ЦВЕТОРЕАГЕНТ ДЛЯ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАТИОНОВ СЕРЕБРА В ВОДНОМ РАСТВОРЕ Российский патент 2024 года по МПК C02F1/00 G01N21/79 G01N33/18 

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано при фотометрическом определении катионов серебра в водных растворах.

Глиоксаль (этандиаль) является диальдегидом этандиовой (щавелевой ксилоты). Глиоксаль содержит две альдегидные электроноакцепторные группы, оказывающие взаимное влияние друг на друга. Благодаря такому строению, глиоксаль легко вступает в реакции нуклеофильного присоединения, редокс-превращения.

Глиоксаль находит применение в различных отраслях промышленности и как химический реагент в органическом синтезе, например, гетероциклических соединений.

Известно применение глиоксаля в ветеринарии в качестве дезинфицирующего средства [1], [2].

В работе [3] было установлено, что глиоксаль оказывает влияние на свойство буровых растворов: разжижающее действие на коллоидные глинистые суспензии и ингибирует процесс набухания глинистых сланцев.

Известно применение глиоксаля для проточно-инжекционного определения цефалоспориновых антибиотиков [4].

Известно предложение использовать глиоксаль в составе унифицированного модификатора для бензина, содержащего амиловый эфир уксусной кислоты (99,5-99,9 %), и глиоксаль (0,1-0,5 %) [5].

Известно применение глиоксаля в качестве добавки в клеевую композицию для снижения ее токсичности и повышения прочности клеевого соединения [6].

Известно применение глиоксаля в качестве органоминеральной добавки для придания прочности песчаным грунтам, в соотношении компонентов, ( в % от песчаного грунта): сапонит-содержащий материал (17) и глиоксаль (0,52) [7].

Известно применение глиоксаля в качестве сшивающего реагента при производстве карбоксиметилцеллюлозы [8].

Известно использование глиоксаля при производстве кожи [9].

Азотнокислое серебро (нитрат серебра(I)) - хорошо растворимое в воде кристаллическое вещество. Нитрат серебра находит широкое применение в медицине, в аналитической химии для определения хлорид ионов в водной среде, в синтезе органических и неорганических соединений, производстве зеркал, в гальванотехнике, в фотографии.

Известно применение нитрата серебра в составе бактерицидного средства [10].

Известно применение нитрата серебра в композиции для химического серебрения керамических материалов [11].

Известно применение нитрата серебра в составе электролита в области гальванотехники для нанесения финишного серебряного покрытия при изготовлении печатных плат [12].

Известно применение нитрата серебра в пиротехнических составах, предназначенных для искусственного регулирования осадков путем генерирования ионов термоионизационным способом [13].

Известно применение нитрата серебра в составе композиции при создании регистрирующего слоя термопроявляемого фотоматериала [14].

Известно применение нитрата серебра для синтеза стабильного раствора коллоидного серебра [15].

Известно применение нитрата серебра в качестве катализатора при синтезе сложных эфиров карбоновых кислот [16].

Известно применение нитрата серебра в химической технологии волокнистых материалов при изготовлении целлюлозных волокон, пропитанных наночастицами Ag(0) [17].

Известны различные варианты фотометрического определения катионов серебра [18], [19], [20], [21], [22], [23].

В данном изобретении предлагается использовать водный раствор глиоксаля в качестве цветореагента (восстановителя) для фотометрического определения катионов серебра. В фотометрическом анализе измеряют оптическую плотность раствора анализа, которая пропорциональна концентрации определяемого вещества. если оптическая плотность небольшая, то проводят фотометрическую реакцию с веществом (цветогреагентом), под которой понимается реакция в ходе которой образуется окрашенный продукт, оптическая плотность раствора которого пропорциональна концентрации аналита [24]. В фотометрической реакции окраска может быть вызвана действием цветореагента на аналит. В ходе фотометрической реакции цветореагент может входить в состав продукта реакции, а может косвенным образом вызывать изменения в аналите, которые приводят к появлению сильного поглощения поглощения. При взаимодействии глиоксаля с катионами серебра Ag(I) происходит их восстановление до Ag(0):

Образующиеся в редокс реакции атомы серебра агломерируются с образованием растущих частиц металлического серебра:

При неконтролируемом росте частиц металлического серебра выделяется серебряное зеркало или частицы выпадают в осадок. При этом фотометрическое определение становится невозможным. Поэтому важным для анализа становится предотвращение образования осадка. Размеры частиц серебра должны оставаться на наноуровне и образовывать окрашенный коллоидный раствор. Поэтому для стабилизации образующихся в ходе фотометрической реакции коллоидных частиц металлического серебра был использован раствор силиката натрия.

В предварительных экспериментах были установлены объемы растворов силиката натрия и глиоксаля для проведения фотометрической реакции:

Фотометрическая реакция реализуется следующим образом: к известному объему анализируемого раствора добавляют заданные объемы растворов силиката натрия и глиоксаля. После перемешивания определяют оптическую плотность при 397 нм.

Выбор полосы поглощения для фотометрического определения концентрации катионов серебра проведен на основе изучения электронных спектров. Для этого к 25 мл раствора нитрата серебра с концентрацией 12,6 мг/л добавляли 0,5 мл раствора силиката натрия и 0,2 мл водного раствора глиоксаля. Концентрации водных растворов: глиоксаля 40 % мас., силиката натрия - 4 % мас. и нитрата серебра 12,6 мг Ag/л. После перемешивания в области 250-600 нм был зарегистрирован электронный спектр, на котором максимум поглощения наблюдается при 397 нм (фиг 1). Толщина рабочего слоя кюветы 10 мм.

Пример 1. Фотометрическую реакцию проводили следующим образом.

В конической колбе при постоянном перемешивании на магнитной мешалке смешивали 25 мл раствора нитрата серебра (4,2 мг/л), 0,5 мл раствора силиката натрия и 0,2 мл раствора глиоксаля. У полученного раствора измеряли оптическую плотность при 397 нм в кювете с толщиной рабочего слоя 10 мм. Концентрация раствора нитрата серебра составила 4,2 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составила 0,200.

Пример 2. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1, отличающийся тем, что концентрация раствора нитрата серебра составила 12,6 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составляла 0,561.

Пример 3. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1, отличающийся тем, что концентрация раствора нитрата серебра составила 16,8 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составляла 0,773.

Пример 4. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1, отличающийся тем, отличающийся тем, что концентрация раствора нитрата серебра составила 25,2 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составляла 1,143.

Пример 5. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1, отличающийся тем, что концентрация раствора нитрата серебра составила 29,4 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составляла 1,387.

Пример 6. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1, отличающийся тем, что концентрация раствора нитрата серебра составила 33,6 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составляла 1,543.

Пример 7. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1, отличающийся тем, отличающийся тем, что концентрация раствора нитрата серебра составила 42,0 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составляла 2,139.

Полученные данные сведены в таблицу 1.

Таблица 1 Пример А₃₉₇ Концентрация, мг Ag /л 1 0,200 4,2 2 0,561 12,6 3 0,773 16,8 4 1,143 25,2 5 1,387 29,4 6 1,543 33,6 7 2,139 42,0

По полученным данным построена градуировочная зависимость (фиг. 2) концентрации серебра в растворе (С_Ag) от оптической плотности при 397 нм (A₃₉₇), которая аппроксимируется полиномом первой степени:

С_Ag = 21,21637⋅A₃₉₇ + 0,59749

Величина коэффициента парной корреляции (R² 0,99763), свидетельствует о хорошей линейности градуировочной зависимости. Следовательно, фотометрическая реакция подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера.

Применимость фотометрической реакции для определения концентрации серебра в водных растворах была оценена в примерах, приведенных ниже.

Пример 8. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1, отличающийся тем, что концентрация раствора нитрата серебра составила 12,6 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составляла 0,561. Концентрация, вычисленная по уравнению градуировочной зависимости, составила 12,6 мг Ag/л, что составляет 99 % от заданной концентрации.

Пример 9. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1, отличающийся тем, что концентрация раствора нитрата серебра составила 21,0 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составляла 0,930. Концентрация, вычисленная по уравнению градуировочной зависимости, составила 20,33 мг Ag/л, что составляет 97 % от заданной концентрации.

Пример 10. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1, отличающийся тем, что концентрация раствора нитрата серебра составила 37,8 мг Ag/л, а величина оптической плотности при 397 нм составляла 1,830. Концентрация, вычисленная по уравнению градуировочной зависимости, составила 39,3 мг Ag/л, что составляет 104 % от заданной концентрации.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что применение глиоксаля в качестве цветореагента, образующего окрашенный коллоидный раствор серебра, позволяет с хорошей точностью определять концентрацию ионов серебра в водном растворе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Колычев Н.М., Аржаков В.Н., Заболотных А.В., Аржаков П.В. Глиоксаль для дезинфекции объектов ветеринарного надзора. - Сб. науч. тр. «Перспективы развития аграрной науки и образования». - Омск, 2008. - С. 171-177.

[2] Колычев Н.М., Аржаков В.Н., Аржаков П.В. Бактерицидные свойства препарата «глиоксаль» // Вестник ветеринарии. - 2009. - № 3 (50). - С. 26-31.

[3] Минаев К.М., Мартынова Д.О., Князев А.С., Захаров А.С. Исследование свойств буровых растворов, содержащих глиоксаль и модифицированные глиоксалем полисахариды // Вестник Томского государственного университета. - 2014. - № 380. - С. 225-229.

[4] Sun Yuanyuan, Tang Yuhai, Yao Hong, Zheng Xiaohui. Potassium permanganate-glyoxal chemiluminescence system for flow injection analysis of cephalosporin antibiotics: cefalexin, cefadroxil, and cefazolin sodium in pharmaceutical preparations, // Talanta. - 2004. - Vol. 64, N 1. - P. 156-159.

