СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВИНЦА, ИНДИКАТОР И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДИКАТОРА Российский патент 2003 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способам определения свинца и изготовлению средств индикации.

Известен способ определения массовой концентрации свинца в бензине, заключающийся в извлечении из бензина соединений свинца раствором монохлорида иода, разрушении избытка монохлорида иода растворами аммиака и серноватистокислого натрия и последующем спектрофотометрическом определении свинца в виде комплекса с 4-(2-пиридилазо) резорцином или с сульфарсазеном. Способ обеспечивает достаточно точный и надежный количественный результат при содержании свинца в бензине в концентрации от 0,005 до 3,0 г/дм³ (0,0007-0,4 мас. %) [ГОСТ 28828-90] . Однако этот способ довольно трудоемкий, занимает много времени и не пригоден для экспресс-анализа.

Другой известный способ позволяет качественно определить наличие тетраэтил свинца в бензинах-растворителях. Сущность метода заключается в разложении тетраэтилсвинца иодом при их совместном кипячении и в последующем определении свинца с помощью цветной реакции с родизонатом натрия. Чувствительность метода по тетраэтилсвинцу составляет 0,0001 маc.% [ГОСТ 7978-74].

Недостатком этого способа является относительно большая длительность анализа (~ 1,5 ч) и чрезмерно высокая чувствительность к наличию следов свинца, что мешает разграничению диапазонов допустимого содержания свинца в неэтилированных и этилированных бензинах: для первых <0,01 г/дм³ (~0,002 маc.%), а для вторых >0,01 г/дм³.

Известен также способ, состоящий в том, что пробу испытуемого бензина сжигают в открытом сосуде, остаток растворяют в слабокислом растворителе и затем определяют наличие свинца цветной реакцией с применением специальной индикаторной бумаги [пат. ФРГ 3618842, МКИ G 01 N 33/22, публ. 10.12.87 г.].

Недостаток этого способа заключается в относительно высокой пороговой чувствительности к наличию свинца, соответствующей 50 ppm (0,005 маc.%).

Ближайшим аналогом заявляемого способа является способ определения свинца в бензине, включающий сжигание пробы в открытом сосуде, обработку остатка 30%-ным водным раствором уксусной кислоты и приведение в контакт с бумагой, покрытой индикаторным составом, причем перед приведением в контакт свежеприготовленный индикаторный состав наносят на бумагу, приведение в контакт осуществляют нанесением уксуснокислого раствора на индикаторный состав, а в качестве индикаторного состава используют водный раствор родизоновокислого натрия с концентрацией 0,10-0,25 маc.% или раствор дитизона в ацетоне с концентрацией 0,025-0,10 маc.% (патент РФ 2058548 С1, Кл. G 01 N 33/22, 20.04.96).

Способ позволяет определить концентрацию свинца в бензине больше 0,01 г/дм³.

Недостатком метода является ограниченность его применения только для бензина, необходимость специальных приспособлений и нескольких реактивов, требует сжигания бензина, что затрудняет использование в необорудованных помещениях, например на автозаправочных станциях.

Индикаторная бумага, используемая в этом способе с нанесенным на нее индикаторным составом родизоновокислого натрия или раствором диготизона в ацетоне, принятая за ближайший аналог, неудобна в использовании, так как требует нанесения на нее непосредственно перед определением свежеприготовленного состава.

Ближайшим аналогом заявляемого индикатора является индикатор "Plumbtesto" фирмы Macherey Nagel Ltd, г. Дюрен, Германия (выпуск 1992 г.), содержащий бумажный носитель с нанесенным на него индикаторным составом, включающим родизонат натрия (Rd₃Na), буферное вещество, создающее кислотность среды pН 2,8 и индифферентное вещество.

Индикаторы с высушенным индикаторным составом упаковываются по 5 штук в герметичные пакеты. Перед употреблением пакет вскрывают, берут одну индикаторную полоску, смачивают ее дистиллированной водой и прижимают на 2 мин к исследуемой поверхности.

