СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОЛОТА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ МЕТОДОМ ХРОНОПОТЕНЦИОМЕТРИИ Российский патент 2013 года по МПК G01N27/42 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания ионов металлов для определения в питьевых и природных водах, методом хронопотенциометрии (ХП).

Известен метод хронопотенциометрического определения золота на золотом электроде в виде золотой проволоки. В качестве фонового электролита использовали 1М HCl. Для концентрации ионов золота (III) 1·10^-3 М (0,2 г/дм³) величина тока (I_{сигнала}) составляет 0,89 мкА. [Dennis H. Evans, James J. Lingane «Chronopotentiometric investigation of the reduction of the chloride complexes of gold» // Journal of Electroanalytical Chemistry. - 1964. - V.8. - P.173-180.]. Недостатком метода является низкая чувствительность, определяемая концентрация составляет 0,2·г/дм³.

Известен метод хронопотенциометрического определения золота на платиновом электроде. В качестве фонового электролита использовали 1М HCl и концентрация ионов золота (I и III) составляла 1·10^-3 М (0,2 г/дм³). На хронопотенциограмме наблюдаются две волны соответствующие процессам: AuCl₂ ^-+e^-→Au(0)+2Cl^-(1); AuCl₄ ^-+e^-→Au(0)+4Cl^-. [Захаров М.С., Баканов В,И., Пнев В.В. Хронопотенциометрия. - М.: Химия, 1964. - 200 с.]. Недостатком метода является низкая чувствительность, определяемая концентрация составляет 0,2·г/дм³. При стоянии раствора происходит процесс восстановления AuCl₂ ^-, что приводит к искажению результатов анализа.

Известен метод хронопотенциометрического определения золота на угольнопастовом электроде. В качестве фонового электролита использовали бромидные растворы. [Grtindler P. «Inverse Mikrocoulometrie an Festelektroden - eine empfindliche und genaue Methode zur Spurenanalyse» // Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. - 1974. - V.52. - P.269-275.]. (прототип). Определение золота (I) проводят по следующей методике. В качестве фонового электролита использовали раствор содержащий бромид ионы. Потенциал электролиза составлял +430 мВ, что соответствует процессу Au⁺-2e^-→Au³⁺. Электродом сравнения служил хлорид серебряный электрод. Для концентрации ионов золота (I) 1 мг/дм³ величина тока (I_{сигнала}) составляет 0,1 мкА, ошибка измерения составила 9,8%. Недостатком метода является низкая чувствительность. Недостаток метода заключается в сложности получения ионов золота (I), которые могут быть получены в специфических условиях.

В работе была поставлена задача снизить предел и нижнюю границу определяемых содержаний золота (III) по пику электровосстановления в режиме реального времени при контролируемом потенциале на графитовом электроде методом ХП.

Поставленная задача достигается тем, что золото (III) переводят в растворе в хлоридный комплекс и проводят хронопотенциометрическое определение ионов золота (III) на графитовом электроде в перемешиваемом растворе, при контролируемом потенциале минус 0,3 В и регистрацией отклика на фоновом электролите 0,1 М HCl, относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Новым в способе является то, что для получения полезного сигнала, зависящего от концентрации золота (III) регистрируют отклики в режиме реального времени при контролируемом потенциале.

В предлагаемом способе впервые установлена способность ионов золота (III) электрохимически восстанавливаться на поверхности ГЭ. В качестве индикаторного применяли ГЭ (в прототипе применяли угольнопастовый электрод). Использование таких электродов обусловлено высокой химической и электрохимической устойчивостью графита, широкой областью рабочих потенциалов, а также простотой механического обновления поверхности и требованиям техники безопасности. Нижняя граница определяемых содержаний по данному методу составила 0,1 мг/дм³ (в прототипе 1 мг/дм³).

Результаты определения золота на ГЭ приведены в таблице. Как видно из таблицы, максимальная погрешность измерений составляет 19,6%. Расчет определяемых концентраций золота проводится по методу «Введено-найдено».

