Способ деструкции комплексов металлов с гумусовыми веществами для анализа природных вод Советский патент 1990 года по МПК G01N27/48 

Изобретение относится к экологии, а именно к аналитической химии, и может быть использовано в вольтамперометрическом анализе природных и

сточных вод.

Целью изобретения является увеличение точности и экспрессности анализа.

Разрушение (деструкция) комплек- . сов металлов с гумусовыми веществами, содержащимися в воде, проводят в анодной камере, отделенной от катодной анионселективной мембраной, с наложением однополупериодного тока плотностью i-(1,2-1,4) -Ю А/м в течение 5-10 мин с добавлением к анализируемой воде хлористого калия до концентрации (0,2-0,4) г/л.

На фиг;1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - вольтамперограммы меди, свинца, кадмия при различных способах разрушения их комплексов с гумусовыми веществами.

Устройство для осуществления способа содержит рабочую анодную 1 и вспомогательную катодную 2 камеры, индифферентные электроды 3, источник 4 тока, разделительную анион- селективную мембрану 5, рабочий электрод 6, вспомогательный электрод 7, электрод 8 равнения, полярограф 9 пробоотборник 10, сосуд 11 с раствором КС1.

На фиг.1 представлены вольтамперограммы меди, свинца и кадмия: в необсп

работанной воде, содержащей комплексы этих металлов с гумусовьми вещесвами (кривая 12), вольтамперограмма этой же воды после добавления Соляной кислоты (кривая 13)5 вольтамперограмма этой же воды, обработанной по данному способу (кривая 14).

Способ осуществляют следующим образом.

В рабочую 1 и вспомогательную 2 камеры подают воду из пробоотборник МО и раствор КС1 из сосуда 11. От I источника 4 тока подают напряжение на индифферентные электроды 3, в те ; чение 5-10 мин проводят обработку анализируемой воды в рабочей камере при плотности анодного тока (1,2- 1,4) и в процессе обработки определяемые металлы высвобождаются из комплексов и переходят в катион- |Ную форму. Затем отключают напряжения от электродов 3 и проводят ана- ;ЛИЗ обработанной воды, например, методом инверсионной вольтамперо- метрии. Для ЭТОГО проводят электроконцентрирование определяемых элементов на поверхности рабочего электрода 6 в течение времени электро.лиза С , равного 3-5 mm при потенциале электролиза Е, установленном на полярографе 9 в интервале от -0,4 до -0,2 В в зависимости от природы определяемых элементов. По окончании стадии ко щентрирования, в течение которой через раствор барботи- руют инертный газ, отключают поток интертного газа и проводят электрорастворение осадка с поверхности рабочего электрода в раствор при линейно изменяющемся потенциале с регист- :рацией на вольтамперограмме аналы- тического сигнала - анодного тока. Концентрацию металлов определяют методом добавок стандартных растворов металлов.

I

Эффективность деструкции (разрушения) комплексов и высвобождения металлов по данному методу иллюстрируется на фиг.2. Как известно, раз-рушение нелабильных комплексов металлов в воде может происходить и в объеме раствора в гомогенных условиях при подкислении вод неорга- ническими кислотами, например соляной кислотой. На этом основана консервация отобранных проб воды при анализе.

Из фиг.2 следует, что эффективность разрушения комплексов металлов согласно предлагаемому способу выше 5 (кривая 14), чем при подкислении соляной-кислотой (кривая 13), при этом и подкисление, и электрохимическое разрушение комплексов проводят до достижения в обоих способах 10 значения рН 2. Время обработки проб для разрушения комплексов металлов с гумусовыми веществами выбрано равным 5-10 мин экспериментально.

При времени обработки воды более f5 10 мин погрешность определения количества металлов возрастает. Это может происходить из-за бурного вьще- ления газов на аноде при длительном времени обработки в отсутствии пере- 20 мешивания и из-за значительного понижения величины рН раствора. Длительность обработки менее 5 мин недостаточна для разрушения комплексов металлов. При этом может происходить как. 2S понижение точности измерений концентрации металлов, так и ухудшение воспроизводимости результатов анализа.

Обработка раствора только в анодном режиме наиболее эффективна при 3Q однополупериодном токе при соотношении I : 1 11:0 на,катоде. При этом полностью исключается катодный режим в анодной камере, который может увеличивать флуктуацию рН анализируемого раствора, что снижает точность результатов анализа воды после обработют. Плотность анодного тока выбирают равной (1, 20-1,40) -.10 м/м , поскольку при плотности менее 1,2 х10 А/м не достига ется значения рН в данном интервале времени обработки воды, необходимого для разрушения комплексов гум усовых веществ с металлами. При величине плотности то- 45 ка более 1,40 -10 А/м происходит разогревгише раствора, что может привести к потере определяемых элементов из раствора, уменьшению точ- ности измерений и снижению эффективности работы мембран. Обязательным условием реализации способа разрушения комплексов металлов с гумусовыми вещества№1 при анализе металлов является разделение анодной и катодной камер анионселективной мембраной, так как только в этом случае возможно определение освобождаемых в результате обработки пробы воды концентра- тдай ионов металлов в анодной камере.

35

40

0

5159

В противном случае катионы металлов переходят в осадок в катодной камере, так как в ней генерируется щелочная среда и происходит коагуляция слоев металлов в осадок.

Для повышения электропроводности анализируемой воды и создания условий для .генерации свободного хлора в анодной камере в последнюю добавляет- ся хлористый калий. Концентрация соли составляет 0,2-0,4 г/л. При концентрации КС1 менее 0,2 г/л электропроводность раствора недостаточна для достижения плотности тока вели- чиной (1,2-1,4) 10 А/м, а при центрации раствора более 0,4 г/л электропроводность не увеличивается. При пропускании тока через электрохимическую ячейку в анодной камере про-

Г6

исходит образование хлора и других активных частиц, которые могут разрушать комплексы гумусовых веществ с металлами и разлагать органические соединения.