[5] Пат.2457238 РФ. Унифицированный модификатор моторных топлив / Н.М. Волков, В.Н. Решетников // Бюл. - 2012. - № 21.

[6] Пат. 2488609 РФ. Клеевая композиция / А.С. Князев, В.С. Мальков, И.Н. Мутас // Бюл. - 2013. - № 21.

[7] Пат. 2595280 РФ. Органоминеральная добавка для укрепления песчаных грунтов / Ю.В. Гайда, А.М. Айзенштадт, А.Л. Невзоров, А.В. Никитин, В.С. Мальков, А.С. Князев, М.А. Фомиченков // Бюл. - 2016. - № 24.

[8] Пат. 2177481 РФ. Способ получения карбоксиметилцеллюлозы / В.И. Давыдова, Н.В. Смирнова, В.В. Титова, В.А. Петренко, В.А. Бондарь. - Опубл. 27.12.2001.

[9] Пат. 2478120 РФ. Кожа / С. Касивагура, С. Ямагути, Й. Ито, Т. Ямагути // Бюл. - 2011. - № 22.

[10] Пат. 2730459 РФ. Бактерицидное средство / Е.И. Гаврикова // Бюл. - 2020. - № 24.

[11] Пат. 2644462 РФ. Композиция для химического серебрения керамических материалов / И.О. Спешилов, Н.А. Аснис, В.Н. Грунский, М.Д. Гаспарян, Н.С. Григорян, А.А. Абрашов, Т.А. Ваграмян // Бюл. - 2018. - № 5.

[12] Пат. 2536127 РФ. Кислый электролит для серебрения / В.А. Терешкин, Л.Н. Григорьева, Ж.Н. Фантгоф // Бюл. - 2011. - № 26.

[13] Пат. 2583070 РФ. Универсальный пиротехнический состав для изменения атмосферных условий / В.Н. Козлов, Н.А. Коршун // Бюл. - 2016. - № 13.

[14] А.С. 1625234 СССР. Способ изготовления композиции регистрирующего слоя термопроявляемого фотоматериала / П.З. Велинзон, С.И. Гафт, И.М. Гутман, С.С. Тибилов // Опубл. 15.01.1994.

[15] Пат. 2792646 РФ. Способ получения стабильного раствора коллоидного серебра / Ю.Г. Хабаров, Н.А. Вяткин, В.А. Вешняков, С.Б. Селянина, И.Н. Зубов // Бюл. - 2023. - № 9.

[16] Пат. 2428251 РФ. Катализатор для получения сложных эфиров карбоновых кислот, способ его получения и способ получения сложных эфиров карбоновых кислот / К. Сузуки, Т. Ямагути // Бюл. - 2011. - № 25.

[17] Пат. 2669626 РФ. Целлюлозные волокна / А. Даффи, Г. Кеттлвелл // Бюл. - 2017. - № 31.

[18] Каранди И.В., Бузланова М.М. Фотометрическое определение серебра в водных растворах в виде тетраиодмеркурата // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2009. - Т. 75, № 9. - С. 23-24.

[19] Унифицированные методы анализа вод. Под ред. Ю.Ю. Лурье - М.: Химия, 1973. - 256 с.

[20] Velasco A., Silva M., Valcarcel M. Indirect kinetic photometric determination of nickel, cobalt, mercury, and silver based on their transient inhibitory effect on a catalytic reaction // Microchemical journal. - 1990. - Vol. 42, N 1. - P. 110-114.

[21] Ingole P.P., Abhyankar R.M., Prasad B.L.V., Haram S.K. Citrate-capped quantum dots of CdSe for the selective photometric detection of silver ions in aqueous solutions // Materials Science and Engineering: B. - 2010. - Vol. 168, N 1-3. - P. 60-65.

[22] Flaschka H., Weiss R. The extraction and photometric determination of zinc in the presence of large amounts of lead (mercury, copper, or silver) using 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN) and employing iodide masking, // Microchemical Journal. - 1970. - Vol. 15, N 4. - P. 653-665. DOI: 10.1016/0026-265X(70)90110-4.

[23] Budesinsky B.W., Svec J. Photometric determination of silver and mercury with glyoxal dithiosemicarbazone // Analytica Chimica Acta. - 1971. - Vol. 55, N 1. - P. 115-124. DOI: 10.1016/S0003-2670(01)82747-1.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано при фотометрическом определении катионов серебра в водных растворах. Предложено использовать глиоксаль в качестве цветореагента для фотометрического определения катионов серебра в водных растворах в присутствии водного раствора силиката натрия для стабилизации частиц коллоидного серебра. Оптическая плотность определяют при 397 нм. Технический результат: определение концентрации ионов серебра в водном растворе. 1 табл., 10 пр., 2 ил.

Применение глиоксаля в качестве цветореагента для фотометрического определения катионов серебра в водных растворах в присутствии водного раствора силиката натрия.