СПОСОБ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭРБИЯ (III) В РАСТВОРАХ ЧИСТЫХ СОЛЕЙ Российский патент 2012 года по МПК G01N21/78 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к фотометрическому методу анализа, и может быть использовано для определения содержания эрбия (III) в растворах чистых солей, содержащих эрбий (III) в очень малой концентрации.

Известны способы фотометрического определения эрбия (III), при котором по спектрам светопоглощения проводят количественный анализ смеси лантаноидов, если имеются спектрофотометры большой разрешающей силы. Растворы, содержащие ионы эрбия (III), розового цвета. Молярные коэффициенты светопоглощения невелики, но все же возможно обнаружение миллиграммовых количеств лантаноидов. Раздельное спектрофотометрическое определение празеодима, неодима, гольмия, эрбия и тулия в присутствии остальных лантаноидов возможно с использованием обычных спектрофотометров [Д.П.Шербов, В.А.Миркин, В.В.Климов. Труды Казахстанского научно-исследовательского института минерального сырья, 1960, вып.3, с.296-298].

Ализарин, хинализарин, морин, сульфоназо, арсеназо I, арсеназо III, 1-(2-пиридилазо)-2-нафтол и другие органические реагенты образуют с ионами лантаноидов окрашенные соединения при λ_опт=550-600 нм, ε_MR=7,2·10³-8·10⁴ [М.И.Булатов, И.П.Калинкин. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа. - М.: Химия, 1972]. Реагенты мало селективны. Ксиленоловый оранжевый применяют для дифференциального спектрофотометрического определения больших количеств суммы лантаноидов [А.И.Бусев, В.Г.Типцова, В.М.Иванов. Руководство по аналитической химии редких элементов. - М.: Химия, 1978. - 432 с. - С.98, 398]. Хелаты с этим реагентом образуются в слабокислом растворе (pH 5-5,8) и имеют максимум поглощения в области 570-576 нм. Нижний предел обнаружения редкоземельных элементов от 20 мкг/мл [А.А.Тихонова, Н.И.Тимофеева. Определение редкоземельных элементов с помощью ксиленолового оранжевого / ЖАХ, том 21, вып.3 (289-291)].

Известен способ фотометрического определения лантана (III) с ксиленоловым оранжевым при pH 7,5 в присутствии цетилпиридинийбромида (К), молярный коэффициент светопоглощения комплексного соединения равен 92000 [Ф.Умланд, А.Янсен, Д.Тириг, Г.Вюнш. Комплексные соединения в аналитической химии. - М.: Мир, 1975. - 535 с. - С.328-329]. Для эрбия (III) с теми же реагентами в тех же условиях величина молярного коэффициента светопоглощения ниже.

Недостатком известных способов является их невысокая чувствительность.

Технический результат заключается в повышении чувствительности при фотометрическом определении эрбия (III).

Сущность изобретения заключается в том, что в способе фотометрического определения эрбия (III) в растворах чистых солей, включающем перевод его в комплексное соединение с ксиленоловым оранжевым в слабокислой среде, к раствору эрбия (III) с pH 4-5 добавляют 180-250-кратное количество ксиленолового оранжевого, 0,1-0,3 мл раствора поверхностно-активного вещества, полученного путем растворения 0,2 г желатина в теплой воде и доведения водой до 100 мл, и воды до 10 мл объема с последующим нагреванием на водяной бане при температуре 80-98°С в течение 10-15 минут.

100 мл 10^-2 М раствора эрбия (III) готовили из х.ч. карбоната эрбия (III) [Еr₂(СО₃)₃] путем растворения навески в минимальном количестве уксусной кислоты и доведения дистиллированной водой до нужного объема; точную концентрацию приготовленного раствора устанавливали методом комплексонометрического титрования.

Поверхностно-активное вещество желатин - полимер, построенный из остатков глицина (1), пролина (2) и оксипролина (3):

это коллаген костей, хрящей, соединительной ткани, образующий при нагревании с водой желатин [Каррер. Курс органической химии. - М.: Госхимиздат, 1960. - 1216 с. - С.399], обозначили ПАВ.