Эффективность разрушения комплексов металлов с гумусовыми веществами определяется как химическим фактором из-за выделения химически; активных частиц, так и электрическим - наложением поля однополупериодного тока.

Эффект сокращения времени анализа природной воды при электрохимическом разрушении комплексов металлов с гумусовыми веществами по сравнению с традиционным способом - выпариванием пробы воды с минеральными кислотами - иллюстрируется данными табл.1.

Таблица 1

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в вольтамперометрическом анализе природных и сточных вод. Цель изобретения - повышение точности и экспрессности анализа. Для этого разрушение комплексов металлов с гумусовыми веществами проводят в анодной камере с наложением однополупериодного тока. Плотность тока составляет (1,2-1,4) .10 4 А/м 2. Время обработки 5-10 мин. В анализируемую воду в анодную камеру добавляют 0,2-0,4 г/л хлористого калия, 2 ил., 2 табл.

При оценке содержания меди, свинца и кадмия ошибка определения их концентрации, как и величины определенных концентраций в воде с применением данного способа разрушения комплексов, одинаковы, а время обработки в 5-8 раз меньше, чем при мокром озолении пробы.

В табл.2 приведены данные по сравнению ошибки определения (относительной погрешности) металлов в пробах речной воды с разрушением комплексов металлов с гумусовыми веществами по предлагаемому и известному способам,

Таблица2

Элемент

Стандартное отклонение определения металлов в воде по способу

Погрешность по предлагаемому спо-

собу значительно меньше, чем по известному. Это происходит из-за того, что условия обработки в способе (тоЛ1 ко анодный режим, активные частицы в растворе, преимущественно хлор, невысокая амплитуда тока) уменьшают потери определяемых металлов в проце. се разрушения их комплексов и увели чивают эффективность данного способе разрушения (деструкции) комплексов

металлов.

Пример 1. Анализ речной водь на содержание меди с разрушением кои плексов металлов с гумусовыми вещест вами,

Анализируемую воду подают из про боотборника 10 (фиг.1) в рабочую (анодную) 1 и вспомогательную (катод ную) 2 камеры. Из сосуда 11 в те же камеры подают раствор хлористого каИЯ 0,2 г/л. От источника 4 тока поают ток (плотность тока равна 1,2 ;(10 А/м) на электроды 3. После обаботки проб в течение 5 мин ток отключают, а анодную камеру, в которой

проводили разрушение комплексов меди с гумусовыми веществами, опускают рабочий 6 и вспомогательный 7 электроды и электрод 8 сравнения, и проводят анализ воды на содержание Меди методом инверсионной вольтампе- рометрии. Для этого проводят элек- Тронакопление меди на поверхности рабочего электрода 6 (ртутно-пленоч- Ного на серебряной проволочке) в Течение 3 мин при Е -1,0.В при по- Йощи полярографа 9. После окончания электролиза, во время которого через раствор барботируют инертный газ,

отключают поток инертного газа и провидят электрорастйорение амальгамы и|пи осадка с поверхности рабочего электрода в раствор при линейно из- м:еняющемся потенциале с регистрацией аналитического сигнала - анодного тЬка (при -0,5 В отн.нас.к.э.) на в|ольтамперограмме. Концентрацию меди определяют по методу добавок стандарт нЬпс растворов металлов,

П р и м е р 2, Анализ речной воды НЕ содержание свинца и кадмия с раз- р шением комплексов с гумусовыми веществами.

Анализируемую воду подают иэ про- бЬотборника 10 (фиг.1) в рабочую (анодную) 1 и вспомогательную (катодную) 2 камеры. Из сосуда 11 туда же подают раствор хлористого калия . 0,2 г/л. От источник 4 тока подают ток (,4-Ю А/м) на индиферент- ные электроды 3. По истечении 10 мин

ток исключают. В анодную камеру, в к&торой проводили разрушение кадмия и свинца с гумусовыми веществами,

опускают рабочий 6 и вспомогательный: 7 электроды и электрод 8 сравнения,

и проводят анализ воды на содержание свинца и кадмия методом инверсион- ной вольтамперометрии. Для этого проводят электронакопление кадмия л свинца на поверхности рабочего ртут- но-пленочного электрода.6 в течение 3 мин при ЕЭ -1,2 В при помощи полярографа 9. После окончания электролиза, во время которого через раствор пропускают инертный газ, отключают поток интертного газа и проводят электрорастворение осадка с поверхности рабочего электрода в раствор при линейно изменяющемся потенциале с регистрацией аналитического сигнала - анодного тока (при -0,35 В отн. нас.к.э. для РЬ и -0,65 В для Cd) на вольтамперограмме. Концентрацию кадмия и свинца определяют по методу добавок стандартных растворов металлов.

Формул.а изобретения

Способ деструкции комплексов металлов с гумусовыми веществами для анализа природных вод, включающий электрохиг-мческую обработку воды током промьшленной частоты в электролизере с раздельными катодной и анодной камерами, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и экспрессности анализа, разрушение комплексов мета,плов с гумусовыми веществами, содержащимися в воде, проводят в анодной камере с наложением однополупериодного синусоидального тока плотностью ( 1, 2-1,4) 10 А/м в течение 5-10 мин с добавлением в анализируемую воду хлористого калия до концентрации(0,2-0,4)г/л.

b-Ю А

Редактор С.Пекарь

0,4 -0.5 0,6 -а -4

Фиг.2

Составитель Т.Николаева

Техред М.Ходанич Корректор М.Кучерявая

Ла,1