Способ определения цинка 8-оксихинолином Российский патент 2022 года по МПК G01N31/02 G01N1/34 

Изобретение относится к аналитической химии и может использоваться при контроле металлов-загрязнителей в воде, почве, технологических растворах, растениях, пище, живых организмах.

В частности, определение цинка 8-оксихинолином может быть использовано в анализе сточных вод гальванических производств.

Из существующего уровня техники известен способ колориметрического определения концентрации цинка в водных растворах. Метод основан на образовании окрашенного в красный цвет соединения цинка с дитизоном с дальнейшим извлечением дитизоната цинка в слой четыреххлористого углерода при pH=4,5-1,8 и колориметрированием в области 535 нм (Патент РФ 2125724, опубл. 27.01.1999).

Недостатками данного технического решения является необходимость экстракции окрашенного продукта органическим растворителем, отделение органического слоя с дитизонатом цинка, перевод цинка в водный раствор, отделение и нейтрализация водного слоя с последующим титрованием цинка Трилоном Б. Набор перечисленных процедур существенно увеличивает время однократного определения концентрации цинка в пробе.

Известен способ определения цинка в водных растворах по реакции «родамина С» с ионами цинка с образованием окрашенного комплексного соединения, которое экстрагируют диэтиловым эфиром и измеряют светопоглощение образующегося коллоидного водного раствора (Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984, С.164).

Недостатками способа являются высокая погрешность и длительность определения.

Известен способ определения цинка антраниловой кислотой осаждением Zn(C₇H₆NO₂) ⋅xH₂O из нейтральных и слабокислых растворов (аналог).

К недостаткам способа относится мешающее определению присутствие большинства других металлов, кроме щелочных и щелочноземельных металлов (Основы аналитической химии. Практическое руководство. Учебное пособие для вузов. М., Высшая школа, 2001, С.221-222).

В качестве ближайшего аналога (прототипа), известен способ определения цинка 8-оксихинолином осаждением цинка в виде желтого кристаллического осадка Zn(C₉H₆NO₂)⋅xH₂O из уксуснокислых растворов. После сушки при 130-140°C гравиметрическая форма оксихинолята цинка Zn(C₉H₆NO₂). Осаждению не мешают алюминий, хром, железо, свинец, висмут, олово, мышьяк, кобальт, никель и марганец. Медь маскируется тиомочевиной (Основы аналитической химии. Практическое руководство. Учебное пособие для вузов. М., Высшая школа, 2001, С.220-221).

К недостаткам прототипа относится необходимость проведения процесса маскирования меди, что требует приготовления и использования дополнительного реактива - тиомочевины.

Задачей, на которую направлено заявляемое решение, является устранение процесса маскирования меди тиомочевиной.

Поставленная задача решается тем, что перед проведением анализа сточных вод гальванических производств медь, как металл, стоящий в ряду активности металлов после водорода, осаждается электролизом на угольных электродах.

Из уровня техники известно, что если при электролизе на угольных электродах растворов с рН=4-5 (Савельева Е. А., Дикун М. П., Распопова Н. С., Соловьева Н. Д. Влияние режима импульсного электролиза на эффективность очистки растворов от катионов меди // Вестник технологического университета. 2016. Т.19, №13. С.92), содержащих активный металл цинк и менее активный металл медь, приложить напряжение не более 1,7 В, при катодной плотности тока 2 А/дм², то цинк выделяться не будет, а осаждение меди будет практически полным («Электрогравиметрия», Методические указания, Саратовский государственный технический университет, 2006, С.12. http://www.galvanicrus.ru/files/electrogravimetry.pdf). По мере осаждения меди сила тока в цепи упадет до минимума, что будет свидетельствовать об окончании процесса.

