Способ определения железа в адипиновой кислоте Советский патент 1992 года по МПК G01N21/78 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способам определения примеси железа в реактивах, и может быть использовано для технологического контроля производства адипиновой кислоты.

Для определения примеси железа в реактивах широко применяют фотометрические метЪды, основанные на образовании окрашенных комплексов железа (II) или (II) с 1,10-фенантролином, роданидом и другими соединениями.

Известен способ определения примеси железа в этилендиаминтетрауксусной кислоте (ЭДТА) или ее натриевой соли в виде комплексов железа (II) с 1,10-фенантролином. После растворения навески ЭДТА в воде устанавливают рН 7,5, добавляют гид- роксиламин (восстановитель) и 1,10-фенан- тролин, измеряют оптическую плотность полученного раствора приблизительно при 500 нм. Недостатком метода является его низкая чувствительность (предел обнаружения железа около 1 %).

Нами показано, что этот метод неприменим для анализа адипиновой кислоты, так как значительная часть железа в ней находится в неактивной форме.

Известен способ определения примеси железа в адипиновой кислоте в виде комплексов железа (111) с роданидом. Адипиновая кислота отгоняется при нагревании, железо

VI

ю кэ со чэ

Сл

окисляется до трехвалентного азотной кислотой, добавляется роданид и измеряется оптическая плотность полученного раствора при 450 - 480 нм. Предел обнаружения железа в адипиновой кислоте составляет 1 %. Этот способ наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту и поэтому выбран нами в качестве прототипа.

Недостатком известного способа является его длительность (время проведения анализа около 10 ч), что делает этот способ неудобным для осуществления технологического контроля производства адипмноаой кислоты.

Целью настоящего изобретения янляет- ся ускорение процесса определения железа в адипиновой кислоте.

Для достижения поставленной цели предложен способ определения железа в адипиновой кислоте, состоящий в том, что адипиновую кислоту обрабатывают раствором хлористоводородной кислоты при массовом соотношении адипиновая кислота, хлористоводородная кислота (в пересчете на сухое) и вода равном 1 :(0,,05):(1,2-1,4) в течение 8-12 мин при температуре кипения смеси, в горячий раствор вводят последовательно гидроксиламин, щелочной реэгент при молярном соотношении адипиновая кислота и щелочной реагент равном 1:{1,2- 1,9) и 1,10-фенантролин, охлаждают и измеряют оптическую плотность при 510 нм м при 580-620 нм.

Заявляемый способ отличается от известного условиями переведения железа в активнуюформу,условиями комплексообразования железа (И) с цвето- реагентом и условиями фотометрмроваимя окрашенных комплексов.

Для ускорения процесса определения железа в адипиновой кислоте необходимо исключить отгонку пробы, но это вызывает значительные трудности. Кислота малораст- воримз в воде (15 г/дм3 при 20°С), что ограничивает величину навески и чувствительность определения железа. Она содержит нерастворимые примеси, мешающие измерениям оптической плотности. Железо в адипиновой кислоте находится в виде как двух-, так и трехвалентного, причем значительная часть - в неактивной форме, которая не взаимодействует с фотометрическими реагентами. Адипиновая кислота дает с ионами железа устойчивые бесцветные комплексы и при высоких концентрациях разрушает окрашенные комплексы железа с многими фотометрическими реагентами. Все это приводит к тому, что большинство известных фотометрических реагентов на железо (II, III) не представляется возможным использовать для определения примеси железа в адипиновой кислоте с требуемой чувствительностью и

без отгонки кислоты.

В предлагаемом способе определения железа создаются условия, обеспечивающие полное переведение его в активную форму, полное связывание в окрашенные

0 комплексы с выбранным фотометрическим реагентом (1,10-фенантролином) при переводе кислоты в хорошо растворимые соли, учет светопоглощения нерастворимыми примесями в адипиновой кислоте.

