СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕНЗОЙНОЙ ИЛИ 2-ОКСИБЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТ В ПРОБЕ, СОДЕРЖАЩЕЙ ОДНУ ИЗ НИХ Российский патент 1997 года по МПК G01N21/78 

Изобретение оросится к области аналитической химии, а именно к способам определения бензойной и 2-оксибензойной кислот, и может быть использовано в практике заводских контрольно-аналитических лабораторий, центральных заводских лабораторий химических предприятий, химико-токсикологических лабораторий. Способ относится к числу массовых.

Известен способ определения органических кислот путем обработки водного раствора анализируемого вещества ацетоновых растворов сульфаниламида, раствором нитрита натрия, а затем ацетоновым раствором 1-нафтиламина с последующим нагреванием реакционной массы при 70^oC, охлаждением, прибавлением этанола и воды и фотометрированием образующегося окрашенного раствора [1]
Способ характеризуется малой селективностью.

Известен способ определения бензойной и 2-оксибензойной кислот, заключающийся в растворении анализируемой пробы в водном растворе пиридина, обработке водно-пиридиновым раствором сульфата меди (II) с последующим экстрагированием образующегося окрашенного продукта хлороформом и изменением оптической плотности экстракта [2]
Способ отличается низкой чувствительностью.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемым результатам является способ определения бензойной кислоты, который заключается в том, что анализируемую пробу обрабатывают раствором нитрата калия в концентрированной серной кислоте в течение 30 минут, реакционную смесь разбавляют водой, охлаждают, обрабатывают раствором гидроксида натрия, экстрагируют изо-амиловым спиртом, экстракт отделяют, промывают водой, экстрагируют раствором гидроксида натрия, водно-щелочное извлечение подкисляют хлороводородной и винной кислотами, обрабатывают раствором хлорида титана (III) при температуре около 100^oC в течение 15 минут, охлаждают до 5^oC с последующей обработкой нитритом натрия при 0^oC в течение 30 минут, прибавлением мочевины и раствора дигидрохлорида 2(1-нафтил)-этилендиамина в хлороводородной кислоте, выдерживанием реакционной смеси в течение получаса, разбавлением водой и раствором хлороводородной кислоты и измерением через 1 час оптической плотности образующегося окрашенного раствора [3]
Способ характеризуется длительностью выполнения (продолжительность одного определения составляет более 3 часов) и недостаточно высокой селективностью (подобным образом помимо бензойной и 2-оксибензойной кислот определяются бензол и многие его алкил-, галоген-, нитро- и оксипроизводные). Определению мешает присутствие окрашенных соединений неорганической природы.

Технической задачей изобретения являются сокращение продолжительности определения и повышение селективности.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа, который заключается в том, что анализируемую пробу обрабатывают 10%-ным раствором нитрата калия в концентрированной серной кислоте при нагревании, реакционную смесь охлаждают, разбавляют водой, нейтрализуют кислую реакцию среды раствором гидроксида натрия, доводят pH до 3, обрабатывают раствором гексаметил-пара-розанилин-хлорида с последующей экстракцией образующегося окрашенного продукта толуолом и фотометрированием окрашенного экстракта. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что обработку анализируемой пробы ведут 10% -ным раствором нитрата калия в концентрированной серной кислоте при нагревании, обработку цветореагентом проводят при pH 3, в качестве цетореагента используют гексаметил-пара-розанилин-хлорид, а перед фотометрированием окрашенный продукт экстрагируют толуолом, то есть заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающиеся заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

Способ осуществляется следующим образом: анализируемую пробу обрабатывают 10% -ным раствором нитрата калия в концентрированной серной кислоте при нагревании, нейтрализуют кислую реакцию среды раствором гидроксида натрия, доводят pH до 3, обрабатывают раствором гексаметил-пара-розанилин-хлорида, образующийся окрашенный продукт экстрагируют толуолом, а толуольный экстракт фотометрируют.