Ксиленоловый оранжевый (R) [3,3'-бис-ди-(карбоксиметил)-аминометил-орто-крезолсульфофталеин] синтезирован по реакции Манниха взаимодействием крезолового красного с избытком иминодиуксусной кислоты в присутствии формальдегида. При этом могут образоваться одно- и двухзамещенные соединения. (R) является смесью этих соединений. Повышение температуры при синтезе выше 40°С и отсутствие избытка иминодиуксусной кислоты приводит к образованию преимущественно однозамещенного - семи-о-крезолфталексона S. Синтез проведен в течение двух недель при температуре 40±2°С (в термостате) при большом избытке иминодиуксусной кислоты. Получено двухзамещенное соединение (4).

Выделение готового продукта осуществлено ацетоном [Сб. Фталексоны / Под ред. А.И.Черкесова. - Саратов: Саратов, пед. ин-т, 1970. - С.27-28; А.И.Бусев. Синтез новых органических реагентов для неорганического анализа. - М.: МГУ, 1972. - С.107-108.

Синтезированный (R) пустили в реакцию с эрбием (III) в присутствии ПАВ.

Пример. Определение эрбия (III) с (R) в присутствии ПАВ. В пробирки помещают по V мл 10^-4 М раствора эрбия (III), по 2 мл буферного раствора с pH 4,6; по 0,1 мл раствора ПАВ, по 1 мл 10^-2 М раствора (R), доводят объем растворов до 10 мл водой, нагревают на кипящей водяной бане 15 минут. Фотометрируют на КФК с длиной волны λ=440 нм и толщиной кюветы ℓ=0,1 см относительно раствора сравнения, не содержащего эрбия (III).

Линейность градуировочного графика соблюдается в интервале концентрации эрбия (III) (0,4-2)·10^-5 моль/л.

Молярный коэффициент светопоглощения комплекса равен:

.

Нижний предел обнаружения эрбия (III) с ксиленоловым оранжевым в отсутствие поверхностно-активного вещества от 20 мкг/мл.

C_Er+(R)=m·1000/V·М=0,000020·1000/1·167=1·10^-4 моль/л.

C_Er+(R)+ПAB=0,5·10^-5 моль/л.

C_Er+(R)/C_Er+(R)+ПAB=1·10^-4/0,5·10^-5=20 раз.

ε_Er+(R)=ε_{Er+(R)+ПАВ}/20=220000/20=11000.

Таким образом, молярный коэффициент светопоглощения комплекса эрбия (III) с (R) равен 11000, комплекса эрбия (III) в присутствии ПАВ равен 220000. Самая большая величина ε_MR из известных для редкоземельных элементов у лантана (III) с (R) в присутствии (К) равна 92000.

В присутствии ПАВ чувствительность определения эрбия (III) с ксиленоловым оранжевым возрастает в 2,5 раза по сравнению с самым высоким значением молярного коэффициента светопоглощения комплексного соединения (лантана (III) с ксиленоловым оранжевым в присутствии (К):

ε_{Er+(R)+ПАВ}/ε_La+(R)+K=220000/90000=2,5;

и в 20 раз по сравнению с отсутствием ПАВ:

ε_{Er+(R)+ПАВ}/ε_Er+(R)=220000/11000=20.

Изобретение относится к фотометрическому анализу применительно к определению содержания эрбия (III) в очень малой концентрации. Способ включает переведение эрбия (III) в комплексное соединение с ксиленоловым оранжевым в слабокислой среде. При этом к раствору эрбия (III) с рН 4-5 добавляют 180-250-кратное количество ксиленолового оранжевого. Также к раствору эрбия (III) добавляют 0,1-0,3 мл раствора поверхностно-активного вещества, полученного путем растворения 0,2 г желатина в теплой воде и доведения водой до 100 мл. Затем доводят объем растворов до 10 мл водой, нагревают на водяной бане при температуре 80-98°С в течение 10-15 минут. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности при фотометрическом определении эрбия (III).

Способ фотометрического определения эрбия (III) в растворах чистых солей, включающий перевод его в комплексное соединение с ксиленоловым оранжевым и поверхностно-активным веществом в слабокислой среде, отличающийся тем, что к раствору эрбия (III) с рН 4-5 добавляют 180-250-кратное количество ксиленолового оранжевого, 0,1-0,3 мл поверхностно-активного вещества, полученного путем растворения 0,2 г желатина в теплой воде и доведения водой до 100 мл, и воды до 10 мл объема с последующим нагреванием на водяной бане при температуре 80-98°С в течение 10-15 мин.