Способ определения содержания тербия Российский патент 2023 года по МПК G01N21/63 C01F17/00 G01N31/00 B01J20/10 B01J20/22 

Изобретение относится к области аналитической химии элементов, а именно, к методам определения тербия, и может быть использовано при его определении в технологических растворах, природных и техногенных водах.

Для определения тербия в объектах различного состава широко используется люминесцентный метод, основанный на образовании люминесцирующих комплексов с кислород и азотсодержащими органическими реагентами, а именно: 1,10-фенантролин, этилендиаминтетрауксусная кислота, салициловая кислота, 4-сульфофенил-3-метилпиразолон-5 и др. Одними из широко используемых реагентов, в том числе и для люминесцентного определения тербия, является 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислота (тайрон).

Для повышения чувствительности и селективности люминесцентного определения тербия(III) сочетают его предварительное сорбционное концентрирование с последующим определением непосредственно в фазе сорбента.

Известен сорбционно-люминесцентный способ определения тербия(III ), основанный на сорбционном концентрировании Tb(III ) на Закарпатском клиноптилолите из раствора с рН 8,25, прокаливании сорбента с тербием при 500°С и последующим люминесцентным его определением в фазе сорбента [Vasylechko V.O. Sorption-luminescence method for determination of terbium using Transcarpathian clinoptilolite / V.O. Vasylechko, G.V. Gryshchouk, V.P. Zakordonskiy, L.O. Vasylechko, M. Schmidt, I.M. Leshchack, Ya.M. Kalychak, S.R. Bagday / Talanta, 2017. - V. 174, P. 486-492].

Способ предусматривает выполнение следующих операций:

- приготовление раствора анализируемой пробы;

- добавление боратного буфера для создания рН 8,25;

- пропускание с помощью перистальтического насоса 500 мл полученного раствора через картридж, заполненный 0,6 г клиноптилолита, со скоростью 3 мл/мин;

- пропускание с помощью перистальтического насоса 50 мл дистиллированной воды через картридж с сорбированным тербием со скоростью 3 мл/мин;

- прокаливание высушенных образцов клиноптилолита-Tb(III ) в муфельной печи при 500°С в течение 2,5 ч;

- охлаждение в эксикаторе до комнатной температуры;

- измерение интенсивности люминесценции прокаленного образца клиноптилолита-Tb(III).

Содержание тербия определяют по методу добавок. Предел обнаружения тербия составляет 1 нг/мл (1 мкг/л).

Недостатком способа является относительно высокий предел обнаружения и длительность проведения сорбционно-люминесцентного анализа.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемым результатам является сорбционно-люминесцентный способ определения тербия(III ) с использованием мембраны из полиакрилонитрильного волокна, нековалентно модифицированной сульфонилкаликс[4]ареном [Hua W. Sulfonylcalix[4]arene functionalized nanofiber membranes for effective removal and selective fluorescence recognition of terbium(III) ions / W. Hua, M. Wang, P. Li, Ke Shen, X. Wang, B.S. Hsiao / New Journal of Chemistry, 2018. - V. 42, P. 6191-6202], который предусматривает выполнение следующих операций:

- приготовление раствора анализируемой пробы;

- помещение 50 мл раствора анализируемой пробы с рН 5 в пробирку;

- внесение мембраны, нековалентно модифицированной сульфонилкаликс[4]ареном, размером 1,5 см × 1,0 см и выдерживание в растворе 3 ч;

- высушивание мембраны с сорбированным тербием;

- измерение интенсивности люминесценции мембраны с сорбированным тербием. Предел обнаружения тербия равен 0,5 мкг/мл.

Техническим результатом является снижение предела обнаружения, упрощение методики определения тербия и сокращение продолжительности анализа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения содержания тербия, включающим приготовление сорбента, извлечение тербия(III ) из раствора сорбентом, переведение тербия (III) в комплексное соединение, отделение сорбента от раствора, измерение интенсивности люминесценции поверхностного комплекса тербия(III) и определение содержания тербия, новым является то, что в качестве сорбента используют кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой, извлечение осуществляют при рН 6,0-8,0 с образованием на поверхности сорбента люминесцирующего при комнатной температуре комплексного соединения тербия(III) с 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфоксилотой, измерение интенсивности люминесценции сорбента осуществляют при 546 нм, а определение содержания тербия проводят по градуировочному графику.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данных и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что находящийся в растворе тербий (III) при рН 6,0-8,0 количественно (степень извлечения составляет ≥98%) извлекают кремнеземом, последовательно модифицированным

полигексаметиленгуанидином и 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой, со временем установления сорбционного равновесия, не превышающего 5 минут. В процессе сорбции на поверхности сорбента образуются комплексные соединения тербия(III) с 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой, интенсивно люминесцирующие зеленым цветом при комнатной температуре при их облучении ультрафиолетовым светом. Максимум спектра люминесценции расположен при 546 нм.

Способ осуществляют следующим образом.

Для синтеза сорбента к 10 г кремнезема добавляют 100 мл 2%-го раствора полигексаметиленгуанидина и перемешивают в течение 30 мин. Кремнезем отделяют от раствора декантацией и промывают дистиллированной водой. Затем обработанный полигексаметиленгуанидином кремнезем обрабатывают 100 мл 3⋅10^-4 Μ раствором 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислоты и интенсивно перемешивают в течение 20 мин. Сорбент отделяют от раствора декантацией, промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе.

В исследуемый раствор с рН 6,0-8,0, содержащий тербий(III), вносят 0,1 г сорбента - кремнезема, нековалентно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой, перемешивают в течение 5 мин.

Сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 546 нм. Содержание тербия находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях.

Предел обнаружения, рассчитанный по 3s-критерию, равен 0,005 мкг тербия тербия(III) на 0,1 г сорбента. Данное количество тербия является той минимальной концентрацией, которую возможно зарегистрировать на данной навеске сорбента на существующих приборах относительно сигнала фона. Линейность градуировочного графика сохраняется до 30 мкг тербия на 0,1 г сорбента.

Относительный предел обнаружения тербия(III) зависит от объема раствора, из которого проводили сорбцию тербия(III). Так, при использовании 10 мл раствора, относительный предел обнаружения составляет 0,0005 мкг/мл, а при использовании 50 мл раствора 0,0001 мкг/мл (0.1 мкг/л), что в 10 раз меньше предела обнаружения по прототипу.

Увеличение или уменьшение рН раствора приводит к снижению степени извлечения тербия (III) и, как следствие, к увеличению предела обнаружения (таблица 1).

Пример 1 (прототип). К 50 мл раствора, содержащего 1 мкг/мл тербий(III) (рН 5,0), добавляют мембрану, модифицированную сульфонилкаликс[4]ареном, и выдерживают в течение 3 часов. Мембрану извлекают и высушивают на воздухе, регистрируют люминесценцию мембраны при облучении УФ-светом. Найдено 0,10±0,02 мкг.

Пример 2 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 6,0-8,0, содержащему 0,1 мкг тербия(III), вносят 0,1 г сорбента - кремнезема, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой, интенсивно перемешивают в течение 5 минут, сорбент отделяют от раствора декантацией, переносят в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 546 нм. Количество тербия(III) находят по градуировочному графику. Найдено 0,10±0,02 мкг.

Пример 3 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 6,0-8,0, содержащему 1,0 мкг тербия(III), вносят 0,1 г сорбента - кремнезема, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой, интенсивно перемешивают в течение 5 минут, сорбент отделяют от раствора декантацией, переносят в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 546 нм. Количество тербия(III) находят по градуировочному графику. Найдено 1,00±0,08 мкг.

Пример 4 (предлагаемый способ). 500 мл раствора с концентрацией тербия(III) 0,002 мкг/мл тербия(III) пропускают через стеклянную миниколонку, содержащую 0,1 г сорбента - кремнезема, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой, со скоростью 1 мл/мин. После пропускания сорбент вынимают из колонки, помещают в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 546 нм. Содержание тербия(III) находят по градуировочному графику. Найдено 1,0±0,1 мкг.

Способ характеризуется высокой чувствительностью и простотой выполнения. Использование кремнезема, модифицированного полигексаметиленгуанидином и 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой, позволяет снизить относительный предел обнаружения тербия(III) в 10 раз по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к области аналитической химии элементов, а именно к методам определения тербия (III), и может быть использовано при его определении в технологических растворах, природных и техногенных водах. Определение содержания тербия включает приготовление сорбента, извлечение тербия (III) из раствора сорбентом, переведение тербия (III) в комплексное соединение, отделение сорбента от раствора, измерение интенсивности люминесценции поверхностного комплекса тербия (III) и определение содержания тербия. В качестве сорбента используют кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой. Извлечение осуществляют при рН 6,0-8,0 с образованием на поверхности сорбента люминесцирующего при комнатной температуре комплексного соединения тербия (III) с 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфоксилотой. Измерение интенсивности люминесценции сорбента осуществляют при 546 нм. Определение содержания тербия проводят по градуировочному графику. Способ позволяет снизить предел обнаружения, упростить методику и сократить продолжительность анализа. 1 табл., 4 пр.

Способ определения содержания тербия, включающий приготовление сорбента, извлечение тербия (III) из раствора сорбентом, переведение тербия (III) в комплексное соединение, отделение сорбента от раствора, измерение интенсивности люминесценции поверхностного комплекса тербия (III) и определение содержания тербия, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфокислотой, извлечение осуществляют при рН 6,0-8,0 с образованием на поверхности сорбента люминесцирующего при комнатной температуре комплексного соединения тербия (III) с 1,2-дигидроксобензол-3,5-дисульфоксилотой, измерение интенсивности люминесценции сорбента осуществляют при 546 нм, а определение содержания тербия проводят по градуировочному графику.