Пример 1. Определение бензойной кислоты
1. Качественное определение
Около 2 мл бензойной кислоты вносят в химический стаканчик, прибавляют 0,5 мл 10%-ным раствора нитрата калия, в концентрированной серной кислоте и нагревают реакционную смесь на песчаной бане при 140-160^oC в течение 3 минут. После охлаждения реакционного раствора к нему прибавляют 1 мл воды, 10% -ный раствор гидроксида натрия до pH 3,1 мл 0,1%-ного раствора гексаметил-пара-розанилин-хлорида, и переносят содержимое стаканчика в длительную воронку. Туда же вносят 5 мл толуола, и взбалтывают содержимое воронки 3 минуты. Толуольный слой окрашивается в фиолетовый цвет. Чувствительность реакции 0,4 мкг/мл.

2. Количественное определение
Построение калибровочного графика
В ряд стаканчиков помещают 0,05, 0,10, 0,15, 0,2 мл 0,1%-ного раствора бензойной кислоты в хлороформе, и испаряют растворитель в токе воздуха при комнатной температуре. К сухим остаткам прибавляют по 0,5 мл 10%-ного раствора нитрата калия в концентрированной серной кислоте и нагревают на песочной бане при температуре 140-160^oC 3 минуты. В каждую смесь вносят 1 мл воды и 10%-ный раствор гидроксида натрия до pH 3 (по индикаторной бумаге), прибавляют буферный раствор с pH 3 до общего объема 14 мл. Полученный раствор переносят в длительную воронку, туда же прибавляют 1 мл 0,1%-ного раствора гексаметил-пара-розанилин-хлорида и 10 мл толуола. Содержимое воронки встряхивают 3 минуты, толуольное извлечение отделяют, а процесс экстрагирования повторяют в тех же условиях новой порцией толуола объемом 10 мл. Толуольные экстракты объединяют в мерной колбе вместимостью 25 мл и доводят до метки толуолом. Оптическую плотность полученных растворов измеряют на фотоэлектроколориметре КФК-2 в кювете с толщиной рабочего слоя 50 мм при длине волны 590 нм. Измерения проводят на фоне раствора, полученного в контрольном опыте. По результатам измерений строят калибровочный график. Основной закон светопоглощения соблюдается в интервале концентрации 2-8 мкг/мл. Методом наименьших квадратов рассчитывают уравнение калибровочного графика, которое в данном случае имеет вид:
D 0,1275•C+0,0150
где
D оптическая плотность, C концентрация определяемого вещества в мкг/мл фотометрируемого раствора.

Методика количественного определения
Около 0,05 г бензойной кислоты (точная навеска) растворяли в мерной колбе вместимостью 50 мл в хлороформе, и доводили содержимое колбы до метки хлороформ. 0,1 мл полученного раствора вносят в химический стаканчик, и испаряют растворитель в токе воздуха при комнатной температуре. В дальнейшем поступают в соответствии со схемой, описанной для построения калибровочного графика. Количественное содержание бензойной кислоты рассчитывают, используя уравнение калибровочного графика. Результаты определения и метрологические характеристики представлены в таблице 1.

Пример 2. Определение 2-оксибензойной кислоты
1. Качественное определение
Около 2 мл 2-оксибензойной кислоты вносят в выпарительную чашку, прибавляют 0,5 мл 10%-ного раствора нитрата калия в концентрированной серной кислоте, и нагревают реакционную смесь на водяной бане при температуре 100^oC в течение 3 минут. После охлаждения реакционного раствора к нему прибавляют 1 мл воды, 10%-ный раствор гидроксида натрия до pH 3 (по индикаторной бумаге), 5 мл буферного раствора с pH 3, 1 мл 0,1%-ного раствора гексаметил-пара-розанилин-хлорида и переносят раствор в делительную воронку. Туда же вносят 5 мл толуола, и взбалтывают содержимое воронки 3 минуты. Толуольный слой окрашивается в фиолетовый цвет. Чувствительность реакции - 0,06 мкг/мл.

