СПОСОБ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ НЕОДИМА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ Российский патент 1998 года по МПК G01N27/48 

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к вольтамперометрическим способам определения в водных растворах.

Описаны полярографические [1-9] и вольтамперометрические с линейноменяющимся потенциалом [10, 11] способы определения неодима в водных работах. В работах [1, 2, 5 - 8, 10] в качестве фона использовались 0,1 и 1,0 N растворы LiCI, в [5.6] в качестве фона использовался 0,1 N раствор (CH₃)₄NJ, а в [11] 3,8-4,0 N KCl, pH растворов равнялось 2-5. В [3, 4] описаны адсорбционные волны неодима на фонах 0,1 N KNO₃ (pH 10-11), 0,1 N NaClO₄ (pH 10,7-11) и 0,1 N NH₄NO₃.

Недостатками указанных способов определения являются:
1) в полярографических способах используются большие количества токсичной ртути;
2) на использованных в полярографических способах фонах полярографические волны, идентифицирующие неодим, нечеткие, что вносит большую ошибку в определение неодима;
3) по способам, предложенным в [3, 4], аналитические сигналы неодима не получаются;
4) высокий предел обнаружения, равный 1•10^-3 - 3•10^-4 моль/л.

Наиболее близким к предлагаемому способу являются вольтамперометрический способ определения неодима в водных растворах с использованием в качестве фонов растворов NaCl и KCl [11]. Однако этот способ обладает недостатками:
1) высокий предел обнаружения, равный 3•10^-4 моль/л;
2) получаются нечетко выраженные вольтамперограммы неодима, что вносит значительную ошибку в аналитическое определение неодима.

Задачей настоящего изобретения является поиск состава фонового раствора, с применением которого бы удалось понизить предел обнаружения и повысить точность определения ионов неодима в водных растворах методом переменно-токовой с прямоугольной формой поляризующего напряжения вольтамперометрии. Увеличение чувствительности и точности определения концентрации ионов неодима в растворах вольтамперометрическим методом.

Технический результат - разработка вольтамперометрического способа, с помощью которого удалось бы определять ионы неодима в более низких концентрациях позволило бы контролировать примеси неодима в различных объектах высокой чистоты и обнаруживать неодим в бедных рудах.

Для решения задачи нами методом переменно-токовой с прямоугольной формой поляризующего напряжения вольтамперометрией в качестве фонов были исследованы растворы NaCl с концентрацией 0,05; 0,1; 0,5; 1,0; 2,0 и добавками аскорбиновой кислоты. pH всех фонов менялся в интервале 1,5 - 3,0. Соотношение концентраций аскорбиновой кислоты и ионов неодима менялось в пределах 1,5 - 20,0. Из всех исследованных фонов наиболее низкий предел обнаружения неодима методом переменно-токовой с прямоугольной формой поляризующего напряжения вольтамперометрии с использованием ртутного пленочного электрода на серебряной подложке достигается на фонах 0,10 - 0,20N NaCl с добавлением аскорбиновой кислоты в концентрации (1-2)•10^-2N с pH 2,5 - 2,7 с регистрацией вольтамперограммы при катодной развертке потенциала электрода в интервале (-1,40) - (-1,80) В относительно насыщенного каломельного электрода (нас.к. э. ). Скорость изменения потенциала электрода составляет 20-30 мВ/с с амплитудой прямоугольного напряжения 10-30 мВ.

Концентрация неодима определяется по величине пика с использованием калибровочного графика или метода добавок. Потенциал пика в зависимости от скорости развертки потенциала электрода и pH раствора равен (-1,60) - (-1,66) B (насыщенного каломельного электрода).

При вышеуказанных условиях предел обнаружения неодима снижается до 2•10^-5M, и за счет получения более четкого катодного пика неодима на вольтамперограмме повышается точность его определения.

На основании проведенных исследований предлагается вольтамперометрический способ определения ионов неодима в водном растворе.

Сущность предлагаемого способа определения ионов неодима в растворах состоит в получении катодной переменно-токовой с прямоугольной формой поляризующего напряжения вольтамперограммы процесса электровосстановления внутрисферных молекул воды аскорбинатного комплекса неодима на ртутном пленочном электроде на серебряной подложке в фоновом растворе 0,10 - 0,20N NaCl+(1-2)•10^-2N аскорбиновая кислота с pH 2,4 - 2,6 в интервале потенциалов (-1,40) - (-1,80) В (насыщенного каломельного электрода) с амплитудой прямоугольного напряжения (10). При этом на вольтамперограмме получается катодный пик в интервале (-1,62) - (-1,65) В (насыщенного каломельного электрода), по величине которого определяется концентрация ионов неодима в растворе, используя метод добавок или калибровочный график.

Пример 1. В электролитическую ячейку заливают 10-15 мл раствора состава: 0,1 N NaCl + 1•10^-2 аскорбиновой кислоты (pH 2,5) и добавляют анализируемый раствор с целью количественного определения в нем ионов неодима. Раствор в ячейке продувают инертным газом в течении 10-15 мин. После этого продувание аргона через ячейку прекращают и снимают катодную квадратноволновую вольтамперограмму со скоростью 30 мВ/с в области потенциалов (-1,40) - (-1,80) В (насыщенного каломельного электрода) с амплитудой прямоугольного напряжения (10). Используя градуировочный график или метод добавок, проводят оценку концентрации неодима в анализируемом растворе.

Пример 2. В электролитическую ячейку заливают 10-15 мл раствора состава: 0,15 N NaCl + 1,5•10^-2N аскорбиновой кислоты (pH 2,6) и добавляют анализируемый раствор с целью количественного определения в нем ионов неодима. Раствор в ячейке продувают инертным газом в течение 10-15 мин. После этого продувание инертного газа через ячейку прекращают и снимают катодную квадратно-волновую вольтамперограмму со скоростью 20 мВ/с в области потенциалов (- 1,40) - (-1,80) В (насыщенного каломельного электрода). Используя градуировочный график или метод добавок, проводят оценку концентрации ионов неодима в анализируемом растворе.

На фиг. 1 приведены вольтамперограммы процесса электровосстановления комплексных частиц неодима на ртутном пленочном электроде, полученном нанесением пленки ртути на торец серебряной проволочки, впресованной во фторопластовый стержень. В качестве фонов использовались: a) 0,1 N NaCl (pH 2,5); б) 0,1 N NaCl + 1 • 10^-2 N аскорбиновая кислота (pH 2,5). Концентрация ионов неодима равнялась: а) 1•10^-4 M; б) 2•10^-5M. Скорость развертки потенциала в обоих случаях равнялась 30 мВ/с с амплитудой прямоугольного напряжения (30) (Кр.1-вольтамперограмма фона; Кр.2-вольтамперограмма фона + ионы неодима).

На фиг. 2 представлены зависимости величины катодных пиков процесса электровосстановления комплексных частиц неодима от концентрации неодима: прямая а - на фоне 0,1 N NaCl (pH 2,5); прямая б - на фоне 0,1 N NaCl + 1•10^-2M аскорбиновая кислота (pH 2,5).

Предлагаемый способ определения неодима обладает меньшей величиной предела обнаружения (2•10^-5M) и большей точностью определения по сравнению с прототипом.

Если в анализируемом растворе имеются примеси более электроположительных элементов, то их необходимо из анализируемого раствора удалять, например, электролитическим выделением на ртутном макрокатоде при потенциале - 1,2 В (насыщенного каломельного электрода).

Источники информации
1. Левицкая Г.Д., Гнатиев И.Г. "Вестник Львовского университета" Серия хим. 1979, N 21, с.70.

2. Левицька Г. Д. , Гусенко Г.В. "Вiсник Львiв университету. Серия хiмiчна. 1972, N 14, с.24.

3. Jiao K., GaO X. "Чжунго Л ЭС ЭЭ. Sci. siw. 1986. VB-29. N 8. P. 7995.

4. Janos P., Vosicka J., Nemec J. Chem. lysty. 1980. V 83. N 2. P. 205.

5. Swenson A.W., Glockler G.J. Am. Chem.Soc. 1949. V 71. P. 1641.

6. Laitinen H.A., Blotgett. E. "J. Am.chem. Soc. 1949. V. 71. P. 2260.

7. Заринский В.А. "Ж. Физической химии. 1950. т. 24, С.662.

8. Якубсон С.И., Костромина Н.Я. "Ж. Неорганической химии. 1957. т.2, с. 349.

9. Левицька Г.Д. "Вiсник Львiв универсiтету. Серия хiмiчна. 1975. N 17, с.35.

10. Городецкий Ю. С., Калитка М.В. "Известия вузов. Химия и химическая технология. 1973. т.16, N 4, с.548.

11. Захаров М.С., Захарова Н.Г. и др. "Ж. Аналитической химии. 1994. N 3, с. 277.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к вольтамперометрическим способам определения в водных растворах. Сущность изобретения заключается в том, что для повышения чувствительности и точности определения концентрации ионов неодима в растворах применяют квадратно-волновой вольтамперометрический метод регистрации вольтамперограмм в пределах 1,4 - 1,8 В (нас. к. э. ) с ртутным пленочным электродом на серебряной подложке и фоном состава 0,1-0,2 N NaCl + (1-2)•10^-2 N аскорбиновая кислота (рН 2,5 - 2,7) с амплитудной прямоугольного поляризующего напряжения 10-30 мВ. 2 ил.

Способ вольтамперометрического определения ионов неодима в водных растворах, заключающийся в регистрации катодного пика на переменно-токовой с прямоугольной формой поляризующего напряжения вольтамперограмме, снятой при скорости изменения потенциала электрода 20 - 30 мВ/с с амплитудой прямоугольного поляризующего напряжения 10 - 30 мВ в пределах -1,4 ^oC -1,8 В относительно насыщенного каломельного электрода с использованием ртутного пленочного электрода на серебряной подложке в фоновом растворе 0,1 - 0,2 N NaCl pH 2,5 - 2,7, отличающийся тем, что в фоновый раствор вводится аскорбиновая кислота в концентрации (1 - 2) • 10^-2 N.