Способ количественного определения алюминия и железа Советский патент 1992 года по МПК G01N30/90 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к хроматографическому определению алюминия и железа в присутствии ионов калия и натрия.

Известен способ хроматографического разделения (отделения) железа и алюминия на бумаге ватман Мг 1 или Ms 4. В качестве подвижной фазы используют смесь ацетонжОнцентриррванная соляная кислота.

Недостатки способа заключаются в том. что определение железа и алюминия полуколичественное, способ длительный, требует отделения железа от алюминия, несёлективен, погрешность не менее 10%.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения микроколичеств алюминия и железа в присутствии микроколичеств цинка и кадмия методом пиковой хроматографии с люминесцентным окончанием..

Недостатками известного способа являются сложность и длительность, связанная с многократной обработкой хроматографической бумаги. Сначала бумагу пропитывают раствором Na2HP04 и высушивают, затем ее обрабатывают раствором MgCia и высушивают на воздухе. Потом ее выдерживают под прессом в течение 12-20 ч. После развития пиков хроматограмма обрабатывается 1 %-ным раствором кверцитина; Высоту светящихся пиков отмечают на хроматоскопе. Погрешность 10%.

Цель изобретения - упрощение способа, повышение чувствительности, селективности и точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что анализируемую пробу растворяют в воде с последующим хроматографированием полученного раствора, хроматографйрование ведут в потоке элюента на неимпрегнированнрй хроматографической бумаге FN-3 с развитием хроматограммы в смеси вода:ацетон:2-метил-2 бутанол при объемном соотношении компонентов (4,5-5,5): 1-2): 1 с последующим проявлением бесцветных пиков алюминий и железа Oi04-0,06%-HbiM спиртовым раствором кобальтона {1-нитрозо-2-нафтол). Определяютсодержание алюминия и железа по высоте окрашенных в разные цвета пикав.

Хроматографйрование на неимпрегнированной хроматографической бумйге значительно упрощает способ, так как отпадает надобность пропитки, сушки, выравнивания бумаги, т.е. предлагаемый способ требует в 20; раз меньше времени, чем известный.

Не происходит взаимодействия алюминия и железа с проявителем, поэтому в рет зультате выбранных условий минимальная определяемая концентрация (чувствительность предлагаемого способа) составляет 0.0075 мкг/проба, а в прототипе 0,03 мкг/проба, т,е. чувствительность предлагаемого способа в 3 раза выше, чем протрти:па..У .. ,,..,..; . .. ;.:- -

Погрешность определения при предлагаемом способе при определении 0,150 мкг/проба для алюминия 4,7%, а для железа 3.5%,т.е. точность предлагаемого способаболее чем в2 раза выше по сравнению с известным.

Предлагаемый способ селективен, так как примеси ионов калия и натрия не оказывают влияния на определение алюминия и железа.

Формирование и высота пиков алюминия и железа зависят от подвижной фазы. Оптимальная подвижная фаза содержит смесь вода:ацетон:2-метил-бутанол при обьемнОм соотношении компонентов (4,55,5):(1-2):1. При изменении соотношения компонентов подвижной фазы 4:2:1; 4:2.5:1; 4:0,5:1; 4,5:2,5:1 или 6:0,5:1; 6:2,5:1; 6:1:1; 5,5:0,5:1 высота пиков либо снижается, что увеличивает погрешность определения, либо пики определяемых ионов сильно вытягиваются, так что вершины пиков практически невозможно отметить.

Для проявления пиков алюминия и железа применяют 0,04-0,06%-ный раствор 1нитрозо-2-нафтола. При уменьшении концентрации проявителя меньше 0,04%, например 0,035%. пики определяемых ионов проявляются слабо и вершины пиков невозможно отметить. При увеличении концентрации больше 0,06%, например 0,065%, пики определяемых ионов сливаются с инт енсивно окрашенным фоном бумаги.

Способ осуществляют следующим образом.

