Способ определения железа в деионированной воде Советский патент 1990 года по МПК G01N21/78 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения железа, и может быть использовано для анализа депонированной воды, применяемой при производстве изделий электронной техники.

Целью изобретения является повышение чувствительности определения железа с о-фенантролином при одновременном обеспечении экспрессности анализа депонированной воды.

Способ осуществляют следующим образом.

Железо в депонированной воде восстанавливают до железа (II), которое переводят в комплекс с о-фенантролином. Фенантролинат железа (II)

концентрируют добавлением суспензии макропористого катионита КУ-23 при содержании его 2-6 мкг/мл пробы с размером частиц 1-10 мкм и фильтрованием суспензии через мембранный фильтр, а измерение интенсивности окраски концентрата, находящегося в виде тонкого слоя катионита на фильт- ре, проводят с помощью денситометра. Выбор катионита для концентрирования фенантролината железа (II) определяется его природой: это комплексный катион Fe(phen) , который должен сорбироваться катионитом. центрирование фенантролината железа (II) на катионите Дауэкс 50W-X2 в Н -форме с зернением 60-125 мкм исСД

СО

со о

оэ

пользуется для определения железа методом ионообменной фотометрии; отечественные катиониты для этой цели не применялись.

Для исследования предварительно были отобраны катиониты, которые хорошо измельчаются, не окрашивают мембранные фильтры и не мешают дальнейшему денситометрическому измерению: сильнокислотный макропористый кати- онит КУ-23 (.) в Н -форме и слабоосновный с гелевой структурой КБ-4П-2 (RCOONa; в Na --форме. Оба ка тионита измельчали во влажном состо- янии в агатовой ступке в течение 30 мин. С помощью оптического микроскопа и путем фильтрации через мембранные фильтры с разным размером пор установлено, что максимальный размер частиц в суспензии КУ-23 составляет 10 мкм, а Юэ-4П-2 - 12 мкм. Опыты показали, что более крупные частицы катионита плохо удерживаются на мембранном фильтре и ссыпаются с него.

В результате анализа образцов воды с содержанием 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0 мкг Fe/л в отсутствие катионита и в присутствии КУ-23 и КБ-4П-2 (количество катионита - 5 мкг/мл пробы, объем пробы-0,25 л) установлено, что в отсутствие катионита фенантролинат железа (IIj не концентрируется на мембранных фильт- pax во всем исследованном интервале концентраций железа. В присутствии катионита КУ-23 железо определяется при концентрациях 0,5 мкг/л и не обнаруживается при содержании 0,25 мкг/л, так как в этом случае окраска мембранных фильтров не отличается от холостого опыта. Концентрат фенантролината железа (.11 окрашивает мембранный фильтр в красно- оранжевый цвет разной интенсивности в зависимости от концентрации железа; при отсутствии железа в растворе мембранный фильтр остается белым. В присутствии ионита КБ-4П-2 железо обнаруживается при содержании 2 мкг/л и не обнаруживается при содержаниях 0,25; 0,5;1,0 мкг/л. Таким образом, наибольшая чувствительность определения железа состав- ляет 0,5 мкг/л и достигается при использовании в качестве сорбента КУ-23. Следовательно, лучшим сорбентом для определения железа в виде

фенантролината является катионит КУ-23.

Были проанализированы образцы воды, содержащие 1,0 и 5,0 мкг Fe/л В пробу объемом 0,25 л вносили 1 мг сорбента КУ-23 с размером частиц 1-10 мкм. Время контакта фенантролината железа (II) с суспензией КУ-23 изменялось от 1 до 25 мин. Независимо от времени между добавлением КУ-23 и началом фильтрования содержние железа в пробах открывается с погрешностью, не превышающей 20%. Значит, количественная сорбция фенантролината железа (II) на частицах катионита КУ-23 прбисходит практически мгновенно. Это приводит к повышению экспрессности метода в сочетании с высокой чувствительностью При использовании для сорбирования фенантролината железа (II) фракции катионита КУ-23 с размером настиц 0,2-1,О мкм для количественного выделения концентрата необходимо использовать мембранные фильтры с размером пор менее 0,2 мкм. I

