СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РТУТИ КАТОДНО-АНОДНОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЕЙ Российский патент 2014 года по МПК G01N27/48 

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к способам определения ртути вольтамперометрическим методом.

Известен способ вольтамперометрического определения ртути в количественном химическом анализе пищевых продуктов [Э.А. Захарова, В.М. Пичугина, Н.П. Пикула. Методика количественного химического анализа алкогольных и безалкогольных напитков на содержание ртути методом инверсионной вольтамперометрии. МУ 08-47/037. Томск. ТПУ. 1995. - 25 с.]. Методика (аналог) основана на инверсионно-вольтамперометрическом измерении с линейной разверткой потенциала 30…40 мВ/с в постоянно-токовом режиме регистрации анодного тока в виде пика с максимумом в пределах +0,55…+0,65 В относительно хлоридсеребряного электрода. Перед измерением на рабочий графитовый электрод электроосаждают золото из его 100 мг/дм³ водного раствора HClO₄ (1:1) при потенциале 0,00 В в течение 5 мин. Срок службы рабочего золото-графитового электрода ограничен, требуется специальная программа формирования золота на поверхности графита и определенные условия его хранения.

Из известных технических решений наиболее близким прототипом является определение ртути методом катодной вольтамперометрии (Е.А. Лейтес, Е. А. Романова Изучение электрохимического поведения ртути (II) методом катодной вольтамперометрии // Известия АГУ, №3 (41), 2006.)

Определение ртути проводят на фоновых растворах Бриттона-Робинсона (pH=11,20; pH=1,81), NaOH (0,01 М, 0.05 М, 0,1 М, 0,5 М, 1,0 М, 2,6 М), 0,1 М HNO₃, 0,1 М HClO₄ на стеклографитовом электроде с постояннотоковым режимом с последующей регистрацией катодных поляризационных кривых при линейной развертке потенциалов с использованием двухэлектродной ячейки (электрод сравнения - насыщенный хлоридсеребряный, соединенный с ячейкой электролитическим ключом). Вольтамперометрическое определение ртути проводят при E=(0.4-0.5) В, времени накопления 120 с при скорости развертки V=100 мВ/с. В зависимости от фонового раствора и потенциала накопления потенциал пика ртути находится в пределах от -0,55 до -0,60 В на буферном растворе Бриттона-Робинсона (pH=11,20) и NaOH, пик E=0.0 В регистрируется на фоне универсальной буферной смеси, 0,1 М HNO₃, 0,1 М HClO₄, не регистрируется на щелочном фоне. Интервал определяемых концентраций составляет 0,0004 мг/мл - 0,004 мг/мл (2·10^-6 M-2·10^-5 M).

Способ невозможно использовать для определения ртути в водных растворах из-за недостаточной чувствительности.

Сущность предлагаемого изобретения

Предлагаемый катодно-анодный способ определения ртути вольтамперометрией, заключающийся в том что, стеклоуглеродный электрод вначале выдерживают в фоновом растворе при потенциале от -0,4 до -0,7 В (катод) в течение 120 с, затем переключают потенциал на +0.4-+0,5 В (анод) и выдерживают в течение 10 с с последующей регистрацией вольтамперограммы, что изменяет механизм электрохимического процесса и позволяет снизить нижнюю границу определяемых содержаний ртути на 1-2 порядка.

Осуществление изобретения

Способ определения ртути катодно-анодной вольтамперометрией осуществляется следующим образом:

в электролизер со сменными стаканчиками, емкостью 10 мл, помещают 5 мл фонового раствора Бриттона-Робинсона (pH=1,81), в состав которого входят 0.04 М раствора фосфорной, уксусной и борной кислот, а также 0.2 М NaOH, от объема которого в смеси зависит реакция среды или 0,1 М HClO₄ или 0,1 М HNO₃. Затем в течение 3 мин удаляют из раствора кислород, пропуская через раствор газообразный азот с содержанием кислорода менее 0,001%.

Для проверки чистоты фона проводят предварительное электрохимическое концентрирование на рабочем стеклоуглеродном электроде при потенциале (-0,4…-0,7) В (катод) относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода в течение 120 с. Затем переключают потенциал на +0,4…+0,5 В (анод), выдерживают в течение 10 с, после чего фиксируют вольтамперограмму с линейной разверткой потенциала от +0,4 до +0,5 В при скорости развертки потенциала 100 мВ/с. Отсутствие тока пика, т.е. аналитического сигнала, свидетельствует о чистоте фона.

