется суммарное содержание железа (III) и алюминия (III). Растворы большей концентрации не могут быть применены из-за протонирования КО и быстрого выхода из строя коммуникаций проточной системы. Перед вторым детектированием необходимо проводить нагревание потока до 60-70^oС. При меньшей температуре не происходит образования окрашенных соединений алюминия (III) с КО. Нагревание до больших температур нецелесообразно из-за отсутствия усиления эффекта. В предложенном способе двойное последовательное фотометрирование проводят в одном двухлучевом проточном фотометре, в котором поток последовательно протекает через две проточные кюветы. В первой из них детектируют содержание железа (III), а во второй суммарное содержание железа (III) и алюминия (III).

Для осуществления способа использован скоростной проточный анализатор, состоящий из пробоотборника, перистальтического насоса, аналитического блока, двухлучевого проточного детектора и самописца.

На чертеже показан аналитический блок, реализующий предлагаемый способ.

Аналитический блок представляет из себя систему гибких трубок, смесительных спиралей и других приспособлений. После включения прибора зонд пробоотборника автоматически отбирает пробу из чашечки пробоотборника в течение времени, и на по трубке I через перистальтический насос 2 подается в аналитический блок и смешивается с потоком 1 М азотной кислоты 3, К 4 и сегментируется потоком воздуха 5 трубка проходит через смесительную спираль 6, и попадает в первую проточную кювету фотометра 7. При этом на диаграммной ленте регистрируется пик, высота которого соответствует содержанию железа (III). После этого, чтобы ускорить образование комплексов алюминия (III) с КО, поток проходит через водяную баню 60-70^oС 9, смесительную спираль 10 и после удаления пузырьков воздуха с помощью дебаблера 11, поток попадает во вторую кювету проточного фотометра 12, при этом регистрируется второй пик от этой же пробы, причем его высота пропорциональна суммарному содержанию алюминия и железа. Второй пик на диаграмной ленте выглядит как отрицательный.

Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами с использованием указанной схемы.

П р и м е р 1. Пробу, содержащую 7 ˙ 10^-6 М железа (III) и 1 ˙10^-5 М алюминия (III), помещают в чашечку пробоотборника, из которой в течение 30 с по гибкой трубке I. обеспечивающей скорость 0,287 мл/мин, попадают в проточную систему. Затем по той же трубке подают промывочный раствор (вода) в течение 130 с. После этого зонд автоматически переходит к отбору следующей пробы.

Одновременно по трем другим трубкам (со скоростями, указанными в скобках, мл/мин) подают 1 ˙ 10^-3 М раствор КО (0,482) 0,1 М раствор НNO₃ (0,387) и воздух (0,226). Объединенный, сегментированный воздухом поток смешивается с пробой в спирали 6 и попадает в первую кювету 7 фотометра. После выхода из кюветы поток проходит водяную баню (60^оС), еще одну спираль 9, и попадает во вторую кювету 10 фотометра.

Содержание железа (III) и алюминия (III) определяется по высотам положительного и отрицательного пиков по заранее построенным в идентичных условиях градуировочным графикам. Производительность составляет 14 пробоотборников 1 в ч.

Для повышения производительности способа предложено использовать переменное время промывки (остальное, как описано выше). Для этого между каждой из трех соседних проб используется время промывки, равное 60 с, а между тройками 130 с. Это приводит к повышению производительности определения двух компонентов до 32 пробовводов в 1 ч.

П р и м е р 2. Определение железа (III) и алюминия (III) осуществляют, как описано в примере 1, изменяя лишь концентрацию азотной кислоты до 1,0 М и температуру до 70^оС. Результаты аналогичны и приведены в табл. 1.

П р и м е р 3. Проведено определение железа (III) и алюминия (III) при концентрации азотной кислоты 0,5 М и температуре 65^оС (остальное как в примере 1). Результаты аналогичны и приведены в табл. 1.

Проведен определение железа (III) и алюминия (III) на фоне часто встречающихся в различных объектах катионов и анионов. Критерием мешающего влияния служил выход аналитического сигнала за пределы доверительного интервала.

Селективность разработанного способа достаточно высока, что определяет возможность его использования в анализе различных объектов, например, почвенных вытяжек, основных горных пород.

П р и м е р 4. С использованием предложенной системы был проведен анализ стандартного образца основной горной породы (Сu-1) после кислотного вскрытия и соответствующего разбавления и кислотных вытяжек образцов почв (CДПС-1 и СЧТ-1). Результаты приведены в табл. 2.

Таким образом, описанный способ позволяет проводить одновременное селективное определение железа (III) и алюминия (III) с использованием одной простой проточной системы, включающей одну систему ввода и один детектор, и применением доступных реагентов. Кроме того, предложенный способ расширяет возможности скоростного проточного анализатора PFa-300, предназначенного для однокомпонентных определений.

Использование: непрерывный проточный анализ и одновременное автоматизированное определение содержания железа 3⁺ и алюминия 3⁺ в кислых растворах, вытяжка из почв, растворенных горных пород. Сущность изобретения: пробу вводят в поток азотной кислоты, добавляют в него поток ксиленолового оранжевого и фотометрически детектируют содержание железа 3⁺. После этого поток нагревают до 60 70°С и фотометрически детектируют суммарное содержание алюминия 3⁺ и железа 3⁺. 1 ил. 2 табл.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА (III) И АЛЮМИНИЯ (III) В КИСЛЫХ РАСТВОРАХ, включающий введение пробы в поток кислоты, добавление потока ксиленолового оранжевого, нагревание и фотометрирование железа (III) и алюминия (III), отличающийся тем, что в качестве кислоты используют азотную кислоту с концентрацией 0,1-1 М, после добавления ксиленолового оранжевого детектируют железо (III), поток нагревают до 60-70^oС и детектируют суммарное содержание железа (III) и алюминия (III).