Хроматографичёскую бумагу FN-3 нарезают на прямоугольники размером 160 х170 мм. На расстоянии 5 мм от нижнего края графитовым карандашом проводят линию погружения и параллельно ей на расстоянии 20 мм стартовую линию. На стартовую линию ставят точки - центры будущих пятен. .;., . . . .

Наверку смеси определяемых ионов алюминия и железа растворяют в воде, отбирают из полученного раствора капилляром аликвотную часть, наносят ее на стартовую линию, опускают хррматограмму до линии погружения в кювету со смесью вода:ацетон:2-метил 2-бутанол при объемном соотношении компонентов (4;5-5,5):(12):1. Пойъем жидкой фазы способствует превращению пятна в пики, высоты которых пропорциональны концентрации алюминия и железа в пробе. Высота подъема фронта должна быть э 20 мм выше высоты самых высоких пиков, чтобы пики были четко сформированы. Подъем жидкой фазы на более высокий уровень не оказывает влияния на точность определения.

После подъема жидкой фазы бесцветные пики определяемых ионов проявляют 0,04-0,66%-ным раствором 1-нитрозо-2нафтола (нижний пик .железа окрашен в бурый цвет, верхний пик алюминия - в желтый цвет). Вь1срту Нроявленного пика измеряют от линии старта до вершины пика железа и от вершины пика железа до вершины пика алюминия с ломощыр циркуля и линейки. Точность изме|зения этого параметра ±0,1.мм.:: ,:::: . ,-,; : , , : . .

По полученным данным, используя метод наименьших квадратов, строят градуировочйый График в координатах: концентрация ашминий и железа (мкг/проба) - высота пиков (мм), по которому в дальнейшем определяют содержание алюминия и железа в анализируемых образцах,

Л р и ме р 1. Для построения градуировочного графика на Стартовую линию хроматографической бумаги капилляром емкостью 0,0015 мл наносят 10 проб стандартных водных растворов с содержанием

смеси ионов алюминия и железа 0.0075; 0.060; 0.110; 0.160 и 0,210 мкг/проба (по 2 пробы каждой концентрации). Хроматограмму высушивают на воздухе, опускают в кювету со смесью вода:ацетон:2-метил-2бутанол 5:1.5:1. После развития хроматограммы пики проявляют 0.04-0.06%-ным спиртовым раствором 1-нитрозо-2-нафтола. Измеряют высоты проявленных пиков алюминия и железа, строят градуировочный график. Результаты измерений и расчетов представлены в табл.1 и 2.

Приме р 2. Для анализа промышленных образцов готовят раствор концентрации 0.04-0.10 мг/мл. Для зтого навеску смеси ионов алюминия и железа растворяют в воде (в примере взята навеска 2,50 мг алюминия и 2.50 мг железа, концентрация раствора 0.10 мг/мл. 0.150 мкг/проба). На хроматографическую бумагу рядом с npoiaми. предназначенными для построения градуировочного графика, капилляром емкостью 0.0015 мл наносят 3-5 проб исследуемого раствора смеси ионов алюминия и железа. Хроматограмму высушивают и опускают в кювету со смеськэ вода:ацетон:2-метил-2-бутанол (5:1.5:1). После развития хроматограммы пики проявляют 0.040.06%-ным спиртовым раствором 1-нитрозо-2-нафтола. Замеряют вцсоты пиков и по среднему значению высоты пиков определяют содержание алюминия и железа в образце, пользуясь градуировочным графиком, рассчитанным по методу наименьших квадратов.

Экспериментальные данные приведены в табл.3 и 4.

П ри м е р:3. Для исследования влияния концентрации раствора проявителя на результат определения на стартовую линию наносят капилляром (0.0015 мм) 3-5 проб смеси ионов алюминия и железа (приготовление раствора по примеру 2) рядом с пробами, предназначенными для построения градуировочного графика. Хроматограмму высушивают на воздухе и погружают в смесь вода:ацетон:2-метил-2-бутанол (5:1.5:1). После развития хроматограммы пики проявляют 0,04%-ным спиртовым раствором 1-нитрозо+2-нафтола. Измеряют высоты пиков, определяют алюминий и железо в образце, пользуясь градуировочным графиком, рассчитанным по методу наименьших квадратов. Содержание алюмй.чия и железа составляет, соответственно 0,148 и 0,151 мкг/проба.

