СПОСОБ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИТТРИЯ В ГОРНОЙ ПОРОДЕ Российский патент 1996 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к анализу минерального сырья на содержание микропримесей иттрия.

Иттрий проявляет люминесцентные свойства в комплексах с 8-оксихинолином [1] и другими реагентами. Однако, эти реакции не специфичны, аналогичными свойствами обладают и ионы других элементов, таких как лантан, лютеций, скандий, алюминий, галлий и т.д. Поэтому данные методы не применимы к анализу минерального сырья.

Наиболее близким к изобретению является способ флуориметрического определения следовых количеств иттрия с карбогидразоном салицилового альдегида [2] в модельных растворах силикатных горных пород. Способ включает разложение пробы путем сплавления с Na₂B₄О₇, растворение полученного сплава в 0,4 М НСl, отделение осадка SiO₂ фильтрованием. Затем отбирают аликвотную часть раствора (1,9-15 мкг Y), создают рН 3-4, прибавляют к смеси 4 мл Nа-ацетатного буферного раствора с рН 5,4, 2 мл спирта и 3 мл свежеприготовленного 1·10^-3 М cпиртового раствора реагента, разбавляют водой до 25 мл, выдерживают некоторое время при комнатной температуре и измеряют интенсивность люминесценции раствора при длине волны 442 нм (λ_возб. 360 нм). Содержание иттрия определяют по калибровочному графику. Определению иттрия сильно мешают ионы Sc³⁺, этилендиаминтетраацетат и тартрат-ионы. Предел обнаружения иттрия составляет 0,075 мкг/мл.

Общими признаками прототипа и изобретения являются приготовление анализируемой пробы, взаимодействие пробы с органическим реагентом, регистрация интенсивности люминесценции образующегося комплексного соединения.

Недостатками данного способа являются низкая чувствительность определения 0,075 мкг/мл, влияние ионов Sc³⁺ на интенсивность люминесценции ионов иттрия, что не позволяет проводить определение иттрия в горных породах, содержащих скандий. Кроме того, способ предусматривает построение градуировочного графика, что делает его более трудоемким и требует определенных затрат времени, а также использование свежеприготовленного раствора карбогидразона салицилового альдегида, что также связано с дополнительной затратой времени.

Использование изобретения позволяет получить следующий технический результат: снизить предел обнаружения до 0,01 мкг/мл, обеспечить возможность определения иттрия в горных породах, содержащих скандий, ускорить и упростить процесс определения.

Способ люминесцентного определения иттрия в горной породе включает приготовление анализируемой пробы, взаимодействие ее с производным 8-оксихинолина, в качестве которого используют 1·10^-3 молярный раствор хинозола в количестве 0,38-0,42 мл, причем сорбцию комплексного соединения иттрия с хинозолом осуществляют на пенополиуретане, который берут в количестве 10-20 мг, при этом сорбцию проводят при рН 8,8-9,2, с последующей регистрацией интенсивности люминесценции иттрия на пенополиуретане, а количество иттрия рассчитывают по методу добавок.

Новым в изобретении является то, что в качестве органического реагента использовано производное 8-оксихинолина хинозол, образовавшееся комплексное соединение иттрия с хинозолом сорбируется на пенополиуретане и регистрацию интенсивности люминесценции иттрия осуществляют на указанном сорбенте.

На фиг.1 приведена зависимость интенсивности люминесценции иттрия от количества хинозола; на фиг.2 зависимость интенсивности люминесценции иттрия (I_люм) от рН раствора; на фиг.3 зависимость I_люм от количества сорбента; на фиг.4 зависимость I_люм от времени сорбции.

Использование сорбции комплекса иттрия с хинозолом на ППУ и регистрация интенсивности непосредственно на сорбенте позволяют проводить определение иттрия с более низким пределом обнаружения, так как закрепление комплекса на твердой матрице делает структуру более жесткой и способствует уменьшению безызлучательных потерь энергии.

Определение иттрия в присутствии скандия в предлагаемом способе стало возможно благодаря использованию сорбции на ППУ. Такие элементы, как лантан и скандий, сорбируются из водных растворов хинозола при более низких значениях рН (7,5 и 6,5 соответственно), и интенсивность их на сорбенте невилика. При значениях рН 8,8-9,2, при которых проводится сорбция иттрия, скандий и лантан практически не извлекаются сорбентом. Однако в присутствии 10-кратных количеств Sc I_люм иттрия значительно снижается (табл.1). Очевидно, при таких высоких значениях рН происходит гидролиз скандия в растворе, что способствует соосаждению иттрия и уменьшению степени его сорбции.

Использование сорбции комплекса иттрия на пенополиуретане позволяет значительно повысить селективность определения и проводить определение иттрия в присутствии лантана и скандия, чего не позволяют методы с применением 8-оксихинолина.

