Способ определения примесей в воде (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01N21/64 

f

Изобретение относится к технике анализа состава воды и может быть использовано в аналитической химии, охране окружающей среды и т.д.

Целью изобретения является повышение избирательности способа.

Способ,осуществляется слёдуюшим образом.

В исследуемой пробе воды вращение вокруг оси симметрии растворяют образцы щел очно -галоидных соединений (ЩГС) , содержащие центры окраски (ЦО) с различными свойствами и концентрациям (10 - 10 центров на см ), созванные путем .облучения, аддитивным окрашиванием в парах натрия или другим спосебом и измеряют интенсивность лиолюминесценции (ЛЛ) ., возникающей при растворении каждого образца, или растворяют ЩГС с одинаковыми свойствами и концентрацией ЦО, но в исследуемую пробу после измерения .гпоминесценции одного образца добавляют определенное количество акцепто- ра-т5пцителя или активатора-тпоминофо- ра, затем растворяют второй кристалл ЩГС или ЩГС с одинаковой корщентра- цией и свойствами ЦО в неизменном составе пробы, но один, кристилл вращают с одной, а второй - с существенно отличающейся от первой скоростью вращения диска. Измеряют возникающую во время растворения каждого ЩГС интенсивность люминесценции и строят рабочие зависимости, интенсивности первого измерения от интенсивности второго измерения для отдельных примесей и смесей примесей.

Для получения рабочей зависимости (рабочего графика) используют два градуировочных графика зависимости- интенсивности ЯП от концентрации примеси или смеси примесей. Б последнем случае относительное количество разных примесей не меняется но меняется суммарное количество примесей. Два градуировочных графика получают, используя ЩГС с различающимися свойствами ЦО, или используя исследуемый растворитель до и после добавления в исследуемую пробу активаторов или тз.тпителей люминесценциИэ или используя две различные угловые скорости вращения изготовленного в виде диска ГЦГС с ЦО.

Далее для одинаковых концештра- ций или одинакового состава примесей ,на оси абсцисс откладывают величины

12262032

интенсивности люминесценции для первого измерения, а на оси ординат - для второго. Точки ке плоскости (-sJj) npti этом соответств я-от соста- 5 вам примесей; отличающимся абсолютными занчениями суммарной концентрации примесей, но с равным относительным содержанием примесей.

)

0

5

0

5

0

5

0

Отдельньге точки соединяются плавной линией и получается рабочий график. Для каждого соотношения относи- тельнь х количеств, составляющих смесь „примесей компонент, строят свою t кривуюJ совокупность кривых для всех рассмотр енных вариантов относитель- кых составов примесей образует конечный рабочий график для определения относительного состава примесей.

Далее измер ;ют два значения люминесценции неизвестной пробЕл, по рабочему графику судят о химической природе примеси или об относительном составе примесей, а по градуировоч- ному графику определяют концентрацию примеси.

Неоднозначность возникает только в том слут-jae, если две кривые на рабочем графике пересекаются, но она может быть устранена дополнительным измерением с другим составом ЦО в образце ЩГС, В простых случаях малого числя примесей (2-3 типа) тип принес;ей можно определить графически, используя соответствующие рабочие графики. Однако в случае более сложной смеси примесей целесообразно применять математическую обработку результатов на ЭВМ, поскольку необходима перейти от кривой (геометрического места точек для ка вдого типа примесей) на плоскости при нали-, чии двух типов примесей к кривой в трех-, четырех-, и т.д. мерном пространстве для трех, четырех и т.д. типов примесей соответственно, В случае смесей необходшчо рассмотреть многомерньЕе (размерностью 2 - т где m - число типов примесей) поверхности 3 многомерном ( m - мер1-1ом) пространстве. Это требует использования набора проекций и сечений,, что услож- ня;ет математическую обработку.

Способ являет ся высокочувствитель- ньм н позволяет определять примеси с концентрацией меньше 10 моль/л.

П р и м е р j„ Монокристаллы хлорида Н 1тр1-ш изготавливают в виде дисков ра.;:;кусом 5 мм и высотой 2 им.