Недостатком индикаторов "Plumbtesto" является необходимость их смачивания перед применением дистиллированной водой, а также является ограниченный срок годности - не более 3 месяцев, быстрая потеря чувствительности (менее 2 ч) при попадании влаги и влияние на реакцию следующих элементов: теллур, серебро, кадмий, барий, стронций.

Кроме того, измененная под действием свинца окраска индикатора сохраняется только в течение 15 мин после применения, что исключает использование индикатора в качестве доказательства в дальнейшем.

Известна также индикаторная бумага "Конго".

Известен также способ изготовления индикаторных бумажек, включающий последовательное увлажнение ленты носителя 5-10-кратно разбавленным раствором реакционноспособных веществ до получения степени ретенции 10%, затем насыщение 2-5-кратно разбавленным раствором реакционноспособных веществ до получения степени ретенции 10-50% относительно заданного конечного содержания этих веществ в индикаторной бумаге, а затем насыщение реакционноспособными растворами надлежащей концентрации до получения заданного количества реакционноспособных веществ в индикаторной бумаге. Насыщенную ленту носителя сушат при температуре 70-150^oС и скорости выдуваемого воздуха 1-50 м/мин, обеспечивающей удержание ленты носителя на воздушной подушке без контакта с основанием, и подвергают дальнейшей обработке (см. заявку ПНР 263663, МКИ G 01 N, публ. 15.09.88 г.).

Недостатком способа является применимость для изготовления только сухой индикаторной бумаги, необходимость сложного оборудования для его осуществления и постоянный постадийный контроль.

Ближайшим аналогом заявляемого метода является способ изготовления индикаторной бумаги путем пропитки фильтровальной бумаги водным раствором азосоединения, сушки, пропитки раствором соли, последующей сушки (см. авт.св. СССР 1567975, МКИ G 01 N 31/22, публ. 30.05.90 г.)
Этот способ пригоден только для изготовления сухой индикаторной бумаги, которая может применяться лишь для контроля жидких веществ и растворов.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой группы изобретений, является обеспечение простоты и надежности определения и расширение области применения за счет определения свинца в необорудованных помещениях, полевых условиях без применения специального оборудования для самых различных объектов в авиационном и автомобильном бензине, сточных водах, растворах, выхлопных газах, а также на любых поверхностях, соприкасающихся со свинцом.

Этот технический результат обеспечивается заявляемым способом определения, а также конструкцией и способом изготовления индикатора.

В заявляемом способе, включающем приведение исследуемого объекта в контакт с индикаторной пластиной, состоящей из носителя, покрытого индикаторным составом, cогласно изобретению в качестве индикаторного состава использован водный раствор 4-(2-пиридилазо)резорцина (ПАР) с концентрацией 0,08 - 0,20 маc.% с водным раствором ацетата аммония в концентрации 20-40 мас.%.

Определение свинца может быть осуществлено на любом исследуемом объекте, соприкасавшимся со свинцом: бензине, сточных водах, на патрубке пистолета бензоколонки, в выхлопных газах и на выхлопной трубе автомобиля, в типографии и на типографских изданиях, рентгеновских кабинетах и т.п.

Заявляемый индикатор содержит индикаторную пластину, состоящую из носителя с высокими капиллярными свойствами с нанесенным на него индикаторным составом. Отличие заявляемого индикатора в том, что индикаторная пластина во влажном состоянии размещена в герметичной упаковке. При этом одна из сторон упаковки выполнена двухслойной, внутренний слой которой выполнен прозрачным и имеет центральное индикаторное отверстие.

Способ изготовления включает пропитку пластины носителя с высокими капиллярными свойствами индикаторным составом.

Отличие способа в том, что перед пропиткой пластину вкладывают в пакет водогазонепроницаемого материала с центральным отверстием на одной из сторон пакета, пропитку проводят капельным методом, капая индикаторным составом в отверстие пакета, а затем герметизируют упаковку, закрывая сторону пакета с отверстием вторым - дополнительным слоем водогазонепроницаемого материала.

Заявляемые объекты образуют группу изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, т.к. направлены на решение одной и той же задачи, достигающей объединенного технического результата - обеспечить простоту, надежность и быстроту определения наличия свинца без применения специального оборудования и расширить область применения.