Полноту осаждения меди удобно контролировать помещением 2-3 капель исследуемого раствора на часовое стекло с прибавлением 2 капель ацетата натрия и 2 капель раствора желтой кровяной соли. Если не появляется красновато-бурый осадок [Cu₂Fe(CN)₆], осаждение меди на катоде можно считать законченным (Садименко Л.П. «Метод. пособие к практическим занятиям по аналит.химии. Колич. анализ. Часть 1. (Гравиметрический и электрогравиметрический анализ), Р/Д, 2004. http://window.edu.ru/catalog/pdf2txt/974/19974/3187).

Техническим результатом является повышение надежности анализа, благодаря двойному контролю удаления меди из раствора и упрощение процесса определения содержания цинка с 8-оксихинолином за счет исключения процесса приготовления (взвешивание, растворение, дозирование) и использования дополнительных реактивов - 0,05 М раствора тиомочевины.

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом показано в табл.

Виды
технического
результата и их размерность Показатели фактические или расчетные Объяснение, за счет чего (отличительный признак и/или их
совокупность) стало возможным
улучшение показателей предложенного объекта по сравнению с прототипом прототипа заявляемого объекта Определение содержания цинка с 8-оксихинолином Медь маскируется тиомочевиной Медь осаждается электролизом на угольных электродах. Повышается надежность анализа т.к. исключена возможность ошибки определения цинка из-за недостаточного количества введенного маскиранта (тиомочевины), т.к. в прототипе полнота маскирования не контролируется.
В заявляемом объекте удаление меди из раствора дважды контролируется (По мере осаждения меди сила тока в цепи падает до минимума и в контрольном опыте красновато-бурый осадок Cu₂[Fe(CN)₆] не образуется при контакте с желтой кровяной солью).
Упрощается процесс исключением приготовления (взвешивание, растворение, дозирование) и использования дополнительных реактивов и дистиллированной воды

Возможность осуществления изобретения показана примерами.

Для осуществления экспериментов приготовили:

- модельный раствор, содержащий по 16 мг/дм³ меди и 16 мг/дм³ цинка, а также по 5 г ацетата натрия и 5 см³ уксусной кислоты для поддержания рН=4 - 5;

- 0,05 М раствор тиомочевины, содержащий 3,8 г/дм³ тиомочевины, для маскирования меди в растворе;

- 5% уксуснокислый раствор 8-оксихинолина;

- электролизер с угольными электродами.

Пример 1. Для маскирования меди в 1 дм³ модельного раствора добавили 4 мл 0,05 М раствора тиомочевины. Полученный раствор нагревали до 60°C и вводили 100 мм³ 5% уксуснокислого раствора 8-оксихинолина (с небольшим избытком от расчетного количества 71 мм³) и оставляли на кипящей водяной бане до коагуляции осадка. Осадок отфильтровывали, промывали и сушили при 130-140°C до постоянной массы. Вес осадка составил 103,84 мг, что отвечает содержанию цинка в соединении Zn(C₉H₆NO)₂ (19,2 мг Zn), т.е. ошибка определения составляет 19,2:16⋅100=1,2%. Ошибка эксперимента становится понятной после проверки реакцией пробы раствора с желтой кровяной солью на полноту маскирования меди. Капельная реакция демонстрирует появление красновато-бурого осадка [Cu₂Fe(CN)₆]. Вывод. Введенное количество тиомочевины недостаточно для маскирования меди, поэтому незамаскированная медь, выпадая в осадок в виде оксохинолината меди, внесла искажение в конечный результат.

Пример 2. Для маскирования меди в 1 дм³ модельного раствора добавили 5 мл 0,05 М раствора тиомочевины. Полученный раствор нагревали до 60°C и вводили 100 мм³ 5% уксуснокислого раствора 8-оксихинолина (с небольшим избытком от расчетного количества 71 мм³) и оставляли на кипящей водяной бане до коагуляции осадка. Осадок отфильтровывали, промывали и сушили при 130-140°C до постоянной массы. Вес осадка составил 86,53 мг, что отвечает содержанию цинка в соединении Zn(C₉H₆NO)₂ (16 мг Zn). Это соответствует содержанию цинка в анализируемом растворе. Капельная реакция с желтой кровяной солью на полноту маскирования меди также показала отсутствие красновато-бурого осадка [Cu₂Fe(CN)₆]. Вывод. Введенная в исследуемый раствор тиомочевина полностью маскирует медь, что обеспечивает получение истинного результата по содержанию цинка в модельном растворе.

Пример 3. Для маскирования меди в 1 дм³ модельного раствора добавили 6 мл 0,05 М раствора тиомочевины. Полученный раствор нагревали до 60°C и вводили 100 мм³ 5% уксуснокислого раствора 8-оксихинолина (с небольшим избытком от расчетного количества 71 мм³) и оставляли на кипящей водяной бане до коагуляции осадка. Осадок отфильтровывали, промывали и сушили при 130-140°C до постоянной массы. Вес осадка составил 86,53 мг, что отвечает содержанию цинка в соединении Zn(C₉H₆NO)₂ (16 мг Zn). Это соответствует содержанию цинка в анализируемом растворе. Капельная реакция с желтой кровяной солью на полноту маскирования меди также показала отсутствие красновато-бурого осадка [Cu₂Fe(CN)₆]. Вывод. Введенное в исследуемый раствор избыточное количество тиомочевины полностью маскирует медь, что обеспечивает получение истинного результата по содержанию цинка в модельном растворе, но приводит к неоправданному перерасходу маскиранта.

Пример 4. Для устранения влияния меди на определение цинка 8-оксихинолином осуществлялся электролиз 1 дм³ модельного раствора в течение 30 с на угольных электродах при напряжении 1,7 В и катодной плотности тока 2 А/дм². В соответствии с первым законом Фарадея, масса выделившейся меди m≡M⋅I⋅t/(z⋅F). При этих условиях может быть удалено m_Cu=63,5⋅2⋅30/2⋅96500=0,01976 г=19,76 мг. Т.к. в модельном растворе изначально было только 16 мг меди, то 30 секунд достаточно для осаждения на электродах всей меди из раствора. Капельная реакция с желтой кровяной солью подтвердила полноту осаждения меди, т.к. показала отсутствие красновато-бурого осадка [Cu₂Fe(CN)₆].

Полученный раствор после электролиза нагревали до 60°C и вводили 100 мм³ 5% уксуснокислого раствора 8-оксихинолина (с небольшим избытком от расчетного количества 71 мм³) и оставляли на кипящей водяной бане до коагуляции осадка. Осадок отфильтровывали, промывали и сушили при 130-140°C до постоянной массы. Вес осадка составил, 86,53 мг, что отвечает содержанию цинка в соединении Zn(C₉H₆NO)₂ (16 мг Zn). Это соответствует содержанию цинка в анализируемом растворе. Вывод. Осаждение меди электролизом обеспечивает надежное определение цинка 8-оксихинолином, упрощает процесс анализа и сокращает расход реагентов.

Изобретение относится к аналитической химии. Раскрыт способ определения цинка в водном растворе 8-оксихинолином по массе осадка Zn(C₉H₆NO)₂, в котором перед анализом водный раствор подвергается электролизу при напряжении 1,7 В для удаления мешающей определению меди, а удаление меди дважды контролируется: по падению силы тока в цепи до минимума и по контрольному опыту, в котором красновато-бурый осадок Cu₂[Fe(CN)₆] не образуется при контакте с желтой кровяной солью. Изобретение обеспечивает повышение надежности анализа, благодаря двойному контролю удаления меди из раствора, и упрощение процесса определения содержания цинка с 8-оксихинолином. 1 табл., 6 пр.

Способ определения цинка в водном растворе 8-оксихинолином по массе осадка Zn(C₉H₆NO)₂, отличающийся тем, что перед анализом водный раствор подвергается электролизу при напряжении 1,7 В для удаления мешающей определению меди, а удаление меди дважды контролируется: по падению силы тока в цепи до минимума и по контрольному опыту, в котором красновато-бурый осадок Cu₂[Fe(CN)₆] не образуется при контакте с желтой кровяной солью.