При м е р 4. Капилляром наносят 3-5 проб смеси ионов алюминия и железа анализируемого (эаствора рядом с пробами, предназначенными для построения градуировочного графика (приготовление анализируемого раствора по примеру 2). После развития хроматограммы в смеси вода:ацетон:2-метил-2-бутанол (5:1.5:1) пики проявляют 0.06%-ным спиртовым раствором 1-нитрозо-2-нафтола, Измеряют высоту пиков и определяют содержание алюминия и железа, пользуясь рассчитанным градуировочным графиком. Содержание алюминия составляет 0,150 мкг/проба. железа 0,148 мкг/проба.

П р и м е р . 5. На стартовую линию хроматографической бумаги капилляром наносят 3-5 проб исследуемого раствора

5 смеси ионов алюминия и железа рядом с пробами, предназначенными для построения градуировочного графика (приготовление раствора пО примеру 2). После развития хроматограммы в.смеси вода:ацетОн:2-ме0 тил-2-бутанол пики проявляют 0.05%-ным спиртовым раствором 1-нитроЗо-2-нафтола. Определяют содержание алюминия и железа, пользуясь рассчитанным градуировочным графиком. Содержание алюминия и

5 железа составляет соответственно 0.152 и 0,150 мкг/проба.

П р и м е р 6. Наносят 3-5 проб исследуемого раствора Смеси ионов алюминия и железа (приготовление раствора по г риме0 ру 2), Элюируют в смеси вода:ацетон:2-метил-2-бутанол (5:1.5:1). Пики проявляют 0,035%-ным спиртовым раствором 1-нитрозо-2-нафтола. пики плохо видны. Вершины пиков невозможно отметить.

5Прим ер 7. Капилляром наносят 3-5

проб анализируемого раствора смеси ионов алюминия и железа (приготовление раствора по примеру2). После хроматографирования в потоке элюента вода:аце0 тон:2-метил-2-бутанол пики проявляют 0.065%-ным спиртовым раствором 1-нитрозо-2-нафтола. Пики определяемых ионов не видны из-за интенсивно окрашенного фона бумаги.

5 Результаты определения влияния соотношения компонентов подвижной фазы приведены в табл.5.

П р и м е р 8. Для исследования влияния иона натрия на результат анализа готовят

0 раствор с содержанием смеси ионов алюминия, железа и натрия, равным 1:1:1 (в примере взята навеска, содержащая, мг: алюминий 2.50; железо 2,50; натрий 2.50). Навеску растворяют в воде в мерной колбе

5 и доводят до 25 мл водой. На стартовую линию капилляром наносят 3-5 проб смеси ионов алюминия и железа (приготовление раствора по примеру 2) и 3-5 проб раствора смеси ионов алюминия, железа и натрия. После хроматОграфирования в потоке элюента в смеси вода:ацетон:2-метил-2-бутанол (5:1.5:1) пики проявляют 0,04-0,06%-ным раствором 1-нитрозо-2-нафтола. Хроматограмму высушивают, измеряют высоты пиков. По средним значениям высоты пиков определяют содержание алюминия и железа, пользуясь рассчитанным градуировочным графиком. Средние высоты пиков алюминия и железа, а также алюминия, железа и натрия равны 8.2 и 8.4 мм для алюминия. 11,7 и 11.6 мм для железа, что соответствует содержанию 0,148 и 0.152 мкг/проба для алюминия. 0,151 и 0,150 мкг/пррба для железа. Погрешность определения не превышает для алюминия 4,7%, для железа 3.5%. т.е. ион натрия не оказывает влияния на определение алюминия и железа.