На фиг.1 изображен индикатор для определения свинца (общий вид); на фиг. 2 - детали индикатора.

Индикатор состоит из индикаторной пластины 1 в виде носителя с высокими капиллярными свойствами, например фильтровальной бумаги, пропитанной индикаторным составом и во влажном состоянии, помещенной в пакет 2 из водогазонепроницаемого материала. Пакет содержит нижнюю сторону 3 и верхнюю сторону 4, состоящую из двух слоев. Первый - внутренний слой 5 выполнен из прозрачного (водогазонепроницаемого) материала с центральным отверстием 6, которое находится вблизи центра индикаторной пластины и выполняет роль индикаторного окна. Второй - наружный слой 7 закрывает внутренний слой. Нижнюю сторону пакета целесообразно выполнять с белой внутренней поверхностью, либо выполнять прозрачной и снабжать белой подложкой (не показано).

Нижняя сторона и оба слоя верхней стороны герметично соединены между собой, например склеены по периметру (зоны 8, 9, 10). Нижняя сторона и наружный слой верхней стороны снабжены клапанами 11, 12 для удобства отделения наружного слоя верхней стороны при использовании индикатора, а также для размещения необходимых надписей.

Заявляемый индикатор с индикаторной пластиной во влажном состоянии может быть использован для определения не только свинца, но и других веществ в зависимости от использования различных индикаторных составов, реагирующих на определенные вещества.

Например, для определения кадмия индикаторную пластинку пропитывают кадионом UREA, сероводорода - нитратом свинца, никеля - диметилглиоксимом, паров ртути - йодистой медью.

Указанный индикатор использован в способе определения свинца в различных средах, например в бензине. Для этого в качестве индикаторного состава использован водный раствор 4-(2-пиридилазо)резорцина (ПАР) с водным раствором ацетата аммония.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут индикатор с индикаторной пластиной, например, в виде круга диаметром 32 мм из носителя с высокими капиллярными свойствами, например, фильтровальной бумаги по ТУ 6-09-1678-86, пропитанной одним из индикаторных составов в примерах 1-10, приведенных в таблице.

Отделяют от пакета наружный слой 7 верхней стороны 4 и через отверстие 6 во внутреннем слое прикладывают индикаторную пластинку 1 на 5-10 с к исследуемому объекту: либо растворы, содержащие от 0,05 мг/мл до 1,0 мг/мл Рb(11), либо к поверхностям, смоченным этим расвором.

Результат исследования проявляется через 2-5 мин.

Примеры 3-5 приведены для концентрации исследуемого раствора 0,2 мг/мл, которая является критичной для определения этилированного бензина.

Свинец обычно присутствует в загрязненных средах, исследуемых объектах, бензине в составе различных солей и окислов в виде двухзарядных ионов свинца Рb(II). При приведении в контакт влажной индикаторной бумаги и исследуемого объекта (поверхности) происходит реакция с водным раствором ацетата аммония с образованием ацетатного комплекса свинца и аммиака
Рb²⁺+4СН₃СООNН₄--> Рb(СН₃СОО)₄ ^2-+ 4NH₄ ⁺,
а затем образуется комплексное соединение свинца и ПАРа, которое и изменяет окраску индикаторной пластины.

Наличие водного раствора ацетата аммония в индикаторном составе позволяет растворять любые соединения свинца, даже не растворимые в воде, что повышает чувствительность способа.

Изменение цвета индикаторной бумаги в отверстии от светло-желтого к красно-оранжевому свидетельствует о наличии свинца в исследуемом объекте.

Изготавливают индикатор следующим образом.

В качестве носителя с высокими капиллярными свойствами могут быть использованы, например, фильтровальная бумага, ткань, полиэтилентерефталатная пленка, обработанная двухромокислым калием в концентрированной серной кислоте, а затем разбавленной серной кислотой (см. авт.св. СССР 1719985, МКИ G 01 N 31/22, публ. 15.03.92 г.). Из материала носителя вырубают пластину, например, в виде круга 1. Из заготовки нижней стороны пакета 3 с клапаном 11 и внутренним слоем верхней стороны пакета 5 с отверстием 6 складывают пакет, укладывают между стороной 3 и слоем 5 пластину носителя 1 и герметично соединяют стороны пакета по периметру, например, сваркой, оставляя свободным клапан 11.

