СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСМИЯ (У111) В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ Российский патент 2004 года по МПК G01N31/22 G01N21/78 

Изобретение относится к области аналитической химии элементов, а именно к методам выделения и определения осмия (VIII), и может быть использовано для выделения и определения осмия в объектах различного вещественного состава.

Осмий является одним из немногих элементов, с достаточной легкостью переходящих в газовую фазу. Это свойство широко используется при выделении осмия из технологических растворов. Из газовой фазы осмий в виде тетраоксида (OsО₄) поглощается растворами щелочей, серной кислоты, тиомочевины и т.д. При этом неизбежны потери, связанные с высокой летучестью OsО₄. Для снижения потерь приходится вводить ряд дополнительных операций по улавливанию: комбинировать различные поглотители, увеличивать число поглотительных емкостей.

Известен способ выделения осмия из сульфатного раствора газоочистки (Ладыго А.С. и др. В сб.: Анализ и технология благородных металлов. - М.: Металлургия, 1971, с.399-404), включающий поглощение осмийсодержащего газа серной кислотой, сорбцию тетраоксида осмия на полимерной смоле, содержащей вторичные и третичные амины, а также группы четвертичного аммониевого основания.

К недостаткам способа можно отнести значительные потери осмия. Сквозное извлечение металла в реальных условиях не превышает 40%.

Известен способ извлечения осмия из концентратов (Патент США №35536479, кл. 75-108), включающий последовательную обработку растворов серной кислотой, окислителем, отгонку OsО₄ током воздуха, поглощение газа раствором щелочи, который затем перерабатывается по известной схеме через выделение соли Фреми и ее прокаливание.

Недостатки способа - высокие безвозвратные потери осмия на различных стадиях переработки.

Известен способ выделения осмия, включающий окисление его до OsО₄, отгонку, улавливание раствором щелочи и сорбцию осмия из щелочного раствора силикагелем (Синицын Н.М., Кунаев А.М. и др. Металлургия осмия. - Алма-Ата: Наука, 1981, с.140 и 141).

К недостаткам способа следует отнести высокие безвозвратные потери осмия, необходимость использования большого количества операций улавливания и сорбции, степень извлечения осмия на силикагеле не превышает 35-40%.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемым результатам является способ выделения и определения осмия (VIII) (Лосев В.Н., Бахтина М.П., Бахвалова И.П. и др. Журнал аналитической химии. 1998. Т.53. №11. C.1170-1173 (прототип)), включающий окисление осмия, находящегося в растворе серной кислоты, перекисью водорода до OsO₄, улавливание его сорбентом - силикагелем, химически модифицированными N-аллил-N’-пропилтиомочевиной, находящемся в концентрирующем патроне, расположенном после реакционной колбы.

Недостатком способа является высокий предел обнаружения.

Техническим результатом является снижение предела обнаружения осмия.

Технический результат достигается тем, что в способе определения осмия (VIII) в газовой фазе, включающем его отгонку из раствора, улавливание сорбентом, восстановление до осмия (III) и переведение его в комплексное соединение, измерение коэффициента диффузного отражения, новым является улавливание OsO₄ из газовой фазы силикагелем, химически модифицированным меркаптогруппами, и измерение коэффициента диффузного отражения комплекса осмия (III) с меркаптогруппами, ковалентно закрепленными на поверхности силикагеля.

Сущность способа заключается в том, что находящийся на выходе из реакционной колбы концентрирующий патрон содержит сорбент - силикагель, химически модифицированный меркаптогруппами, эффективно (степень извлечения составляет 99,9%) извлекает осмий (VIII) из газовой фазы. На поверхности сорбента происходит восстановление осмия (VIII) до осмия (III) с образованием на поверхности координационных соединений, окрашенных в желто-коричневый цвет. Интенсивность окраски сорбента прямо пропорциональна содержанию осмия на поверхности сорбента.

Предел обнаружения осмия при навеске сорбента 0,1 г составляет 0,3 мкг.

В предлагаемом способе содержание осмия в произвольном объеме раствора или навеске твердого вещества не должно быть менее 0,3 мкг. Данное количество осмия на 0,1 г сорбента является той минимальной концентрацией, которую удается зарегистрировать на существующих приборах относительно сигнала фона. Градуировочный график линеен в диапазоне 0,3-400 мкг осмия на 0,1 г сорбента.

При использовании 100 мл раствора относительный предел обнаружения составляет 3·10^-3 мкг/мл, при использовании 1 л раствора относительный предел обнаружения составляет 3·10^-4 мкг/мл.

Для лучшего восприятия способа предлагаются следующие примеры.

