СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРАНА (VI) В РАСТВОРАХ Российский патент 2009 года по МПК G01N27/48 

Предлагаемый способ относится к области аналитической химии, в частности к методам измерения концентрации урана (VI) в растворах, и может быть использован для анализа сложных по составу растворов, содержащих ионы урана (VI). Изобретение применимо в системах контроля окружающей среды и технологических процессов.

Известен вольтамперометрический способ прямого определения урана (VI). В данном способе определение проводится с использованием в качестве фонового электролита 0.1М роданида калия и 0.001% желатина при значении рН 2.5±0.1. Аликвотную часть образца разбавляют фоновым электролитом, устанавливают значение рН 2.5±0.1, помещают полученный рабочий раствор в электролитическую ячейку и деаэрируют азотом в течение 15 минут, после чего регистрируют катодную волну в диапазоне потенциалов -0.1 - -0.4 В. Концентрацию урана определяют по высоте его катодного пика (отчетливо проявляющемся при потенциале -0.26 В). В качестве рабочего электрода используется ртутный капающий электрод. Минимальная определяемая концентрация составляет 2.4 мг/л. [Tamrakar Р. К., Pitre К. S. Voltammetric trace analysis of uranium and other metals in meta rhyolite rock samples. / Analytical sciences 951-955, 2000.]

Описан вольтамперометрический способ определения урана (VI) с купферроном в морской воде. Для определения к анализируемому образцу добавляют ацетатный буферный раствор (рН 4.2) и купферрон. Потенциометрическое определение проводят без деаэрирования с предварительным накоплением комплекса урана (VI) с купферроном в течение 180 с при потенциале -0.65 В. Концентрацию урана определяют по высоте его катодного пика. В качестве рабочего электрода используется пленочный свинцовый электрод. Данный способ позволяет определять уран (VI) в диапазоне концентраций 5×10^-10-2×10^-8 моль/л. [Korolczuk M., Tyszczuk К., Grabarczyk M. Determination of uranium by adsorptive stripping voltammetry at a lead film electrode. / Talanta, V.72, 2007. P.957-961.]

Задачей изобретения является повышение селективности и точности при качественном и количественном определениях концентрации урана (VI) в растворе, снижение абсолютного количества вещества, необходимого для анализа, возможность определения урана в сложных по составу объектах в присутствии сопутствующих и мешающих определению в обычных условиях ионов.

Введение органического растворителя с высокой сольватирующей способностью в анализируемые системы приводит, как правило, к смещению потенциалов пиков к более отрицательным либо более положительным значениям и изменению величин предельных токов. Экспериментальные исследования показали, что присутствие растворителей с высокой сольватирующей способностью в сложных по составу системах, содержащих ионы урана (VI) и сопутствующие ему элементы, приводит к увеличению селективности и точности определения (табл.1). При этом влияние мешающих определению ионов нивелируется.

В качестве сольватирующего органического растворителя применяется диметилсульфоксид, в качестве буферной смеси используется раствор аминоуксусной кислоты, хлористоводородной кислоты и хлорида натрия.

Пример 1. Определение урана (VI).

В мерную колбу емкостью 25 мл вносят аликвоту анализируемого раствора от 0.1 до 5 мл в зависимости от содержания урана в исследуемой смеси, добавляют 10 мл 1-5 М аминоуксусной буферной смеси, 1-6 мл высокосольватирующего органического растворителя (диметилсульфоксида), разбавляют до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и деаэрируют азотом в течение 5 мин. Аликвоту 5.0 мл помещают в электрохимическую ячейку, погружают в раствор рабочий и вспомогательные электроды и проводят вольтамперометрическое определение с регистрацией вольтамперограммы в диапазоне потенциалов от 0.90 до -1.6 В. Содержание урана (VI) находят по высоте его катодного пика (табл.2). В качестве рабочего электрода используют серебряный амальгамированный электрод.

Пример 2.

Тот же, что пример 1, за исключением того, что в качестве высокосольватирующего органического растворителя используют диметилформамид (табл.3).

Пример 3.

Тот же, что пример 1, за исключением того, что вместо буферной смеси используют 1-5 М буферную смесь янтарной кислоты и тетрабората натрия (табл.4).

Пример 4.

Тот же, что пример 3, за исключением того, что в качестве высокосольватирующего органического растворителя используется диметилформамид (табл.5).

Так как диметилсульфоксид и диметилформамид близки по своим характеристикам и обладают схожим действием, они могут быть взаимозаменяемыми реагентами, расширяющими пределы обычного вольтамперометрического определения и повышающими его чувствительность и точность.

Таблица 1 Относительные показатели точности (m) и селективности (ΔЕ) вольтамперометрического определения урана (VI) в изученных системах № nn Система m=D/D_op ΔE=E-E_op, мВ 1 уран(VI) - янтарная кислота - тетраборат натрия - ДМСО 1,2 320 2 уран(VI) - янтарная кислота - тетраборат натрия - ДМФА 1,2 390 3 уран(VI) - аминоуксусная кислота - хлорид натрия - тетраборат натрия - ДМСО 1,5 250 4 уран(VI) - аминоуксусная кислота - хлорид натрия - тетраборат натрия - ДМФА 1,7 280

Таблица 2 Определение урана (VI) в модельных растворах аминоуксусной кислоты - хлористоводородной кислоты - хлорида натрия - диметилформамида № опыта С_U(VI)×10^-4 моль/л, вводимое С_U(VI)×10^-4 моль/л, определяемое Погрешность, % 1 1,00 0,99 1,0 2 2,00 1,99 1,7 3 4,00 3,98 4,7 4 8,00 7,98 1,0

Таблица 3 Определение урана (VI) в модельных растворах аминоуксусной кислоты - хлористоводородной - хлорида натрия - диметилсульфоксида № опыта С_U(VI)×10^-4 моль/л, вводимое С_U(VI)×10^-4 моль/л, определяемое Погрешность, % 1 1,00 0,95 4,7 2 2,00 1,95 2,3 3 4,00 3,86 3,6 4 8,00 7,8 2,5

Таблица 4 Определение урана (VI) в модельных растворах янтарной кислоты - тетрабората натрия - диметилсульфоксида № опыта С_U(VI)×10^-4 моль/л, вводимое С_U(VI)×10^-4 моль/л, определяемое Погрешность, % 1 1,00 0,96 3,8 2 2,00 1,96 1,9 3 4,00 3,89 2,8 4 8,00 7,68 4,0

Таблица 5 Определение урана (VI) в модельных растворах янтарной кислоты - тетрабората натрия - диметилформамида № опыта С_U(VI)×10^-4 моль/л, вводимое С_U(VI)×10^-4 моль/л, определяемое Погрешность, % 1 1,00 0,96 4,5 2 2,00 1,97 1,6 3 4,00 3,92 2,0 4 8,00 7,76 3,0

Изобретение может быть использовано для анализа сложных по составу растворов, содержащих ионы урана (VI), изобретение применимо в системах контроля окружающей среды и технологических процессов. Способ согласно изобретению заключается в том, что к анализируемому раствору, содержащему уран (VI), добавляют буферную смесь и проводят вольтамперометрическое определение с регистрацией вольтамперных кривых, с последующим определением содержания урана (VI) по высоте его пика на кривой, при этом в качестве фонового электролита добавляют смесь 1-6 мл органического высокосольватирующего растворителя, 5-12 мл буферной смеси (концентрацией 1-5 М), доводят объем полученного раствора дистиллированной водой до 25 мл, после чего регистрируют катодную кривую в области потенциалов от 0,5 до -1,8 В, при этом концентрацию урана (VI) определяют по высоте его пика. Изобретение обеспечивает повышение селективности и точности при качественном и количественном определениях концентрации урана (VI) в растворе, снижение абсолютного количества вещества, необходимого для анализа, возможность определения урана в сложных по составу объектах в присутствии сопутствующих и мешающих определению в обычных условиях ионов. 6 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Способ определения урана (VI) в растворах, заключающийся в том, что к анализируемому раствору, содержащему уран (VI), добавляют буферную смесь, погружают в раствор рабочий и вспомогательные электроды и проводят вольтамперометрическое определение с регистрацией вольтамперных кривых, с последующим определением содержания урана (VI) по высоте его пика на кривой, отличающийся тем, что в качестве рабочего электрода используют серебряный амальгамированный электрод, затем добавляют 1-6 мл органического высокосольватирующего растворителя, 5-12 мл буферной смеси концентрацией 1-5М и доводят объем полученного раствора дистиллированной водой до 25 мл, после чего регистрируют катодную кривую в области потенциалов от 0,5 до -1,8 В, при этом концентрацию урана (VI) определяют по высоте его пика.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокосольватирующего органического растворителя используют диметилсульфоксид.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокосольватирующего органического растворителя используют диметилформамид.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве буферной смеси используют 1-5М буферную смесь янтарной кислоты и тетрабората натрия.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве буферной смеси используют 1-5М буферную смесь аминоуксусной кислоты, хлорида натрия и хлористоводородной кислоты.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве буферной смеси используют 1-5М буферную смесь янтарной кислоты и тетрабората натрия.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве буферной смеси используют 1-5М буферную смесь аминоуксусной кислоты, хлорида натрия и хлористоводородной кислоты.