Количество сорбента и фильтрующий материал выбраны из условий, обеспечивающих наибольшую чувствительность определения железа, а также экспрессность анализа. В таблице приведены данные о влиянии количества введенного сорбента КУ-23 на чувствительность определения железа. Были проанализированы образцы воды, содержащие 0,25; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 10,0 мкг Fe/л. Фенантролинат железа (II) концентрировали из 0,25 л пробы воды на 0,25-2,0 мг мелкодисперсного катионита КУ-23. Дисперсность катионита 1-10 мкм. Установлено, что в присутствии 0,25 мг катионита (1 мкг/мл пробы) железо определяется с отрицательной погрешностью, достигающей 40-65% (см.таблицу)с Такая точность определения не может считаться удовлетворительной. Анализ фильтрата показал что наблюдаемые ошибки обусловлены тем, что сорбция фенантролината железа (II) происходит неколичественно, и он частично проходит в фильтрат. При добавлении в 0,25 л пробы 0,5-2,0 мг КУ-23 (2-8 мкг/мл пробы) железо определяется при содержании 0,5 мкг/л с погрешностью 20% во всем исследуемом интервале концентраций. Однако с увеличением количества КУ-23 в анализируемой пробе возрастает время фильтрования растворов через мембранный фильтр с размером пор 1 мкм. Для количеств КУ-23 2; 4; 6; 8; 10 мкг/мл пробы время фильтрования составляет соответственно 2,5; 3,5; 6,0; 13,0; 27,0 мин.

С целью достижения максимальной чувствительности определения железа при наименьшем времени фильтрования была выбрана концентрация КУ-23 0,5- 1,5 мг в 0,25 л пробы (2-6 мкг/мл пробы). При добавлении такого количества КУ-23 в анализируемый раствор в нем появляется слабая устойчивая муть, растворы имеют оптическую плотность А 0,15 при А 500 нм и 1 5,0 см. Выбранного количества КУ-23 достаточно для количественного сорбирования 0,125-5,0 мкг железа из пробы объемом 0,25 л.

Чувствительность определения железа и экспрессность анализа также определяются выбором фильтрующего материала для выделения КУ-23 с сорбированным фенантролинатом железа (II). Предлагаемым методом в оптимальных условиях (дисперсность сорбента 1-10 мкм, количество - 4 мкг/мл пробы) проанализированы образцы воды, содержащей 5,0 мкг Fe/л. Фильтрование проводили через плотный бумажный фильтр (зеленая лента), мембранные ацетилцеллюлозные фильтры № 2 и 7 и мембранные нитроцеллюлозные фильтры 4,5,6. В результате установлено, что бумажный фильтр не задерживает КУ-23 с сорбированным фенантролинатом железа (II), практически все железо проходит в фильтрат, т.е. бумажные фильтры (даже очень плотные) непригодны для концентрирования железа; ацетилцеллюлозные и нитроцеллюлозные мембранные фильтры с размером пор (1,2-1,8)мк полностью задерживают сорбент и позволяют концентрировать железо; нитроцеллюлоз ные фильтры с размером пор 3-5 мкм задерживают 70% железа и пропускают в фильтрат около 30%. Поэтому при концентрировании фенант- ролината железа (II) необходимо использовать мембранные фильтры с размером пор 6(1,2-1,8) мкм, так как это обеспечивает количественное выделение железа в концентрат. Однако с уменьшением пор мембранного фильт10

15

20

5396166

ра от (1,2-1,8) мкм (нитроцеллюлоз- ный фильтр № 5) до (0,15-0,25) мкм (ацетилцеллюлозный фильтр № 2) время фильтрования пробы возрастает от 3 до 30 мин,

Пример 1. К 250 мл бидистил- лированной воды, в которую введено 0,25 мкг железа, что составляет 1,0 мкг Fe/л, прибавляют 1,0 мл 4%-ного раствора аскорбиновой кисло-, ты, 1,0 мл 0,28%-ного раствора о-фе- нантролина солянокислого и 0,2 мл суспензии кахионита КУ-23 (1,0 г ка- тионита КУ-23 в Н -форме по ГОСТ 20298-74 очищают от железа по ГОСТ 10896-78, увлажняют и растирают в агатовой ступке в течение 30 мин, затем переносят в полиэтиленовую емкость и разбавляют до 200 мл бидис- тиллятом. Перед использованием суспензию взбалтывают. 1 мл суспензии содержит 5 мг катионита КУ-23 с дисперсностью 1-10 мкм) с содержанием 25 твердой фазы 5 мг/мл. После прибавления каждого компонента раствор перемешивают. Полученный чуть мутный раствор фильтруют через мембранный нитроцеллюлозный фильтр № 5 под вакуумом, обеспечиваемым водоструйным насосом, и промывают 10-15 мл воды. Фильтр высушивают, измеряют интенсивность окрашивания пятна диаметром 20 мм на компараторе цвета ФКЦШ-М. Содержание железа определяют по градуировочному графику, построенному в координатах и - концентрация железа, мкг/л, где 41 - разность между максимальным и измеренным для данной пробы значениями отражения . В анализируемом растворе найдено: 0,9+0,1 мкг Fe/л, относительное стандартное отклонение 0,09, погрешность 10% при , ,95 (строка 3 таблицы).