Капельным методом через центральное отверстие пропитывают пластину индикаторным составом, нанося, например, по 2-3 капли водного раствора ПАР в концентрации 0,1 маc.% и водного раствора ацетата аммония в концентрации 30 мас.% и герметично закрывают пакет с помощью наружного слоя 7 верхней стороны, приклеивая его по всей площади внутреннего слоя, оставляя свободным клапан 12.

Герметичная упаковка сохраняет индикатор во влажном состоянии, т.е. работоспособным до 12 месяцев.

Группа изобретений относится к области аналитической химии и способам изготовления средств индикации. Способ определения свинца включает операцию приведения в контакт исследуемого объекта и индикаторной пластины. При этом в качестве индикаторного состава использован водный раствор 4-(2-пиридилазо)резорцина в концентрации 0,08-0,20 мас.% с водным раствором ацетата аммония в концентрации 20-40 мас.%. Индикатор состоит из индикаторной пластины, состоящей из носителя с высокими капиллярными свойствами с нанесенным на него индикаторным составом, причем пластина во влажном состоянии размещена в герметичной упаковке. Упаковка выполнена в виде пакета, одна из сторон которого двухслойная, при этом внутренний слой выполнен прозрачным и имеет центральное индикаторное отверстие. Способ изготовления индикатора включает пропитку пластины носителя индикаторным составом, причем перед пропиткой пластину носителя размещают в пакете из водогазонепроницаемого материала с центральным отверстием на одной стороне пакета, пропитку проводят капельным методом через центральное отверстие, а затем герметизируют упаковку, закрывая сторону пакета с отверстием вторым слоем водогазонепроницаемого материала. Достигается упрощение и повышение надежности определения, а также расширение области применения. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ определения свинца, включающий приведение исследуемого объекта в контакт с индикатором, содержащим индикаторную пластину, состоящую из носителя с высокими капиллярными свойствами с нанесенным на него индикаторным составом, отличающийся тем, что в качестве индикаторного состава использован водный раствор 4-(2-пиридилазо)резорцина с концентрацией 0,08-0,20 мас.% с водным раствором ацетата аммония в концентрации 20-40 мас.%, индикаторная пластина во влажном состоянии размещена в герметичной упаковке, упаковка выполнена в виде пакета, одна из сторон упаковки выполнена двухслойной, причем внутренний слой выполнен прозрачным с центральным индикаторным отверстием.2. Индикатор для определения свинца, содержащий индикаторную пластину, состоящую из носителя с высокими капиллярными свойствами, с нанесенным на него индикаторным составом, отличающийся тем, что индикаторная пластина во влажном состоянии размещена в герметичной упаковке, упаковка выполнена в виде пакета, одна из сторон упаковки выполнена двухслойной, причем внутренний слой выполнен прозрачным с центральным индикаторным отверстием, а в качестве индикаторного состава индикатор включает водный раствор 4-(2-пиридилазо)резорцина с концентрацией 0,08-0,20 мас.% с водным раствором ацетата аммония в концентрации 20-40 мас.%.3. Индикатор по п.2, отличающийся тем, что носитель с высокими капиллярными свойствами выполнен в виде фильтровальной бумаги.4. Способ изготовления индикатора для определения свинца, включающий пропитку носителя в виде пластины с высокими капиллярными свойствами индикаторным составом, отличающийся тем, что перед пропиткой носитель размещают в пакете из водогазонепроницаемого материала с центральным отверстием на одной из сторон пакета, пропитку проводят капельным методом через центральное отверстие, а затем герметизируют упаковку, закрывая сторону пакета с отверстием вторым слоем водогазонепроницаемого материала, в качестве индикаторного состава используют водный раствор 4-(2-пиридилазо)резорцина с концентрацией 0,08-0,20 мас.% с водным раствором ацетата аммония и концентрацией 20-40 мас.%.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве носителя с высокими капиллярными свойствами используют фильтровальную бумагу.