Электрохимический способ определения металлов в растворе Советский патент 1990 года по МПК G01N27/48 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам количественного анализа металлов в растворах, и может быть использовано для определения металлов в объектах окружающей среды и в сточных водах.

Целью изобретения является повышение селективности и чувствительности определения.

На чертеже приведена схема применяемой установки для определения кадмия.

Установка состоит из цинкового электрода 1, стеклоуглеродных электродов 2,3, кадмиевого электрода 4, двухполюсного переключателя 5 с нейтральным положением микроамперметра 6 с различными пределами измерения, стакана 7, магнитной мешалки 8.

Установка работает следующим образом.

Переключатель 5 переводится в крайнее правое положение, проводится электроосаждение кадмия и всех электроположительных металлов на электроде 2. На электроде 3 кадмий не выделяется, но выделяются все более электроположительные металлы. По истечении времени осаждения (время задается по секундомеру) переключатель 5 переводят на 2-8 с в нейтральное, а затем в крайнее левое положение. При этом засл

W СО

сэ

4 СП

мечают, на какую максимальную величину отклоняется стрелка микроамперметра 6. Эта величина является аналитическим сигналом. Перед следующим измерением электроды протирают фильтровальной бумагой. Для контроля других металлов необходимо подобрать материал электродов 1,4.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

В анализируемый раствор погружают два идентичных индикаторных электрода (например, стеклоуглеродных) и поляризуют их в течение некоторого заранее заданного времени с использованием потенциостата или внутреннего электролиза. При этом задают потенциал s при котором на одном электроде анализируемый металл выделяет- ся9 а на другом нет, но выделяются все мешаки ще электроположительные металлы. Затем электроды в течение 2-3 с выдерживают без тока поляризации. Это время необходимо для того, чтобы электроды приняли потенциалы, близкие к соответствующей равновесной системе За это время происходит перезарядка двойного электрического

слоя, а также значительно снижается

фарадеевская составляющая фонового тока. По истеч.ении этого времени выделившийся на индикаторном электроде металл начинает взаимодействовать с окислителями, присутствующими в раст воре, например растворенным кислородом или ртутью (II)5 если ее вводили в раствор, и часть аналитического сигнала теряется. Поскольку на индикаторном электроде анализируемый ме- талл содержится, а на дополнительном электроде нет, то между ними за 2-3 с устанавливается какая-то разность потенциалов, определяемая различными факторами; наличием электро- положительных металлов, составом фона, количеством выделившегося на индикаторном электроде металла и т.д. За счет этой разницы при замыкании электродов через гальванометр потече ток, максимальная величина которого характеризует количество анализируемого металла в растворе. Поскольку мешающие металлы выделяются как на

индикаторном , так и на дополнительном электродах, то их наличие не оказывает влияния на анализ. Таким образом достигается селективность определения За счет того, что вводится бестоковая

.

0

0

5 0 5

5

выдержка (при этом часть фонового тока компенсируется), потенциалы электродов отличаются, как правило, на k 0,2-0,4 В, причем в момент замыкания каждый электрод поляризуется только на половину этой величины, поскольку в этом случае индикаторный электрод является анодом, а дополнительный - катодом, и устанавливается какой-то смешанный потенциал. Если анализируемый металл в анализируемом растворе отсутствует, то после 2-3 с выдержки электроды принимают одинаковый потенциал и фоновый ток не регистрируется, что повышает чувствительность анализа.

I .

Пример 1. Готовят несколько

модельных растворов, содержащих на фоне 1 М НС1 различные концентрации кадмия, свинца, меди, которые заливают в ячейку объемом 100 мл. В ячейке размещена магнитная мешалка (скорость вращения 600 об/мин).

Используют два одинаковых индикаторных электрода из стеклоуглерода СУ-2000 (диаметром 11 мм), а также металлические цилиндрические электроды из цинка, кадмия, свинца и меди диаметром 15 мм, погруженные на 25 мм в анализируемый раствор.

В качестве гальванометра используют вольтамперметр Ц-4313 или осциллограф, параллельно входу которого подключают сопротивление 1 кОм, на которое соответственно рассчитывают ток.

Время осаждения для 1-7 опытов составляет 30 с.

