СПОСОБ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ВОДЫ Российский патент 1997 года по МПК G01N21/78 

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для автоматического непрерывного контроля чистоты воды в коммуникациях и водоемах.

Высокая эффективность контроля чистоты воды может быть достигнута за счет его автоматизации, в особенности путем автоматического определения химических загрязнителей воды в непрерывном режиме непосредственно на объектах, что позволяет оперативно реагировать на превышение допустимых уровней загрязнения.

Известные зарубежные способы контроля воды в непрерывном режиме на основе фотометрического метода включают операции смешения анализируемой пробы и реагентов, перемешивание, фотометрирование окрашенного раствора в кювете, а устройство для их реализации представляет собой крупногабаритный, стационарный прибор (масса 120 кг), предназначенный для определения ряда химических загрязнителей (14 наименований) при условии смены реагентов, светофильтров, программ. При этом чувствительность и селективность определения химического загрязнителя ограничены возможностями используемого аналитического способа, что не всегда удовлетворяет современным требованиям к этим параметрам.

Известен эффективный способ повышения чувствительности и селективности фотометрического определения химических элементов твердофазная спектрометрия [1] рационально сочетающая концентрирование и определение, основанная на прямом измерении светопоглощения фазы модифицированного сорбента (ионообменника) после сорбции им элемента (или комплекса элемента с аналитическим реагентом) из раствора. Для концентрирования элемента на сорбенте зерненный сорбент и исследуемый раствор интенсивно перемешивают в статических условиях с помощью механического вибратора, полученной суспензией или отфильтрованным сорбентом заполняют специальную стеклянную кювету. После формирования плотной упаковки сорбента (15-20 мин) измеряют светопоглощение пробы. Описанный способ высокочувствителен и селективен, но трудоемок, длителен и не может быть автоматизирован.

Известен способ определения хрома (VI) в воде [2] включающий его концентрирование в потоке на дисках из полиакрилонитрильного волокна, наполненного в процессе формования тонкодисперсным анионообменником (сорбирующем элементе), переведение хрома (VI) в комплекс с аналитическим реагентом дифенилкарбазидом непосредственно в твердой фазе обработкой диска раствором реагента в динамическом режиме и последующее детектирование на поверхности методом спектроскопии диффузного отражения. На основе способа разработана высокочувствительная и селективная методика определения хрома (VI), предложен экспресс-тест для полуколичественного визуального определения в воде. Данный способ не позволяет осуществлять автоматический контроль в непрерывном режиме ввиду множества достаточно сложных операций определения.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного способа фотометрического определения химических загрязнителей воды, в котором изменен волокнистый материал основы сорбирующего элемента, чем обеспечивается получение таких технических результатов, как улучшение физико-механических свойств сорбирующего элемента, исключение и совмещение ряда операций определения, расширение сорбционных возможностей сорбирующего элемента. За счет этого становится возможным определение в непрерывном автоматическом режиме и расширение номенклатуры контролируемых химических загрязнителей воды.

Поставленная задача решается тем, что в способе фотометрического определения химических загрязнителей воды, содержащем модификацию волокнистого материала сорбирующим составом, концентрирование на волокнистом материале (сорбирующем элементе) загрязнителя путем пропускания через него пробы воды, добавление на волокнистый материал аналитического реагента и его фотометрирование, согласно изобретению в качестве волокнистого материала используют бумажную ленту из натуральных и искусственных волокон.

В качестве сорбирующего состава используют ионообменные смолы, неорганические оксиды, полисахариды.

Предложенный волокнистый материал, содержащий в своем составе химические синтетические волокна (например, поливинилспиртовое волокно), характеризуется повышенной влагопрочностью (разрывное усилие не менее 3 H), что позволяет осуществлять прокачку через него больших количеств воды и эксплуатировать в виде ленты при механических нагрузках в лентопротяжных механизмах. Применение волокнистого материала в виде ленты исключает операции по формированию сорбирующего элемента (изготовление дисков), позволяет совмещать операции доставки в узел прокачки и к измерительному блоку в каждом цикле, чем обеспечивается возможность автоматизации анализа.

Наличие в составе волокнистого материала кроме синтетических натуральных и искусственных волокон (например, целлюлозы и вискозы) расширяет комплекс его физико-химических и механических свойств (возможность варьирования пористой структурой, количеством) и характером функциональных групп, гидравлическим сопротивлением). Это в свою очередь расширяет сорбционные возможности материала, создавая хорошую впитывающую способность как в отношении воды, так и в отношении различных органических растворителей и композиций на их основе, тогда как сорбционные возможности прототипа ограничены свойствами одного полиакрилонитрильного волокна.

Универсальность сорбционных свойств бумаги из химических и натуральных волокон обеспечивает возможность ее модификации сорбирующими составами, содержащими ионообменные смолы, неорганические оксиды, полисахариды.