Ускорение и упрощение способа достигается тем, что в отличие от известных методов, использующих длительную (2 дн) и трудоемкую операцию выделения суммы редкоземельных элементов и иттрия в виде оксалатов или гидроксидов (осадки оставляют на ночь для созревания), используют быстрый метод отделения мешающих примесей путем экстракции (экстракция проводится в течение 10 мин).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно снизить предел обнаружения иттрия до 0,01 мкг/мл и проводить определение иттрия в горных породах, содержащих скандий. Согласно литературным данным этот элемент является одним из компонентов горных пород, содержащих иттрий. Установлено, что I_люм иттрия на сорбенте зависит от содержания реагента в растворе, кислотности среды, количества сорбента. Как видно из фиг.1, для получения оптимальной I_люм иттрия на сорбенте необходимо ввести в раствор 0,38-0,42 мл 1·10^-3 М раствора хинозола, рН раствора должно составлять 8,8-9,2 (фиг.2), для сорбции достаточно 10-20 кг сорбента (фиг.3), время сорбции 10 мин (фиг. 4). Необходимое значение рН 9 создавали в растворе с помощью аммоний-аммиачного буферного раствора.

Способ осуществляется следующим образом.

Анализируемый минерал переводят в раствор, проводят экстракцию хлороформом хромофорных примесей в присутствии диантипирилметана и роданид-иона. В три стаканчика помещают раствор анализируемой пробы, в два из них добавляют разные количества стандартного раствора хлорида иттрия, реагенты в таких количествах, чтобы их концентрация составляла: хинозол 4·10^-5 М, 10 мг сорбента, рН раствора 8,8-9,2, сорбцию проводят в течение 10 мин.

Спектры люминесценции регистрируют с помощью спектрометра ИСП-51 c фотоэлектрической приставкой ФЭП-1 при λ=510 нм. Люминесценцию возбуждают ртутно-кварцевой лампой СВД-120А со светофильтром УФС-2. По интенсивности полосы люминесценции для раствора пробы и пробы с добавками рассчитывают содержание иттрия по формуле
X где h_х и h_х+g интенсивность люминесценции пробы и пробы с добавкой;
С концентрация добавки.

Определение иттрия проводили в стандартном образце горной породы габбро-эссекситового состава (CГД-2; ГСО-521-88П). Аттестационная характеристика образца приведена в табл.2.

П р и м е р. Анализируемый минерал (100 мг) разлагают путем выпаривания досуха на песчаной бане со смесью плавиковой и серной кислот (1:1) в платиновой чашке. Остаток после выпаривания растворяют в 10 мл ледяной воды и 5 мл концентрированной соляной кислоты, добавляют 2 капли концентрированного пероксида водорода и выпаривают до мокрых солей, затем разбавляют водой и несколько раз выпаривают до мокрых солей с целью удаления остатков соляной кислоты, затем переносят в колбу емкостью 100 мл и разбавляют дистиллированной водой до метки. Получают раствор с концентрацией 1 мг/мл. Влияние мешающих элементов устраняют путем экстракции их хлороформным раствором диантипирилметана в присутствии роданида аммония. Для этого 20 мл раствора минерала с концентрацией 1 мг/мл помещают в делительную воронку, доводят рН в растворе до 0,5-1 раствором соляной кислоты (1:1), добавляют 1 мл 5 М раствора роданида аммония, 20 мл 0,1 М раствора диантипирилметана в хлороформе. Экстрагируют в течение 10 мин. После расслоения фаз экстракт отбрасывают, в водной фазе определяют содержание иттрия. В три стаканчика помещают по 4 мл анализируемого раствора, доводят рН аммиаком до 7, в два из них вводят разные количества стандартного раствора хлорида иттрия, по 0,4 мл 10^-3 М раствора хинозола, 0,5 мл 10^-3 М раствора тритона Х-100 и 0,5 мл аммоний-аммиачного буферного раствора с рН 9, разбавляют до 10 мл дистиллированной водой, вносят 10 мг сорбента, проводят сорбцию в течение 10 мин, сорбент отфильтровывают, высушивают, записывают I_люм иттрия на сорбенте при λ 510 нм. Содержание иттрия рассчитывают по методу добавок. Результаты определения иттрия в горной породе приведены в табл.3.

Правильность анализа проверена методом добавок (табл.3). Как видно из табл. 3, сходимость результатов хорошая. Предел обнаружения иттрия в горной породе определен по 3 σ -критерию и составляет 0,01 мкг/мл.

Изобретение осуществимо в условиях заводских лабораторий. Для этого не требуются сложные нестандартные оборудование и приборы. Достаточно квалификации инженера-химика либо лаборанта.

Использование: в аналитической химии, в анализах минерального сырья на содержание микропримесей иттрия. Сущность изобретения: способ включает приготовление пробы, введение в нее 1. 10^-3 молярного раствора хинозола в количестве 0,38 - 0,42 мл, сорбцию комплексного соединения иттрия с хинозолом на пенополиуретане, который берут в количестве 10 - 20 мг. Сорбцию ведут при pH 8,8 - 9,2, после чего регистрируют интенсивность люминесценции иттрия и рассчитывают его количество по методу добавок. 3 табл., 4 ил.

СПОСОБ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИТТРИЯ В ГОРНОЙ ПОРОДЕ, включающий приготовление анализируемой пробы, обработку пробы органическим реагентом, регистрацию интенсивности люминесценции пробы, по величине которой проводят определение иттрия, отличающийся тем, что пробу обрабатывают производным 8-оксихинолина, в качестве которого используют 1 • 10^- 3 раствор хинозола, полученное комплексное соединение иттрия с хинозолом сорбируют на пенополиуретане в присутствии поверхностно-активного вещества при pH 8,8 - 9,2 и регистрируют интенсивность люминесценции иттрия на сорбенте.