5 Для переведения примеси железа в активную форму предложено нагревание смеси адипиновой кислоты с водным раствором хлористоводородной кислоты до растворения адипиновой кислоты и последующее кипячение полученного раствора. Азотная и

0 серная кислоты не дают подобного эффекта. Чтобы при охлаждении полученного раствора адипиновая кислота снова не выпадала в осадок, предложено частично нейтрализовать ее до смеси одно- и двухзамещенных

5 солей, которая одновременно служит буфером, регулирующим необходимую величину рН для реакции ионов железа с 1,10-фенантролином. Для учета светопоглощения нерастворимыми примесями в адипиновой

0 кислоте предложено проводить два измерения оптической плотности - в максимуме поглощения комплексов железа при 510 нм и при 580 - 620 нм, где эти комплексы практически не поглощают свет.

5 Нами найдено, что существует оптимальный режим активирования железа в адипиновой кислоте (табл.1). Он соответствует весовому соотношению адипиновая кислота, хлористоводородная кислота (в пе0 расчете на сухое) и аод, равному 1:(0,03-0,05):(1,2-1,4), при нагревании в течение 8-12 ммн при температуре кипения смеси, В этих условиях относительная ошибка определения железа не превышает

5 8% (примеры 1-7), Ошибка определения железа возрастает при более низком и более высоком содержании воды, при низком содержании хлористоводородной кислоты, при недостаточном времени кипячения рас0 твора (примеры 2-12). Содержание хлористоводородной кислоты и время кипячения раствора могут быть выше заявляемых (примеры 13, 14), однако в этих условиях выполнять анализ нецелесообразно.

5 Количество щелочи, добавляемой к горячему раствору адипиновой кислоты, должно обеспечивать растворение этой кислоты при концентрации около 200 г/дм3 после охлаждения раствора до комнатной

температуры. Оно составляет 1,2-1,9 моль аммиака, гидроксида натрия или гидрокси- да калия на 1 моль кислоты, что соответствует величине рН 5,2-6,2. Относительная ошибка определения железа при этом не превышает 6% (табл.2, примеры 1-6). Запредельное снижение расхода щелочи приводит к выпадению осадка адипиновой кислоты, запредельное повышение - к понижению выхода окрашенных комплексов (примеры 7,8).

Для учета поглощения света нерастворимые примесями в адипиновой кислоте предложено кроме измерений оптическом плотности при 510 нм дополнительно изме- рять ее при 580-620 нм, где комплексы железа практически не поглощают свет, а светопоглощение примесей примерно такое же, как и при 510 нм. Полезный сигнал рассчитывается как разность между указан- ными значениями оптической плотности. Необходимость в измерениях оптической плотности при двух значениях длины волны иллюстрируют данные, приведенные в табл.3,

Пример. Навеску здипиновой кислоты (10 г) помещают в стакан вместимостью 50 см , добавляют 10 CMJ зоды и 2 см раствора соляной кислоты (18%). Стакан с этой смесью нагревают на электроплитке до рас- творения адипиновой кислоты и начала кипения раствора, кипятят в течение 10 мин. Добавляют 1 см раствора гидроксиламина сернокислого (10%) и по каплям при перемешивании 10 см раствора аммиака (10 моль/дм ). Добавляют 1 см3 водного раствора 1,10-фенантролина солянокислого (0,02 моль/дм, полученный раствор переносят в мерную колбу вместимостью 50 см , охлаждают, добавляют воду до метки. Через 15 мин измеряют оптическую плотность этого раствора на спектрофотометре СФ-26 в кювете с толщиной слоя 5 см при 510 нм (Ai) и при 600 нм (А2). Найдено: AI 0,068, Аа 0,014, содержание железа - 2.9- % (табл.3, проба 1). Продолжительность определения железа составляет около 40 мин.

