СПОСОБ КИНЕТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕДИ И КОБАЛЬТА ПРИ СОВМЕСТНОМ ПРИСУТСТВИИ Российский патент 2001 года по МПК G01N21/78 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к кинетическим способам определения меди и кобальта.

Известен способ определения меди по реакции окисления индигокармина пероксидом водорода в кислой среде при pH 2,9-3,2 в присутствии винной кислоты в количестве не менее 0,03 моль/л (Л.А.Григорьева, Е.И.Додин, Н.Г. Малова. Способ кинетического определения меди. - Патент на изобретение N 2122205 от 20.11.98. ). Предел обнаружения меди (II) равен 1·10^-3 мкг/мл. Относительное стандартное отклонение при определении 2·10^-3 мкг/мл меди (II) составляет ±3-5%. Определению не мешают 1000-кратный избыток алюминия (III), никеля (II), кадмия (II), кобальта (II), магния (II), кальция (II), железа (II), железа (III). Однако определение кобальта в кислой среде невозможно.

Известен способ определения кобальта, заключающийся в окислении индигокармина пероксидом водорода, катализируемом солями кобальта (II), адсорбированными карбонатом кальция или гидроксидом алюминия. Максимальная чувствительность 2·10^-2 мкг/мл, ошибка определения ±5-10%. Использование метода ограничено вследствие его продолжительности (до 9 час) и малой селективности (К. Б. Яцимирский. Кинетические методы анализа. - М.: Химия, 1967, с. 122). Определению кобальта данным методом мешает медь. Однако способ определения меди и кобальта при совместном присутствии предлагаемым методом неизвестен.

Известен способ кинетического определения металлов при совместном присутствии (например, циркония и гафния), основанный на различной каталитической активности их при различных pH, что позволяет значительно сократить продолжительность анализов (К.Б.Яцимирский. Кинетические методы анализа. - М.: Химия, 1967, с. 112). Однако предлагаемым методом медь и кобальт при совместном присутствии не определяются.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи определения меди и кобальта при совместном присутствии, что сделает возможным расширить круг объектов анализа, снизить трудоемкость и продолжительность их.

Это достигается тем, что для определения используют две одинаковые порции анализируемого образца, которые помещают в смесь, содержащую индигокармин, буферный раствор и винную кислоту в количестве не менее 0,03 моль/л, причем одну порцию помещают в смесь с буферным раствором с pH 2,9-3,2, а другую - с буферным раствором с pH 9,8-10,2, после чего добавляют пероксид водорода и в кислой среде определяют содержание меди, а в щелочной среде - суммарное содержание меди и кобальта, затем по разности вычисляют содержание кобальта.

Способ осуществляется следующим образом. Определение проводят в двух одинаковых порциях анализируемого образца. К первой порции анализируемого термостатированного раствора прибавляют предварительно термостатированные при температуре (30±1)^oC растворы индигокармина, универсального буферного раствора с pH 2,9-3,2, винной кислоты и пероксида водорода, выдерживают в термостате 5-10 мин и измеряют разность оптических плотностей исследуемого и холостого раствора на фотоэлектроколориметре (l = 2 см, λ_max = 590 нм) относительно холостой пробы. Холостая проба, содержащая все компоненты, кроме анализируемого образца, проводится через все стадии анализа. Содержание меди определяют по градуировочному графику (фиг. 1).

Анализ второй порции раствора проводят аналогично, используя для создания pH боратный буферный раствор с pH 9,8-10,2 и определяя при этом суммарное изменение оптической плотности раствора индигокармина вследствие его окисления пероксидом водорода, катализируемого солями меди и кобальта. По найденной при pH 2,9-3,2 концентрации меди (фиг. 1) определяют изменение оптической плотности при pH 9,8-10,2, соответствующее реакции окисления индигокармина пероксидом водорода, катализируемой медью (II) (фиг. 2, кривая 1). Изменение оптической плотности, соответствующее реакции окисления индигокармина пероксидом водорода, катализируемой кобальтом (II) определяют по разности. Содержание кобальта определяют по градуировочному графику (фиг. 2, кривая 2).

Предлагаемый способ обеспечивает определение меди и кобальта при совместном присутствии, так как окисление индигокармина пероксидом водорода катализируется солями меди (II) в кислой и щелочной средах, а солями кобальта (II) - только в щелочной среде.

Определению меди (II) и кобальта (II) предлагаемым способом не мешают 1000-кратные количества цинка, алюминия, кадмия, никеля, железа, поэтому при анализе объектов не требуется предварительного отделения этих элементов, что значительно сокращает продолжительность и трудоемкость анализов, а также круг объектов для использования этого способа.

Индигокармин необратимо окисляется пероксидом водорода до бесцветного изатина с соответствующим уменьшением оптической плотности в максимуме поглощения. В присутствии винной кислоты окисление индигокармина существенно задерживается, при этом каталитический эффект в присутствии меди и кобальта сохраняется. Скорость реакции не зависит от концентрации индигокармина в растворе. Для удобства измерения оптической плотности эксперимент проводился при концентрации индигокармина 1·10^-4 моль/л. При концентрации в растворе винной кислоты не менее 0,03 моль/л и пероксида водорода 4·10^-3 моль/л максимальная скорость реакции окисления индигокармина наблюдается в присутствии меди (II) при pH 2,9-3,2 и 9,8-10,2 и кобальта (II) только при pH 9,8-10,2 (фиг. 3). В интервале pH 4-8 реакция практически не идет. Это позволяет остановить реакцию изменением pH раствора прибавлением соляной кислоты или едкого натра.

В оптимальных условиях предел обнаружения меди (II) и кобальта (II) равен 1·10^-3 мкг/мл. Градуировочные графики линейны в интервале концентраций 1,0·10^-3 - 1,0·10^-2 мкг/мл (фиг. 1 и 2). Относительное стандартное отклонение при определении 2·10^-3 мкг/мл меди (II) и кобальта (II) составляет ±3-5%.

Ацетаты, хлориды, нитраты, сульфаты не мешают определению. В растворе допустим 1000-кратный избыток алюминия (III), никеля (II), кадмия (II), цинка (II), свинца (II), магния (II), железа (II), железа (III).

Реакция окисления индигокармина пероксидом водорода использована для определения меди (II) и кобальта (II) в солях никеля и кадмия и сплавах на никелевой основе.

Пример 1.

Проводилось определение меди и кобальта в нитрате никеля и нитрате кадмия.

В две мерные колбы емкостью 25 мл помещают и термостатируют при t = 30^oC в течение 20 минут по 10 мл анализируемого раствора соли никеля или кадмия, 2,5 мл 1·10^-3 М предварительно термостатированного раствора индигокармина, 1 мл 10%-ного раствора винной кислоты. В первую мерную колбу добавляют 10 мл универсального буферного раствора с pH 3, а во вторую - 10 мл боратного буферного раствора с pH 10. Буферные растворы также предварительно термостатируют. В каждую мерную колбу прибавляют по 1 мл 0,1 М раствора пероксида водорода. Через 5 минут после прибавления пероксида водорода объем в первой мерной колбе доводят до метки 1 М раствором едкого натра, а во второй - 1 М раствором соляной кислоты.

Измеряют оптическую плотность растворов на фотоэлектроколориметре в кюветах с толщиной слоя 2 см, используя оранжевый светофильтр (λ_max = 590 нм) относительно воды. Параллельно ставят холостую пробу, не содержащую анализируемого раствора. Величина изменения оптической плотности раствора в первой колбе пропорциональна содержанию меди, а во второй - суммарному содержанию меди и кобальта.

Содержание меди (II) в пробе находят по градуировочному графику, построенному при pH 3 в координатах разности оптической плотности холостого и исследуемого растворов после проведения реакции от концентрации меди (фиг. 1). По найденной концентрации меди по градуировочному графику, построенному при pH 10, находят вклад меди в изменение оптической плотности раствора во второй пробе (фиг. 2, кривая 1). Из найденной величины изменения оптической плотности при pH 10 вычитают найденную по градуировочному графику для меди (фиг. 2, кривая 1) величину изменения оптической плотности и определяют содержание кобальта (фиг. 2, кривая 2). Для проверки разработанной методики используют метод добавок. Результаты анализа представлены в таблицах 1 и 2.

Пример 2.

Проводилось определение меди и кобальта в никелевом сплаве (ГСО 232а, содержание меди 0,03%, содержание кобальта не нормировано).

Навеску сплава 0,1 г растворяют при нагревании в 25 мл соляной кислоты (1: 1), добавляют несколько капель концентрированной азотной кислоты и кипятят до удаления оксидов азота. Раствор переносят в мерную колбу емкостью 50 мл и доводят до метки дистиллированной водой. Рабочий раствор готовят разбавлением исходного в 10 раз.

Проводят определение, как указано в примере 1. Результаты определения меди и кобальта в никелевом сплаве представлены в таблице 3.

Из данных, приведенных в таблицах 1-3, следует, что разработанный кинетический метод определения меди и кобальта при совместном присутствии характеризуется достаточной точностью и хорошей воспроизводимостью результатов, прост в исполнении.

Определение меди и кобальта из одной навески позволяет значительно сократить продолжительность анализов и снизить их трудоемкость.

Предлагаемый метод по сравнению с известными кинетическими методами определения меди и кобальта имеет высокую селективность, что позволяет расширить круг объектов анализа при его использовании.

Использование: в аналитической химии. Для определения меди и кобальта используют реакцию окисления индигокармина пероксидом водорода, катализируемую солями меди (II) в кислой и щелочной средах, а солями кобальта (II) - только в щелочной среде. Технический результат - снижение трудоемкости. 3 ил., 3 табл.

Способ определения меди и кобальта при совместном присутствии, отличающийся тем, что для определения используют две одинаковые порции анализируемого образца, которые помещают в смесь, содержащую индигокармин, буферный раствор и винную кислоту в количестве не менее 0,03 моль/л, причем одну порцию помещают в смесь с буферным раствором с pH 2,9 - 3,2, а другую с буферным раствором с pH 9,8 - 10,2, после чего к смесям добавляют пероксид водорода и в кислой среде определяют содержание меди, а в щелочной среде - суммарное содержание меди и кобальта, затем по разности вычисляют содержание кобальта.