2. Количественное определение
Построение калибровочного графика
В ряд выпарительных чашек помещают 0,5, 0,10, 0,20, 0,30 и 0,4 мл 0,002% -ного раствора 2-оксибензойной кислоты в хлороформе, и испаряют растворитель в токе воздуха при комнатной температуре. К сухим остаткам прибавляют по 0,5 мл 10%-ного раствора нитрата калия в концентрированной серной кислоте и нагревают на водяной бане при температуре 98-100^oC 3 минуты. В каждую смесь вносят 1 мл воды и 10%-ный раствор гидроксида натрия до pH 3 (по индикаторной бумаге), прибавляют буферный раствор с pH 3 до общего объема 14 мл. Полученный раствор переносят в делительную воронку, туда же прибавляют 1 мл 0,1% -ного раствора гексаметил-пара-розанилин-хлорида и 10 мл толуола. Содержимое воронки встряхивают 3 минуты, толуольное извлечение отделяют, а процесс экстрагирования повторяют в тех же условиях новой порцией толуола объемом 10 мл. Толуольные экстракты объединяют в мерной колбе вместимостью 25 мл и доводят до метки толуолом. Оптическую плотность полученных растворов измеряют на фотоэлектроколориметре КФК-2 в кювете с толщиной рабочего слоя 50 мл при длине волны 590 нм. Измерения проводят на фоне раствора, полученного в контрольном опыте. По результатам измерений строят калибровочный график. Основной закон светопоглощения соблюдается в интервале концентрации 0,06 0,32 мкг/мл. Методом наименьших квадратов рассчитывают уравнение калибровочного графика, которое в данном случае имеет вид:
D 1,6613•C 0,0277,
где
D оптическая плотность, C концентрация определенного вещества в мкг/мл фотометрируемого раствора.

Методика количественного определения
Около 0,04 г 2-оксибензойной кислоты (точная навеска) растворяли в мерной колбе вместимостью 50 мл в хлороформе, и доводили содержимое колбы до метки хлороформом (раствор А). 1,25 мл раствора А вносили в мерную колбу вместимостью 50 мл и доводили хлороформом до метки (раствор Б). 0,3 мл полученного раствора (раствора Б) вносили в выпарительную чашку, и испаряли растворитель в токе воздуха при комнатной температуре. В дальнейшем поступали в соответствии со схемой, описанной для построения калибровочного графика. Количественное содержание 2-оксибензойной кислоты рассчитывали, используя уравнение калибровочного графика. Результаты определения и метрологические характеристики представлены в таблице 2.

Предлагаемый способ по сравнению с известным (прототипом) в 9 раз сокращает продолжительность определения (с 3 часов до 15-20 минут) и характеризуются более высокой селективностью (табл. 3). Так, в отличие от прототипа, он позволяет определять бензойную и 2-оксибензойную кислоты в присутствии бензола и его алкил-, галогенил-, нитро- и оксипроизводных (метилбензола, 1,2-диметилбензола, 1-метил-4-нитробензола, 1-метил-2,4-динитробензола, 1-метил-2,4,6-тринитробензола, 1,4-диоксибензола, 1,2,3-триоксибензола). Определению также не мешает присутствие окрашенных неорганических веществ, не образующих с гексаметил-пара-розанилин-хлоридом продуктов, экстрагирующихся толуолом.

Использование: аналитическая химия, а именно фотометрические способы определения бензойной и 2-оксибензойной кислот в пробе, содержащей одну из этих кислот. Сущность: способ заключается в том, что пробу обрабатывают 10%-ным раствором нитрата калия в концентрированной серной кислоте, разбавляют смесь водой, вводят гидроксид натрия до pH 3 и обрабатывают полученную смесь цветореагентом. В качестве цветореагента используют гексаметил-пара-розанилин-хлорид. Окрашенный продукт экстрагируют толуолом и фотометрируют. Способ характеризуется высокой селективностью и экспрессностью. 3 табл.

Способ количественного определения бензойной или 2-оксибензойной кислот в пробе, содержащей одну из них, путем обработки анализируемой пробы раствором нитрата калия в концентрированной серной кислоте, разбавления реакционной смеси водой, введения раствора гидроксида натрия, обработки цветореагентом и фотометрирования образующегося окрашенного раствора, отличающийся тем, что обработку пробы ведут 10%-ным раствором нитрата калия в концентрированной серной кислоте при нагревании, раствор гидроксида натрия вводят до pH 3, в качестве цветореагента используют гексаметил-пара розанилин-хлорид, а перед фотометрированием окрашенный продукт экстрагируют толуолом.