Пример по прототипу

Навеску адипиновой кислоты (40 г) помещают в фарфоровую чашку и нагревают на песчаной бане до улетучивания кислоты. Чашку устанавливают в муфельную печь, нагретую до 200°С, и сжжэют остаток кислоты. Повышают температуру лечи до 500 - 600°С и прокаливают в течение часа. В те- чение часа. В охлажденную чашку с золой добавляют 1 см3 раствора соляной кислоты

(37%) и нагревают до растворения золы. Раствор переносят в мерную колбу вместимостью 100 см3, добавляют воду до метки, отбирают 20 см полученного раствора и помещают его в мерную колбу вместимостью 50 см3. Добавляют 0,25 см3 раствора азотной кислоты (25%), нагревают до кипения и кипятят в течение 2 минут. Полученный раствор охлаждают, добавляют 0,5 см3 раствора соляной кислоты (25%), 4 см3 раствора роданистого аммония (30%) и воду до метки. Через 2 мин измеряют оптическую плотность этого раствора на спектрофотометре СФ-26 при 480 нм в кювете с толщиной слоя 5 см. Найдено: А 0,031, содержание железа - 2,7 % (табл.З, проба 1). Время проведения анализа составляет около 10ч.

Данные, иллюстрирующие точность и воспроизводимость метода, приведены в табл.З, из которой видно, что результаты определения железа известным и предлагаемым методом в разных пробах адипиновой кислоты совпадают.

Преимущество предлагаемого способа определения железа в адипиновой кислоте состоит в меньшей продолжительности проведения анализа (около 40 мин) при сохранении высокой чувствительности (предел обнаружения - 1 %). Продолжительность определения железа по сравнению с известным способом сокращается примерно в 15 раз. Предлагаемый-способ можно использовать для технологического контроля производства адипиноаой кислоты.

Формула изобретения Способ определения железа в адипиновой кислоте, включающий нагревание анализируемой пробы, обработку хлористоводородной кислотой, цветореа- гентом с последующим измерением оптической плотности раствора, отличающий- с я тем, что, с целью ускорения способа, анализируемую пробу адипиновой кислоты обрабатывают раствором хлористоводородной кислоты при массовом соотношении адипиновой кислоты, хлористоводородной кислоты и воды, равном 1:(0,03-0,05):(1,2-1,4), в течение 8-12 мин при температуре кипения смеси, в горячий раствор вводят последовательно гидроксиламин, щелочной реагент, равном 1:(1,2-1,9), и 1,10-фенант- ролин, охлаждают и измеряют оптическую плотность полученного окрашенного раствора при 510 нм и 580-620 нм.

Таблица 1

Использование: в аналитической химии. Сущность изобретения: анализируемую пробу обрабатывают раствором хлористоводородной кислоты при массовом соотношенииадипиновойкислоты, хлористоводородной кислоты и воды, равном 1 :(0.03-0,05):(1.2-1,4). в течение 8-12 мин при температуре кипения смеси в горячий раствор вводят последовательно гидро- ксиламин, щелочной реагент при молярном соотношении адипиновой кислоты и щелочного реагента, равном 1:(1,2-1,9). и 1,10-фе- нантролин охлаждают и измеряют оптическую плотность окрашенного раствора при 510 нм и при 580-620 нм. 3 табл. (Л

Оптимальные условия переведения железа в активную форму. Навеска адипиновой кислоты - 10 г, содержание железа - 1,00 %, нейтрализация раствором аммиака (1,5 моль на 1 моль адипиновой

кислоты).

Таблица 2

Оптимальные условия проведения реакции шплексообразования, Навеска адипиновой кислоты - 10 г, содержание железа - 1,00 %. Массовое соотношение адипиновая кислота, хлористоводородная кислота (в пересчете на сухое) и вода -1:0,036:1,2.

Результаты определения железа а адипиновой кислоте по ГОСТ 10558-80 и предлагаемым методом, t - продолжительность определения. , ,95.

Таблица 3