Для получения кристаллов с отличающимися физико-химическими свойствами диски монокристаллов разделяют на две равные части и обозначают образцы I и 11. Образцы I погружают в установку РХМ-|-20 и при мощности дозы 10 Гр/ч (источник Со -у) облучают одинаковой дозой 10 Гр,а образцы II соответственно дозой 10 Гр. При этом в образцах II концентрация одиночных электронных НО (F-центров) на порядок больше, чем в образцах Г. Берут пробы воды, содержащие ионы меди (II) кадмия (II) и смеси этих ионов в интервале концентрации 10 - 10 моль/л Величина рН 4, а содержание хлорида натрия 3 моль/л. В каждой пробе проводят растворение облученных образцов Г и II кристаллов хлорида натрия. Для этого диски монокристаллов цриклеивают к фторпластовым держателям и при вращении вокруг оси симметрии с постоянной угловой скоростью 100 рад/с погружают в 40 мл исследуемых проб воды. Во время растворения каждого образца регистрируют люминесценцию цри помощи фотоумножителя ФЭУ-79. При имеющихся условиях црове- дения растворения интенсивность лю

минесценции постоянна во времени растворения одного образца. Строят рабочие зависимости интенсивности люминесценции образцов I от интенсивности люминесценции образцов II. Каждая примесь и смесь примесей имет свою характерную зависимость (фиг.1). Для количественного определения концентрации примеси строят градуировочные графики интенсивности люминесценции от концентрации примеси (фиг.2 и 3) ионов и по сравнению с данными градуировочных графиков определяют ее концентрацию. Для смесей меди и кадмия строят отдельные градуировочные графики для разных соотношений компонентов. Затем берут пробу с неизвестным составом примесей. Все измерения проводят в тех же условиях, что и при построении градуировочных кривых и рабочих зависимостей (фиг.1 - 3). По сравнению с рабочей зависимостью (фиг.1) определяют тип (химическую природу), а по градуировочным графикам (фиг.2 и 3) - концентрацию примесей.

Пример 2. Изготовление дисков монокристаллов хлорида натрия

-, .1 25

fO

20

262034

проводят аналогично примеру 1. Облучение проводят на той же установке РХМ-у-20, но все диски облучают одинаковой дозой 10 Гр. Дпя стандартизации условий измерения в исследуемых пробах воды устанавливают концентрацию хлорида натрия 3 моль/л. Растворение всех дисков проводят при одинаковой угловой скорости вращения 100 рад/с. Берут пробы воды, содержащие примеси ионов кадмия (II) и меди (II) и смеси этих ионов в пределах концентраций 10 - 10 моль/л. Для каждого измерения берут две пробы воды. В одну добавляют соляную кислоту с величиной рН 4, а в другую - рН 3. По измерениям интенсивности ЯП, возникающей при растворении в этих пробах воды при разных концентрациях ионов меди и кадмия дисков хлорида натрия, строят рабочие зависимости интенсивности люминесценции при рН 4 от интенсивности люминесценции при рН 3 (фиг.4). Каждая примесь и их смеси характерную зависимость (фиг. 4) . Дпя количественного определения концентрации примеси строят градуировочные графики интенсивности люминесценции от концентрации примеси (фиг.5 и 6), Для смесей примесей строят отдельные калибровочные кривые. Затем берут пробу воды с из- вестными концентрацией и составом примесей. Все измерения проводят при тех же условиях, как при построении рабочих зависимостей и градуировочных графиков. По сравнению с рабочей зависимостью (фиг.4) определяют тип (химическую природу) , а по градуировочным графикам (фиг,5 и 6) - концентрацию примеси.