Проводят определение ионов золота (III) на поверхности графитового электрода в перемешиваемом растворе в режиме реального времени при контролируемом потенциале электролиза минус 0,3 В. При потенциале минус 0,3 В максимальный отклик сигнала достигает своего предельного значения. Дальнейшее увеличение потенциала электролиза вызывает неравномерный рост отклика сигнала на поверхности ГЭ, что приводит к искажению результатов анализа, поэтому выбирался потенциал электролиза минус 0,3 В. Измерения проводились на фоне 0,1 М HCl, с последующей регистрацией хронопотенциометрических кривых. Концентрацию ионов золота (III) определяют по отклику сигнала относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода (нас.х.с.). На фиг.1 представлены хронопотенциограммы полученные на поверхности ГЭ. Отклик 1 - C_Au(III) равен 0,2 мг/дм³, отклик 2 - C_Au(III) равен 0,2 мг/дм³.

Таким образом, установленные условия впервые позволили количественно определять содержание ионов золота (III) в интервале 0,1-10 мг/дм³ (фиг 2).

Предлагаемый хронопотенциометрический способ позволил существенно улучшить метрологические характеристики анализа золота (III); повысить чувствительность определения (0,1 мг/дм³), что на порядок ниже по сравнению с прототипом.

Примеры конкретного выполнения:

Пример 1. (фиг.1). Измерения были проведены на искусственных смесях. 10 мл фонового электролита (0,1 М HCl) помещают в кварцевый стаканчик. Снимают фон. Не прекращая перемешивания, проводят определение содержание ионов золота (III), при Е_э=-0,3 B в режиме реального времени, снимают хронопотенциометрическую кривую. Вносят добавку стандартного образца золота (III) 0,02 мл из 0,1 мг/дм³, регистрировали отклик 1 при потенциале -0,3 В. Затем вносили еще одну добавку стандартного образца золота (III) 0,02 мл из 0,1 мг/дм³ и регистрировали отклик 2 при аналогичных условиях. По высоте отклика стандартной добавки вычисляли концентрацию золота в растворе.

Пример 2. Измерения золота (III) были проведены в водопроводной воде. 100 мл раствора, помещают в коническую колбу и выпаривают до минимального объема. Количественно переносят раствор в кварцевый стакан объемом 20 мл и добавляют 1 мл 1 М HCl, чтобы в 10 мл водного раствора концентрация по соляной кислоте составила 0,1 М.

Снимают фоновую кривую: 10 мл фонового электролита (0,1М HCl) помещают в кварцевый стаканчик, не прекращая перемешивания, снимают хронопотенциограмму, при Е_э=-0,3 В. Прямой ход хронопотенциограммы говорит о чистоте фона.

Добавляют аликвотную часть 1 мл анализируемого раствора, не прекращая перемешивания, снимают хронопотенциограмму при потенциале накопления -0,3 В до выхода отклика на предел. Затем вносили добавку стандартного образца золота (III) 0,02 мл из 1 мг/дм, не прекращая перемешивания, регистрировали отклик до его выхода на предел. По высоте отклика стандартной добавки вычисляли концентрацию золота в растворе.

Таким образом, впервые установлена способность количественного анализа золота по высоте отклика на хронопотенциограмме.

Предложенный способ прост и может быть применен в любой химической лаборатории, имеющей компьютеризированные анализаторы, работающие в хронопотенциометрическом режиме.

Предложенный способ может быть использован для определения золота (III) в водных растворах.

Изобретение направлено на определение золота в водных растворах методом хронопотенциометрии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов. Способ определения ионов металлов включает определение золота (III) методом хронопотенциометрии, при контролируемом потенциале минус 0,3 B в режиме реального времени на графитовом электроде. Определение проводят на графитовом электроде в перемешиваемом растворе на фоновом электролите 0,1 M HCl, относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей. Изобретение обеспечивает возможность снизить предел и нижнюю границу определяемых содержаний золота (III) по пику электровосстановления в режиме реального времени при контролируемом потенциале на графитовом электроде. 2 пр., 1 табл., 2 ил.

Способ определения золота в водных растворах методом хронопотенциометрии, заключающийся в том, что золото (III) переводят в растворе в хлоридный комплекс и проводят хронопотенциометрическое определение, отличающийся тем, что проводят определение ионов золота (III) на графитовом электроде в перемешиваемом растворе, при контролируемом потенциале минус 0,3 B и регистрацией отклика на фоновом электролите 0,1 M HCl, относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода методом добавок аттестованных смесей.