Затем вводят пробу, содержащую ртуть, и проводят электрохимическое концентрирование на рабочем стеклоуглеродном электроде при потенциале от -0,4 до -0,7) В в течение 120 с. При потенциалах выше -0,4 В аналитические сигналы не значительны, что затрудняет регистрацию. Выбирая более отрицательные потенциалы накопления, при E_нак от -0,7 В до -1,0 В не удается получить воспроизводимые сигналы, а при потенциалах отрицательнее -1,1 В происходит восстановление водорода из воды и величина тока уменьшается. (Таблица 1).

Затем переключают потенциал на +0,4…+0,5 В (анод), выдерживают в течение 10 с, что изменяет механизм электрохимического процесса и позволяет снизить нижнюю границу определяемых содержаний ртути на 1-2 порядка, после чего фиксируют вольтамперограмму с линейной разверткой потенциала от +0,4 до +0,5 В при скорости развертки потенциала 100 мВ/с и пиком восстановления ртути, при потенциале в пределах (-0,05…+0,05) В, линейно зависящим от концентрации ртути в водных растворах (Таблица 2). Сигнал ртути регистрируют и оценивают методом стандартных добавок аттестованных растворов относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода.

Способ катодно-анодного определения ртути вольтамперометрией позволяет снизить нижнюю границу определяемых содержаний на 1-2 порядка и использовать более дешевый стеклоуглеродный электрод.

Таблица 1. Величина тока восстановления ртути при различных потенциалах электроконцентрирования. E_нак, В h_x, мм I, мкА -0,1 0,4 0,04 -0,2 2,1 0,21 -0,3 4 0,40 -0,4 47 0,94 -0,5 41 0,82 -0,6 43 0,86 -0,7 52 1,04 -0,8 62 1,24 -0,9 71 1,42 -1,0 88 1,76 -1,1 71 2,84 -1,2 66 2,64 -1,3 57 2,28 -1,4 48 1,92

Таблица 2. Результаты определения ртути (II) на стеклоуглеродном электроде методом стандартных добавок Фоновый раствор Введено
$$C_{Hg}^{+2}\cdot {10}^7$$
(моль/л) Найдено
$$C_{Hg}^{+2}\cdot {10}^7$$
(моль/л) Sr Буферный раствор Бриттона-Робинсона 0,8 0,86±0,04 0,03 Буферный раствор Бриттона-Робинсона 5,0 5,20±0,09 0,02 0.1 М HClO₄, 0,3 0,32±0,03 0.01 0.1 М HClO₄, 2,0 2,10±0,05 0.02 0.1 М HNO₃, 4,0 3,90±0,20 0.04 0.1 М HNO₃, 6,0 6,20±0,10 0.03

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения микроконцентраций ртути в водных растворах. Способ определения ртути катодно-анодной вольтамперометрией с использованием электрода и фоновых растворов включает в себя следующую последовательность действий. Вначале выдерживают стеклоуглеродный электрод в фоновом растворе при потенциале от -0,4 до -0,7 В в течение 120 с, затем переключают на потенциал от +0.4 до +0,5 В и выдерживают в течение 10 с с последующей регистрацией вольтамперограммы с линейной разверткой потенциала от 0,4 В при 100 мВ/с и пиком восстановления ртути, наблюдаемым при потенциале в пределах (-0,05-0,05) В и линейно зависящим от концентрации ртути в водных растворах. Сигнал ртути регистрируют и оценивают методом добавок аттестованных растворов относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода. Изобретение обеспечивает возможность определения малого количества ртути в водных растворах методом катодно-анодной вольтамперометрии. 2 табл.

Способ определения ртути катодно-анодной вольтамперометрией, включающий в себя определение ртути вольтамперометрией с использованием электрода и фоновых растворов, отличающийся тем, что стеклоуглеродный электрод вначале выдерживают в фоновом растворе при потенциале от -0,4 до -0,7 В в течение 120 с, затем переключают на потенциал от +0.4 до +0,5 В и выдерживают в течение 10 с с последующей регистрацией вольтамперограммы и пиком восстановления ртути.