Пример 3. Монокристаллы хло рида натрия в виде дисков изготавли- вают аналогично примерам 1 и 2. Все диски облучают одинаковой дозой 10 Гр. Для стандартизации условий измерений во всех пробах воды устанавливают концентрацию хлорида натрия 3 моль/л и одинаковую величину рН 4. Берут пробы воды, содержащие примеси ионов меди (II) и кадмия (11) и смеси этих ионов в пределах концент30

35

40

5

O

смеси этих ионов раций 10 - О моль/л. Для построения рабочей зависимости в каждой- 5 пробе воды растворяют два диска с ЦО: один - при постоянной угловой скорости вращения 16 рад/с, а второй - при 100 рад/с, и регистрируют возникяюшую при этом оЧюмнггос пенцию. СтрС - ят рабочие записнмости и ттепсивности пюминесценции при 6J 16 рад/с (Тсо,) от интенсивности при ы 100 рад/с (loJ). Каждая примесь и их смеси -имею характерную зависимость (фиг.7) Для количественного онраделения концентрации примеси строят градуировочные графики зависимости интенсивности люминесценции от концентрации примеси (фиг.8 и 9). Для каждой из смесей примесей строят отдельные градуиро- вочные графики. Затем берут пробу воды с неизвестным составом и концентрацией примесей. Все измерения проводят при тех же условиях, как и при построении рабочих зависш-юстей и градуировочньш графиков. По сравнению полученных измерений интенсивности люминесценции с рабочей зависимостью (фиг . 7) определяют тип (химическую природу) примеси, а по сравнению с градуировочным графиком - ее концентрациъэ.

Способ позволяет идентифицировать такие примеси в воде, для которых константы скорости реакции с электронными (или дырочными) ЦО в ЩГС и константы скорости реакций с гидра- тированными продуктами.трансформации ЦО в воде различаются. Константы скоростей реакций гидратированных элекронов (продукты трансформации электронных F - центров в воде) установлены для большего числа примесей в воде. Причем величины этих констант для разных примесей отличаются в широких пределах iO -10 с, моль/л что обеспечивает высокую избкратель-- ность предлагаемого способа. При этом невступающие в химическргр. реакции с ЦО и продуктами их трансформации примеси в воде (такие,, для которых эти константы мвкъте 10 с 5 моль/л) не мешают анализу, К примесям, не мешающим анализу, относятся галогениды щелочных метатшов т,(2. ионы щелочньгх металлов, ионь галогенов, ионы сульфата и др. Поэтому анализ можно проводить даже в присутствии таких примесей (как это было, например, показано в npm-iepax реализации способа). Способ позволяет быстро (в течение 5 мин) провести анализ примесей в воде. Образцы ЩГС в виде дисков монокристаллов приготавливают одновременно для большего ч:исла измерений (i( шт). С о лдаяные сблз чегчи ем или другим способом ПО в 1ИГС в рассмотрецнь(х усло- :зиях ос .таются с неизменньпчи физико- хнмиче Скими свойствами Б течение длктег ьноге времени (1-5 лет), поэтому и приготовление ЩГС с Ю можно проволить одновременно для большого ч исла образцов и хранить их длитель- яор врамя. Установки типа РЖ позволяют проводить облучение одновре ченно pfaMHOPG больших количеств, чем iOOO :лт. обоазцов. При этом сам процесс оЗлучеиия Е зависимости от необходимой дозг,1 длится около 1 ч,

у л а и 3 о б р е т

НИН

i

5

0

. Способ определения при 5есей в зоде пз. измерения интенсивности : ;;т минес:ценцки, возм икаюшей в процессе растгюрения в исследуемой пробе воды шелочнс1 -галондного соединения в виде 1Грапщюи;егося диска, содержащего центры oKpgiCKH, и определения концентрации прргьгеси по гралуировочкому графн- Ki/, о т л Р ч а ю щ и и с я тем,, ЧТО. с целью повышения избирательнос- | И способа, используют по ме- р-е два образца шелочно-галоиднсго соединения: с различающимися физико- хямззческики ;войс;твами центров окраски, для каждог О вида или сыеси при гесзй строят рабочий график на оси абсцисс которого откладьгвают ин геисивность люминесценции для одного образца, а на оси ординат - ин- гемсивпость .1 омр:несцекции другого образца для одной и той же концентрации для одного и того же сос- ава примесей., и по сравнекию и нтен- с ;тзностей люминесценции пробы с кривой рабочего грасЬика судя7 о химической прир Ода пр1 меси