Кроме того, номенклатура сорбирующих составов может быть расширена и включать также ряд других сорбентов и материалов (полимерные, хелатообразующие и др.), модификация осуществляется различными способами: сухого напыления, включения на стадии изготовления бумаги, химической сшивкой и другими. Это позволяет использовать для концентрирования и определения веществ различной химической природы ряд однотипных (одинаковая форма, размеры, близкие физико-механические свойства) сорбирующих элементов, что в свою очередь определяет возможность создания базовой модели переносного автоматического водоанализатора.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет реализовать высокую чувствительность и селективность, отличающие способ твердофазной спектрофотометрии для автоматического определения в непрерывном режиме широкой номенклатуры химических загрязнителей воды.

Пример 1. Определение содержания хрома (VI) в питьевой воде
Бумажную ленту, изготовленную из бумаги, ТУ 13-7308001-85, содержащей 25% целлюлозы, 68% вискозы, 7% поливинилспиртового волокна, модифицируют сорбирующим составом, содержащим 3% сильноосновного анионита марки АВ-17-8 чс.

Рулон с модифицированной лентой помещают в автоматическое устройство, включающее узел лентопротяжного механизма, узел концентрирования (прокачки воды через ленту), узел дозирования аналитического реагента, фотометрический блок, блок управления (электроники).

Анализируемую воду прокачивают через зону концентрирования при скорости потока 12 см/мин. затем зону концентрирования перемещают под дозатор, заполненный аналитическим реагентом, содержащим 0,17% дифенилкарбазида, добавляют каплю (0,055 см) реагента и перемещают под фотоблок. В это время начинается прокачка воды через новый участок ленты. Через 2 мин измеряют коэффициент отражения (аналитический сигнал) зоны концентрирования при длине волны 560 нм.

По градуировочному графику зависимости аналитического сигнала от концентрации хрома, построенному ранее при тех же условиях с использованием стандартных растворов хрома (VI), находят концентрацию хрома (VI) в анализируемой пробе.

Способ обеспечивает определение хрома (VI) в автоматическом непрерывном режиме в диапазоне концентраций 0,02 0,1 мг/дм при прокачке 15 см пробы в течение 3 мин; в диапазоне 0,002 0,02 мг/дм при прокатке 150 см пробы в течение 15 мин.

Пример 2. Определение алюминия в питьевой воде
Бумажную ленту, как в примере 1, модифицируют сорбирующим составом, содержащим 2% диоксида кремния.

Все операции анализа производят на автоматическом устройстве, описанном в примере 1.

Аналитический реагент содержит 0,025% индикатора хромазурола S и буферный раствор, обеспечивающий pH 4,1. Аналитический сигнал измеряют через 3 мин после добавления аналитического реагента при длине волны 620 нм.

Способ обеспечивает определение алюминия в диапазоне концентраций 0,1 - 1,0 мг/дм при прокачке 5 см пробы в течение 5 мин.

Пример 3. Определение остаточного активного хлора в питьевой воде
Бумажную ленту, изготовленную из бумаги, ТУ 13-0248643-823-91, содержащей 46,5% целлюлозы, 46,5% вискозы, 7% поливинилспиртового волокна, модифицируют сорбирующим составом, содержащим 3% растворимого крахмала.

Анализ проводят на автоматическом устройстве, описанном в примере 1.

В анализируемую пробу воды перед прокачкой через участок ленты вводят раствор, содержащий 10% калия йодистого в ацетатном буферном растворе с pH 4,5.

Подготовленную таким образом пробу прокачивают через зону концентрирования, перемещают под фотоблок и через 1 мин фотометрируют при длине волны 620 нм.

Способ обеспечивает определение остаточного активного хлора в диапазоне концентраций 0,5 4,0 мг/дм при прокачке 1 см пробы; в диапазоне 3,0 14,0 мг/дм при прокачке 0,25 см, время определения не превышает 2 мин.

Во всех приведенных примерах прокачка анализируемой пробы через ленту происходит практически непрерывно и совмещена с последующими операциями определения, чем обеспечивается непрерывность контроля в автоматическом режиме.

Использование: аналитическая химия, а именно фотометрические автоматизированные способы контроля химических загрязнителей воды при массовом анализе. Сущность: способ заключается в том, что анализируемую пробу воды пропускают через бумажную ленту из натуральных и химических волокон, модифицированную сорбирующими составами. Затем ленту обрабатывают аналитическим реагентом и проводят фотометрирование. Достигаемый результат: используемый в способе бумажный носитель, выполненный из натуральных и химических волокон, обладает универсальными сорбционными свойствами и высокой влагопрочностью, это делает возможным использование способа для определения различных химических веществ в воде с высокой точностью. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ фотометрического определения химических загрязнителей воды, включающий модификацию волокнистого материала сорбирующим составом, концентрирование на волокнистом материале загрязнителя путем пропускания через него пробы воды, добавление на волокнистый материал аналитического реагента и его фотометрирование, отличающийся тем, что в качестве волокнистого материала используют бумажную ленту из натуральных и химических волокон. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбирующего состава используют ионообменные смолы. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбирующего состава используют неорганические оксиды. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбирующего состава используют полисахариды.