Пример 1 (прототип). В реакционный сосуд помещают 200 мл раствора, содержащего 15,0 мкг осмия в 2 М серной кислоте, окисляют осмий перекисью водорода до образования тетраоксида осмия, который отгоняют, пропуская через концентрирующий патрон, содержащий 0,1 г сорбента - силикагеля, химически модифицированного N-аллил-N’-пропилтиомочевиной.

После отгонки сорбент вынимают из концентрирующего патрона, переносят в кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 440 нм. Количество осмия находят по градуировочному графику, построенному в координатах: функция Кубелки-Мунка F(R)=(1-R)²/2R - содержание осмия, мкг на 0,1 г сорбента. Найдено 14,5±0,5 мкг.

Пример 2 (прототип). В реакционный сосуд помещают 200 мл раствора, содержащего 1,0 мкг осмия в 2 М серной кислоте, окисляют осмий перекисью водорода до образования тетраоксида осмия, который отгоняют, пропуская через концентрирующий патрон, содержащий 0,1 г сорбента - силикагеля, химически модифицированного N-аллил-N’-пропилтиомочевиной.

После отгонки сорбент вынимают из концентрирующего патрона, переносят в кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 440 нм. Количество осмия находят по градуировочному графику, построенному в координатах: функция Кубелки-Мунка F(R)=(1-R)²/2R - содержание осмия, мкг на 0,1 г сорбента. Осмий не обнаружен.

Пример 3 (предлагаемый способ). В реакционный сосуд помещают 200 мл раствора, содержащего 1,0 мкг осмия в 2 М серной кислоте, окисляют осмий перекисью водорода до образования тетраоксида осмия, который отгоняют, пропуская через концентрирующий патрон, содержащий 0,1 г сорбента - силикагеля, химически модифицированного меркаптогруппами. После отгонки сорбент вынимают из концентрирующего патрона, переносят в кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 440 нм. Количество осмия находят по градуировочному графику, построенному в координатах: функция Кубелки-Мунка F(R)=(1-R)²/2R - содержание осмия, мкг на 0,1 г сорбента. Найдено 0,96±0,08 мкг.

Пример 4 (предлагаемый способ). В реакционный сосуд помещают 200 мл раствора, содержащего 150 мкг осмия в 2 М серной кислоте, окисляют осмий перекисью водорода до образования тетраоксида осмия, который отгоняют, пропуская через концентрирующий патрон, содержащий 0,1 г сорбента - силикагеля, химически модифицированного меркаптогруппами. После отгонки сорбент вынимают из концентрирующего патрона, переносят в кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 440 нм. Количество осмия находят по градуировочному графику, построенному в координатах: функция Кубелки-Мунка F(R)=(1-R)²/2R - содержание осмия, мкг на 0,1 г сорбента. Найдено 146±5 мкг.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять осмий в количестве 0,3-400 мкг при использовании 0,1 г сорбента. Предел обнаружения в этом случае более чем в тридцать раз меньше, чем в прототипе. Кроме того, способ характеризуется простотой выполнения, широким диапазоном определяемых концентраций и низким пределом обнаружения. Получаемые сорбенты устойчивы длительное время без изменения их спектроскопических характеристик.

Изобретение относится к области аналитической химии элементов, а именно к методам выделения и определения осмия, и может быть использовано при выделении и определении осмия в объектах различного вещественного состава. В способе определения осмия (VIII) в газовой фазе, включающем его отгонку из раствора, улавливание сорбентом, восстановление до осмия (III) и переведение его в комплексное соединение, измерение коэффициента диффузного отражения, новым является улавливание OsO₄ из газовой фазы силикагелем, химически модифицированным меркаптогруппами, и измерение коэффициента диффузного отражения комплекса осмия (III) с меркаптогруппами, ковалентно закрепленными на поверхности силикагеля. Сущность способа заключается в том, что находящийся на выходе из реакционной колбы концентрирующий патрон содержит сорбент силикагель, химически модифицированный меркаптогруппами, эффективно (степень извлечения составляет 99,9%) извлекает осмий (VIII) из газовой фазы. На поверхности сорбента происходит восстановление осмия (VIII) до осмия (III) с образованием координационных соединений, окрашенных в желто-коричневый цвет. Интенсивность окраски сорбента прямо пропорциональна содержанию осмия на поверхности сорбента. Достигается повышение чувствительности анализа.

Способ выделения и определения осмия(VIII) в газовой фазе, включающий отгонку осмия из раствора, улавливание сорбентом, восстановление до осмия(III) и переведение его в комплексное соединение, измерение коэффициента диффузного отражения, отличающийся тем, что осмий(VIII) улавливают из газовой фазы силикагелем, химически модифицированным меркаптогруппами, и измеряют коэффициент диффузного отражения комплекса осмия(III) с меркапто-группами, ковалентно закрепленными на поверхности силикагеля.