2: Способ определения примесей 3 вода путем -гзмереник интенсивности Л11микесненпки , вогиикаюшей в гфоцес- с растзорения в исследуемой пробе воды щелочно-м алокдного соединения в врцьэ гзр-ащаюггсгося диска, содержащего центры окраски, и определения коцпеитрацин крнмеси по градуировоч- ному графику, отпичагащий- с я тем., что, с цйлыо повышения из биратель Еостк способа, интенсивность люмп-иеспенции измеряют до и после добавленргя в исследуемую пробу воды

активаторов с концентрацией

моль/л или тушителей с концент10

рацией 10 - моль/л, меняющих интенсивность люминесценции, для каждого типа или смеси примесей строят рабочий график, на оси абсцисс которого откладьшают интенсивность люминесценции для одной пробы, а на оси ординат - интенсивность люминес- ценции другой пробы для одной и той же концентрации или для одного и того же состава примесей и по сравнению интенсивностей люминесценции с кривой рабочего графика судят о химичес- кой природе примеси.

3. Способ определения примесей в воде путем измерений интенсивности люминесценции, возникающей в процес- се растворения в исследуемой пробе воды щелочно-галоидного соединения в

виде вращающегося диска, содержащего центры окраски и определения концентрации по градуировочному графику, отличающийся тем, что, с целью повьппения избирательности способа, растворение проводят при двух или больще отличающихся постоянных угловых скоростях вращения диска щелочно-галоидного соединения вокруг оси симметрии, для каждого типа или смеси примесей строят рабочий график, на оси абсцисс KOTopoi O откладьгоают интенсивность люминесценции при одной скорости вращения диска, а на оси ординат - при другой скорости диска для одной и той же концентрации или одного и того же состава примесей и по сравнению интенсивностей люминесценции с кривой рабочего графика судят о химической природе примеси.

Фие.1

А«

г

-V

г,

да

с, ftO/li/Л

Jre, ,

IpHj

«

„3

All

П У

. 1.. t

tt-ч Фнг.6

с, мель/л

гз

Изобретение относится к технике анализа воды и позволяет повысить избирательность способа определения примесей по измерению люминесценции, возникающей в процессе растворения в исследуемой пробе воды щелочно-га- лоидного соединения (ЩГС) в виде диска, содержащего центры o cpacки (ЦО). По первому варианту измеряют интенсивность люминесценции, возникающей во время растворения двух ЩГС, различающихся физико-химическими свойствами или концентрацией центров окраски, строят рабочий график, на оси абсцисс которого откладьгаают интенсивность люминесценции одного образца, а на оси ординат - другого образца для одной и той же концентрации или одного и того же состава примесей. Далее по кривой рабочего графика судят о химической природе примесей, а по градуировочному графику определяют ее концентрацию. По второму варианту - интенсивность люминесценции, возникающей во время растворения ЩГС, измеряют до и после добавления в исследуемую пробу активаторов или тушителей, строят рабочий график и по сравнению интенсивности люминесценции с рабочим графиком судят о химической природе примесей, а по градуировочной кривой определяют ее концентрацию. По третье му варианту изготовленное в виде диска ЩГС растворяют в исследуемой пробе воды вращением вокруг оси симметрии с разными угловыми скоростями вращения, строят рабочий график, по которому определяют вид примеси, а по градуировочному графику - концентрацию примеси. 3 с.п. ф-лы, 9 нл. с S (Л N9 N9 Од N9 О СО

и;

о.11 t JJ II111 t j

y

II111 t j

y

WVI

ч

5, mnbjf

J i,-l-4 tt-.l™J.J..J.i..и„„.„.1-..-1-1.Л..

.(

C,

Составитель Н.Зоров Редактор Л.Гратилло Техред Н„Бонкало Корректор.Т,Колб

Заказ 2118/36Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раувзская наб.,-д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4