Опыт 1. Определяют содержание кадмия 1,0 мг/л. На 30 с один стеклогра- фитовый электрод соединяют с цинковым, а другой - с кадмиевым электродами (устанавливают потенциал, при котором кадмий не выделяется). Затем стеклографитовые электроды отключают от металлических электродов и выдерживают без тока 2 с, после чего стеклографитовые электроды подключают к вольтамперметру Ц-4313. Фиксируют максимальный бросок стрелки 3,5 мА. Концентрацию кадмия определяют по градуировочному графику - 1,0 мг/л.

Опыт 2. Проводят определение аналогично опыту 1, но в раствор дополнительно вводят ,0 мг/л меди (II).

Опыт 3. Проводят определение аналогично опыту 1, отмечая возможность анализа как по способу-прототипу, так и по предлагаемому способу.

Опыты 4,5. Проводят определение аналогично опыту 1 (в опыте 5 для регистрации тока растворения используют осциллограф). Отмечено, что чувствительность определения предлагаемого способа в 1000 раз выше, чем способа- прототипа. i

Опыт 6. Проводят определение свинца (II) аналогично опыту 1, но используют кадмиевый и свинцовый металлические электроды.

Опыт 7. Проводят определение ана10

левых условиях; исключить необходи мость применения токсично ртути (

Формула изобретени

Электрохимический способ опреде ния металлов в растворе, включающи их предварительное электрохимическ осаждение в виде металла на индика торном электроде и последующее эле трохимическое растворение, отл чающийся тем, что, с целью повышения селективности и чувствит

логично опыту 1, но используют кадмие-15 ности определения, дополнительный

вый и медный металлические электроды. Опыты 6 и 7 иллюстрируют возможность анализа различных металлов. Результаты опытов 1-7 сведены в таблицу.

электрод, идентичный индикаторному помещают в анализируемый раствор и период осаждения задают на нем пот циал на (0,1f:0,05) В меньше, чем п тенциал, при котором начинает выде ляться анализируемый металл на инд каторном электроде, после осаждени электроды в течение 2-3 с выдержив ют в отсутствие тока поляризации, затем растворение металла в индика торного электрода осуществляют пут замыкания электродов через гальван метр между собой, а о концентрации металла судят по максимальному зна чению тока в момент замыкания элек тродов ,

Способ позволяет повысить селективность определения в 10-20 pasj проводить анализ, если содержание мешающих электроположительных металлов составляет 100-200% от содержания анализи- 25 руемого металла, повысить чувствительность в 1000 раз (см. опыты 4,5,8); упростить метод анализа: для анализа необходимы только секундомер, переключатель, мешалка, набор электродов, что позволяет проводить анализ в по30

левых условиях; исключить необходимость применения токсично ртути (II) .

Формула изобретения

Электрохимический способ определения металлов в растворе, включающий их предварительное электрохимическое осаждение в виде металла на индикаторном электроде и последующее электрохимическое растворение, отличающийся тем, что, с целью повышения селективности и чувствитель5 ности определения, дополнительный

0

5

0

электрод, идентичный индикаторному, помещают в анализируемый раствор и в период осаждения задают на нем потенциал на (0,1f:0,05) В меньше, чем потенциал, при котором начинает выделяться анализируемый металл на индикаторном электроде, после осаждения электроды в течение 2-3 с выдерживают в отсутствие тока поляризации, затем растворение металла в индикаторного электрода осуществляют путем замыкания электродов через гальванометр между собой, а о концентрации металла судят по максимальному значению тока в момент замыкания электродов ,

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения металлов в объектах окружающей среды и в сточных водах. Цель изобретения - повышение чувствительности и селективности определения. Цель достигается тем, что используют дополнительный электрод, идентичный индикаторному, который помещают в анализируемый раствор. В период осаждения на дополнительном электроде задают потенциал на 0,1±0,05 В меньше, чем потенциал, при котором начинает выделяться анализируемый металл на индикаторном электроде. После осаждения электрод выдерживают 2 - 3 с в отсутствие поляризации. Растворение металла с индикаторного электрода осуществляют путем замыкания электродов через гальванометр. О концентрации металла судят по максимальному значению тока в момент замыкания электродов. 1 ил., 1 табл.

1,0

1,0

1,0

1,5 . 1,0 0,15 0,1

0,4 0,25

1,0

1,0

01

Vs,