СПОСОБ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФЕНОЛА Российский патент 2009 года по МПК G01N27/48 

Настоящее изобретение относится к области аналитической электрохимии, в частности к методам измерения концентрации фенола в растворах, и может быть использовано для определения микроконцентраций фенола в питьевой, природной воде и в других объектах.

В настоящее время известны методы вольтамперометрического определения фенола и его производных с использованием различных типов индикаторных электродов: ртутно-пленочный, стеклоуглеродный, модифицированный угольно-пастовый.

Известный способ вольтамперометрического определения фенола состоит в следующем [МУ 08-47/189 (с изменением №1). Вода природная, питьевая, технологически чистая, очищенная сточная. Вольтамперометрический метод измерения массовой концентрации фенола. Томск. 2005. - 25 с.]. Для повышения чувствительности и воспроизводимости определений индикаторный электрод из углеродного материала (стеклоуглерода) подвергают электрохимической обработке с использованием раствора определенного состава и режимов обработки. Кроме этого, после проведения серии измерений восстанавливают чувствительность индикаторного электрода. Для этого его выдерживают в течение 3-5 мин в стаканчиках с 10-20%-ным водным раствором этилового спирта при перемешивании. Обработанный электрод используют для определения фенола в анализируемых растворах. Устанавливают трехэлектродную электрохимическую ячейку, включающую индикаторный электрод из стеклоуглерода, вспомогательный электрод и электрод сравнения. После установки электрических параметров измерительного цикла погружают электроды в фоновый раствор (раствор натрия фосфорнокислого Na₂HPO₄) содержащий анализируемое вещество, и проводят адсорбционное концентрирование фенола на поверхности индикаторного электрода. При последующем изменении линейно меняющегося потенциала индикаторного электрода проводят электрорастворение фенола с поверхности индикаторного электрода и регистрируют дифференцированную (по 1-й производной) вольтамперную кривую. Аналитическим сигналом является высота пика фенола на вольтамперной кривой в области потенциалов от 0,55 В до 0,65 В. Для определения концентрации фенола в анализируемой пробе используют метод стандартной добавки градуировочного раствора в фоновый раствор, содержащий анализируемое вещество. После регистрации вольт-амперной кривой фонового раствора, содержащего анализируемое вещество и градуировочный раствор, определяют массовую концентрацию фенола в анализируемом веществе по величине пика фенола.

При определении микроконцентраций фенола (до 4 мкг/дм³) известным способом рекомендуется проводить предварительное концентрирование проб (в 25-50 раз) с использованием сорбционного патрона.

Недостатком вышеописанного способа вольтамперометрического определения фенола с предварительной электрохимической обработкой твердого индикаторного электрода из стеклоуглерода является значительное время измерений (до 10 мин), связанное с разделением операций определения фенола и электрохимической обработки индикаторного электрода с целью повышения чувствительности и воспроизводимости анализа, а так же с необходимостью проведения нескольких измерительных циклов (до 5) при измерении концентрации фенола с целью получения воспроизводимого результата. Данный недостаток не позволяет эффективно решать аналитические задачи, так как при такой продолжительности анализа можно анализировать не более 10 проб за рабочую смену.

Техническим результатом предлагаемого способа вольтамперометрического определения фенола является сокращение времени анализа раствора. Кроме того, предлагаемый способ позволяет при сравнительно небольшом времени анализа одной пробы (4-5 мин) проводить с высокой точностью определение микроконцентраций фенола без предварительного концентрирования проб.

Технический результат обеспечивает предлагаемый способ вольтамперометрического определения фенола в анализируемых растворах, заключающийся в предварительной электрохимической обработке индикаторного электрода из углеродного материала после или перед серией измерительных циклов и в проведении измерительных циклов, включающих электрохимическое осаждение фенола на твердом индикаторном электроде из углеродного материала из анализируемого раствора, представляющего собой анализируемое вещество, растворенное в фоновом электролите, электрохимическое растворение ранее осажденного фенола изменением потенциала индикаторного электрода, регистрацию вольтамперной кривой, идентификацию пика фенола на вольтамперной кривой и определение концентрации фенола в анализируемом растворе по величине его пика, в котором фоновый электролит содержит хлорид-ионы и ионы золота, а в каждом измерительном цикле перед электрохимическим осаждением фенола на твердом индикаторном электроде проводят электрохимическую обработку твердого индикаторного электрода при его вращении.

В отличие от известного в предлагаемом способе фоновый электролит содержит хлорид-ионы и ионы золота, а в каждом измерительном цикле перед электрохимическим осаждением фенола на индикаторном электроде проводят электрохимическую обработку индикаторного электрода при его вращении.

В качестве раствора для предварительной электрохимической обработки твердого индикаторного электрода после или перед серией измерительных циклов могут использовать разбавленный раствор фосфорной кислоты.

В качестве фонового электролита могут использовать раствор сегнетовой соли.

Достоинства предлагаемого способа вольтамперометрического определения фенола достигаются за счет того, что в каждом измерительный цикле перед электрохимическим осаждением фенола на твердом индикаторном электроде проводят электрохимическую обработку индикаторного электрода при его вращении, а так же за счет использования после или перед каждой серией измерительных циклов (до 20) электрохимической обработки индикаторного электрода в растворе определенного состава с наложением положительного и отрицательного потенциалов.

Предлагаемый способ вольтамперометрического определения фенола состоит в следующем. Для нового индикаторного электрода из углеродного материала (например, углеситалла) или после длительного перерыва в работе, или после (перед) серии измерительных циклов (до 20) для приведения индикаторного электрода в работоспособное состояние проводят его электрохимическую обработку, которая включает проведение многократных (например, пяти) последовательных циклов в растворе разбавленной фосфорной кислоты с наложением положительного и отрицательного потенциалов, с вращением и без вращения индикаторного электрода в течение определенного промежутка времени. Обработанный таким образом индикаторный электрод из углеродного материала используют для определения фенола в анализируемых пробах. Устанавливают трехэлектродную электрохимическую ячейку, включающую твердый индикаторный электрод, платиновый вспомогательный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения. После установки электрических параметров измерительного цикла, включающую стадию предобработки индикаторного электрода перед накоплением анализируемого вещества в течение 30-60 с, электроды погружают в фоновый раствор определенного состава, содержащий анализируемое вещество, хлорид-ионы и ионы золота, и проводят электрохимическое осаждение фенола при определенном потенциале на индикаторном электроде в течение 5-15 с. При последующем изменении с определенной скоростью (до 100 мВ/с) линейно меняющегося потенциала индикаторного электрода проводят электрорастворение фенола с поверхности индикаторного электрода и регистрируют вольтамперную кривую. Аналитическим сигналом при этом является высота пика фенола на вольтамперной кривой в области потенциалов от 0,95 В до 1,00 В.

Для определения концентрации фенола в анализируемой пробе используют метод стандартной добавки градуировочного раствора в фоновый раствор, содержащий анализируемое вещество, хлорид-ионы и ионы золота. После регистрации вольтамперной кривой фонового раствора, содержащего анализируемое вещество, хлорид-ионы, ионы золота и градуировочный раствор, определяют массовую концентрацию фенола в анализируемом веществе по величине пика фенола.

Преимущества предлагаемого способа вольтамперометрического определения фенола с использованием твердого индикаторного электрода из углеродного материала состоят в воспроизводимости результатов и в сохранении работоспособности индикаторного электрода в течение рабочей смены за счет введения в измерительный цикл стадии предобработки (в течение 30-60 с) перед накоплением анализируемого вещества на индикаторном электроде и использования фонового раствора определенного состава, в высокой степени очистки индикаторного электрода, а следовательно, чувствительности и точности измерения концентрации фенола за счет электрохимической обработки индикаторного электрода, используемой для приведения его в работоспособное состояние и состоящей из последовательной поляризации индикаторного электрода при положительном и отрицательном потенциале с вращением и без вращения электрода в течение определенного промежутка времени в растворе разбавленной фосфорной кислоты, в высокой чувствительности измерений при использовании описанного способа предобработки индикаторного электрода и растворов необходимого состава и, как следствие, в отсутствии необходимости предварительного концентрирования анализируемых проб. Описанные преимущества приводят к сокращению трудоемкости выполнения измерений содержания фенола и к значительному сокращению времени анализа.

Предлагаемый способ вольтамперометрического определения фенола был реализован на практике с использованием анализатора вольтамперометрического АВА-3 по ТУ4215-068-00227703-2004 (производства НПП "Буревестник", ОАО). В работе использовалась трехэлектродная электрохимическая ячейка, включающая индикаторный электрод из углеродного материала (углеситалла), вспомогательный платиновый электрод и хлорсеребряный электрод сравнения.

Новый индикаторный электрод или после длительного перерыва в работе, или после (перед) серии измерительных циклов (до 20) для приведения индикаторного электрода в работоспособное состояние предварительно подвергался электрохимической подготовке путем проведения многократных (например, пяти) последовательных циклов в растворе разбавленной фосфорной кислоты с наложением положительного и отрицательного потенциалов, с вращением и без вращения индикаторного электрода в течение определенного промежутка времени. Обработанный таким образом индикаторный электрод из углеситалла использовался для определения фенола в анализируемых пробах. Для определения фенола в измерительный цикл была включена дополнительная стадия - предобработка, которая предшествует стадии накопления и состоит в наложении на индикаторный электрод положительного потенциала в течение 30-60 с при его вращении. Электрохимическое накопление фенола на индикаторном электроде проводили из фонового раствора (раствор сегнетовой соли определенной концентрации) с добавлением хлорид-ионов и ионов золота, в котором была растворена анализируемая проба, при потенциале 0 мВ на индикаторном электроде. Электрохимическое растворение фенола с поверхности индикаторного электрода и регистрацию вольтамперной кривой проводили при развертке потенциала на индикаторном электроде от 0,60 В до 1,20 В со скоростью до 100 мВ/с.

Предлагаемый способ вольтамперометрического определения фенола найдет широкое применение в аналитической электрохимии, так как позволяет решать существующие проблемы в этой области. Для определения микроконцентраций фенола нет необходимости в высокой квалификации и наличия специфических навыков у исполнителя (требуемые при работе с другими типами индикаторных электродов, например ртутно-пленочных), которому достаточно владеть стандартными приемами подготовки электродов и прибора к работе. По сравнению с известными методами существенно (в 2-3 раза) повышается экспрессность анализа (за счет высокой чувствительности и малого времени измерений), что делает работу пользователей более производительной.

Предлагаемый способ был использован для определения массовой концентрации фенола в питьевой и природной воде. Чувствительность определения фенола без предварительного концентрирования проб составляет 10 мкг/дм³, общее время анализа одного анализируемого раствора составляет от 2 до 5 мин (в зависимости чувствительности индикаторного электрода).

Изобретение может быть использовано для определения микроконцентраций фенола в питьевой, природной воде и в других объектах. Способ вольтамперометрического определения фенола в анализируемых растворах заключается в предварительной электрохимической обработке твердого индикаторного электрода из углеродного материала после или перед серией измерительных циклов и в проведении измерительных циклов. Измерительные циклы включают электрохимическое осаждение фенола на твердом индикаторном электроде из углеродного материала из анализируемого раствора, представляющего собой анализируемое вещество, растворенное в фоновом электролите, электрохимическое растворение ранее осажденного фенола изменением потенциала индикаторного электрода, регистрацию вольтамперной кривой, идентификацию пика фенола на вольтамперной кривой и определение концентрации фенола в анализируемом растворе по величине его пика. Изобретение позволяет сократить время анализа раствора, кроме того, предлагаемый способ позволяет при сравнительно небольшом времени анализа одной пробы (4-5 мин) проводить с высокой точностью определение микроконцентраций фенола без предварительного концентрирования проб. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ вольтамперометрического определения фенола в анализируемых растворах, заключающийся в предварительной электрохимической обработке твердого индикаторного электрода из углеродного материала после или перед серией измерительных циклов и в проведении измерительных циклов, включающих электрохимическое осаждение фенола на твердом индикаторном электроде из углеродного материала из анализируемого раствора, представляющего собой анализируемое вещество, растворенное в фоновом электролите, электрохимическое растворение ранее осажденного фенола изменением потенциала индикаторного электрода, регистрацию вольтамперной кривой, идентификацию пика фенола на вольтамперной кривой и определение концентрации фенола в анализируемом растворе по величине его пика, отличающийся тем, что фоновый электролит содержит хлорид-ионы и ионы золота, а в каждом измерительном цикле перед электрохимическим осаждением фенола на индикаторном электроде проводят электрохимическую обработку индикаторного электрода при его вращении.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раствора для предварительной электрохимической обработки твердого индикаторного электрода после или перед серией измерительных циклов используют разбавленный раствор фосфорной кислоты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фонового электролита используют раствор сегнетовой соли.