Пример 9. Для исследования влияния иона калия на результат анализа готовят раствор с содержанием смеси ионов алюминия, железа и калия, равным 1:1:1 (в примере взята навеска, содержащая, мг: алюминий 2,50; железо 2,50; калий 2,50). Навеску растворяют в 25 мл воды в мерной колбе на 25 мл. На линию старта капилля-. ром наносят 3-5 проб раствора смеси ионов алюминия и железа (приготовление раствора по примеру 2) и 3-5 проб раствора смеси ионов алЮмийия, железа и калия. Послехроматографирования в потоке элюента в смеси вода:ацетон:2-метил-2-бутанол (5:1,5:1) пики проявляют 0.05%-ным спиртрвым раствором 1-нитрозо-2-нафтола. По средним значениям высоты пиков определяют содержание алюминия и железа, .пользуясь рассчитанным градуйровочным графиком. Средние высоты пиков смеси алюминия и железа, а также смеси алюминия, железа и калия равны 8,3 и 8,4 мм для алюминия, 11.5 м 11,6 мм для железа, что соответствует содержанию 0,150 и 0,152 мкг/проба для алюминия. 0,148 и 0,150 мкг/прьба для железа. Погрешность определения не превышает для алюминия 4,7%, а для железа 3,5%, т.е. ион калия не оказывает влияния на результат определения алюминия и железа.

Предлагаемый способ отличается достаточной экспрессностью, при известном способе на обработку хроматографической бумаги, сушку, выравнивание под прессом затрачивается 12-20 ч, а при предлагаемом

хроматографическая бумага не обрабатывается. Чувствительность предлагаемого способа в 3 раза выше прототипа. Минимальная определяемая концентрация 0,0075 мкг, что позволяет использовать способ для определения микроконцентраций алюминия и железа. Относительная погрешность определения 0,180 мкг алюминия и железа при известном способе 10%. а при предлагаемом при определении 0.150 мкг алюминия и железа соответственно 4,7 и 3,5%. Способ не требует сложного аппаратурного оформления и особенно удобен при серийных определениях алюминия и железа в присутствии сопутствующих ионов натрия и калия.

Ф о р мул а и 3 об ре те н и я

Способ количественного определения алюминия и железа, включающий растворение анализируемой пробы, нанесение полученного раствора на хроматографическую бумагу, хроматографирование в потоке элюента. обработку хроматограммы проявителем и оценку содержания алюминия и

железа по высоте проявленных пиков, о т л и ч а ю щ и йс я тем,что, с целью упрощения способа, повышения чувствительности, селективности и точности определения, в качестве злюента используют смесь вода:ацетон:2-метил-2-бутанол при объемном соотношении компонентов (4,5-5,5):(1-2): 1 и в качестве проявителя используют 0,040,06%-ный раствор 1-нитрозо-2-нафтола в этиловом спирте.

... .-... ;

Таблица

g

10

1714499 Та л и ца 2

Изобретение относится к аналитической химий, а именно к хроматографическо-"2 - ,' - , •му определению алюминия и железа. Целью изобретения является упрощение способа, повышение чувствительности, селективности и точности определения. Для этого анализируемую пробу растворяют в воде и полученный раствор наносят капилляром на хроматографичесКую бумагу без предварительной обработки и хроматографируют в потоке элюента в смеси вода:ацетон:2-ме- тил-2-5утанол при объемном соотношении компонентов

Та 6л и ца 3

Та бл ица 4

Т а 6 л и ц а 5

сильно вытянуты, вершины пиков невозможно отметить

Относительная погрешность определения ЕД

Алюминий (III) I Железо (III)

5,5:1:1

5,5:1,5:1

5,5:2:1

5,5:2,5:1

6:0,5:1

6:1:1

6:2:1

6:2,5:1

Же

Пики определяемых ионов вытянуты и размыты, вершины пиков невозможно отметить Пики определяемых ионов вытянуты и размыты, вершины пиков невозможно отметить

Пики определяемых ионов вытянуты и рызмыты, вершины пиков невозможно отметить