30

35

40

45

Пример 2. К 250 мл бидистил- лята, в который введено 1,25 мкг железа, что составляет 5,0 мкг Fe/л,

50 прибавляют 1,0 мл 4%-ного раствора аскорбиновой кислоты, 1,0 мл раствора 0,28%-ного о-фенантролина солянокислого и - после перемешивания - О,1 мл суспензии катионита КУ-23.

55 Далее поступают так же, как описано в примере 1. Найдено: 4,7±0,4 мкг Fe/л; относительное стандартное отклонение 0,09; относительная погрешность 6% (строка 5 таблицы).

П р и м е р 3. Окрашивание мембра ных фильтров хорошо воспроизводится в серии опытов; его интенсивность пропорциональна концентрации железа при содержании 0,125-5,0 мкг/в пробе Это позволяет визуально сравнивать окраску полученных концентратов. Для визуального сравнения интенсивности окраски пятна концентрата и градуировочной шкалы достаточно имет окрашенное пятно диаметром 10 мм. Для получения пятна диаметром 10 мм объем пробы уменьшают в 4 раза, что сокращает расход реактивов и ускоряет проведение анализа.

К 65 мл бидистиллята, в который введено 0,065 мкг железа, что соответствует концентрации 1,0 мкг Fe/л, прибавляют 0,25 мл 4%-ного раствора аскорбиновой кислоты, 0,25 мл 0,28%- ного раствора о-фенантролина солянокислого и 0,1 мл суспензии катиони- та КУ-23. Смесь фильтруют через мембранный фильтр, закрепленный в держа теле с фильтрующей поверхностью диаметром 10 мм, промывают бидистилля

0

5

5

0

том, высушивают и сравнивают с градуировочной шкалой. Найдено 0,9± ±0,2 мкг/л; при , ,95 относительное стандартное отклонение 0,17, погрешность 10% (строка 7 таблицы).

Формула изобретения

Способ определения железа в депонированной воде, включающий его восстановление до железа (II), переведение в окрашенный комплекс с орто- фенантролином, сорбционное концентрирование комплекса железа (II) на ка- тионите и измерение окраски концентрата, по которой судят о количестве железа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и экспрессности анализа, фенан- тролинат железа (II) концентрируют сорбцией на катионите с размером частиц 1-10 мкм при его содержании 2-6 мкг/мл и фильтрованием через мембранный фильтр с размером пор 1,2-1,8 мкм и окраску концентрата на фильтре измеряют денситометриро- ванием.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения железа, и может быть использовано для анализа деионированной воды, применяемой при производстве изделий электронной техники. Цель изобретения - повышение чувствительности и экспрессности анализа железа. Для этого железо, содержащееся в деионированной воде, восстанавливают до железа (II), которое переводят в комплекс с О-фенантролином. Фенантролинат железа (II) концентрируют добавлением суспензии макропористого катионита КУ-23 с размером частиц 1-10 мкм при его содержании 2-6 мкг/мл и фильтрованием суспензии через мембранный фильтр с размером пор 1,2-1,8 мкм. Интенсивность окраски концентрата на фильтре измеряют денситометрированием. 1 табл.

Результаты определения железа в виде фензнтролината в присутствии разных количеств катионита КУ-23 с дисперсностью 1-f O мкм (, Р-0,95)

Визуальное сравнение при диаметре окрашенного пятна 10 мм.

Составителе В.Агинский Редактор А.Маковская Техред М.Ходанич Корректор Л.Патай

Заказ 212

Тираж 504

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное