способ определения хрома (vi)

Формула изобретения

Способ определения хрома (VI) с использованием полиметакрилатной матрицы, включающий приготовление раствора хрома (VI), извлечение хрома (VI) мембраной с иммобилизованным реагентом, последующее ее отделение от раствора, измерение аналитического сигнала и оценку содержания хрома (VI), отличающийся тем, что в качестве мембраны применяют полиметакрилатную матрицу с иммобилизованным дифенилкарбазидом, в качестве аналитического сигнала используют светопоглощение при 545 нм, координаты цвета или визуальную оценку интенсивности окраски оптической мембраны, оценку содержания хрома (VI) проводят по градуировочному графику или визуально-тестовым методом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к методам определения хрома(VI), и может быть использовано при его определении в природных, питьевых и сточных водах, а также в технологических растворах.

Известен способ экстракционно-фотометрического определения хрома(VI) с использованием органического реагента дифенилкарбазида (Т.Н. Симонова, В.А. Дубровина, Л.И. Денисова. Экстракционно-фотометрическое определение хрома(VI) с дифенилкарбазидом в воде с применением двухфазных водных систем // Химия и химическая технология. 2010. Т.53. вып.8. С.22-25). Метод основан на образовании комплекса Cr(VI) с реагентом в двухфазной системе вода - этиловый (изопропиловый спирт), разделении фаз с помощью сульфата аммония и последующим фотометрированием органической фазы при длине волны 545 нм. Содержание хрома(VI) находили по градуировочной зависимости, проведенной через все стадии анализа.

Предложенный способ определения хрома(VI) является высокочувствительным и избирательным. К недостаткам способа можно отнести трудоемкость проведения экстракционного выделения и использование в большом количестве органических растворителей с целью повышения чувствительности и избирательности методики определения.

В настоящее время широкое применение находят сорбционно-спектроскопические методы, позволяющие сочетать концентрирование и разделение элемента с его последующим определением непосредственно в твердой фазе, что дает возможность повысить чувствительность и селективность определения, зачастую избегая использования токсичных растворителей, тем самым, обеспечивая экологическую безопасность анализа. Кроме того, использование твердой фазы позволяет проводить экспрессное определение веществ на месте отбора пробы, что в случае определения хрома(VI) очень актуально, и обусловлено его способностью адсорбироваться стенками посуды при транспортировке анализируемой пробы и частично переходить в хром(III) в присутствии восстановителей.

Наиболее часто используемым методом в аналитических лабораториях является метод молекулярной спектроскопии, основанный на измерении поглощения света из-за его высокой способности к адаптации широкому кругу аналитических проблем. При разработке методов определения с использованием твердой фазы, основанных на измерении светопоглощения, в качестве носителей для иммобилизации реагентов используют различные прозрачные материалы.

Известен способ определения хрома(VI) в загрязненных водах с использованием оптического селективного сенсора, изготовленного на основе поливинилхлорида с иммобилизованным реагентом. В качестве твердофазного реагента для сенсора использовали 4,5-дибромфлуоресцеин (R.Guell, С.Fontas, V.Salvado, E.Antico. Development of a selective optical sensor for Cr(VI) monitoring in polluted waters // Analytica Chimica Acta. 2007. V.594, P.162-168). Способ основан на измерении поглощения поливинилхлоридной мембраны при длине волны 530 нм после ее контакта с раствором хрома(VI) в динамическом режиме.

Данный способ определения хрома(VI) является экспрессным. К недостаткам способа можно отнести высокий предел обнаружения, использование в процессе подготовки мембраны вредного для здоровья людей вещества - тетрагидрофурана.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ определения хрома(VI) методом спектрофотометрии с использованием мембраны на основе триацетилцеллюлозы (Y.M.Scindia, А.К.Pandey, A.V.R.Reddy, S.B.Manohar. Chemically selective membrane optode for Cr(VI) determination in aqueous samples // Analytica Chimica Acta. 2004. V.515, P.311-321). Способ основан на сорбционном выделении хрома из растворов с рН 3 прозрачной мембраной с иммобилизованным 1,5-дифенилкарбазидом, образовании окрашенного комплекса хрома с реагентом в твердой фазе и измерении поглощения при длине волны 548 нм.

К недостаткам способа можно отнести использование в процессе подготовки оптической мембраны вредных для здоровья людей веществ - хлороформа и метанола, трудоемкость этого процесса. Существенным недостатком метода является длительность выполнения определения.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого, экспрессного, экологически безопасного способа определения хрома с использованием полиметакрилатной матрицы.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе определения хрома(VI), включающем приготовления раствора хрома(VI), извлечение хрома(VI) мембраной с иммобилизованным реагентом, последующее ее отделение от раствора, измерение аналитического сигнала и оценку содержания хрома(VI), отличающийся тем, что в качестве мембраны применяют полиметакрилатную матрицу, в качестве аналитического сигнала используют светопоглощение при 545 нм, координаты цвета или визуальную оценку интенсивности окраски оптической мембраны, оценку содержания хрома(VI) проводят по градуировочному графику или визуально-тестовым методом.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что находящийся в растворе с рН~0 хром (VI) извлекается полиметакрилатной матрицей с иммобилизованным дифенилкарбазидом с образованием в матрице комплекса, окрашенного в красно-фиолетовый цвет и имеющего в спектре поглощения максимум при длине волны 545 нм. Изменение окраски полиметакрилатной матрицы связано с концентрацией хрома(VI) в анализируемом растворе прямо пропорциональной зависимостью.

Иммобилизацию дифенилкарбазида в полиметакрилатную матрицу размером 6,0×8,0×0,6 мм проводили его сорбцией из раствора в статическом режиме. Для этого полиметакрилатную матрицу перемешивали в 0,05% водно-этанольном растворе реагента, 10% по этанолу, в течение 8 мин. В исследуемый раствор с рН~0, содержащий хром(VI), вносили полиметакрилатную матрицу с иммобилизованным реагентом, тщательно перемешивали в течение 15 мин, вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой, измеряли аналитический сигнал с последующим установлением зависимости величины аналитического сигнала от содержания хрома и его оценкой.

Предел обнаружения хрома(VI) в заявляемом изобретении равен 14, 2 ppb и сравним с пределом обнаружения хрома(VI), указанном в прототипе (13,6 ppb), при уменьшении времени получения отклика в 4 раза и соответственно длительности методика анализа, что подтверждает эффективность предлагаемого способа определения хрома(VI) с использованием полиметакрилатной матрицы.

Пример 1. Измерение поглощения полиметакрилатной матрицы и определение содержания хрома(VI) по градуировочному графику.

В 50 мл анализируемого раствора с содержанием хрома 0,0025-0,05 мг с рН~0 (HCl, контроль рН-метром) помещали пластинку полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным дифенилкарбазидом и перемешивали в течение 15 мин, затем вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой и измеряли поглощение при 545 нм. Содержание хрома(VI) находили по градуировочной зависимости, построенной в аналогичных условиях. Уравнение градуировочной зависимости имеет вид: A₅₄₅ +0,524·c_Cr (r=0,9979), где c_Cr - концентрация хрома(VI), мг/л. Диапазон линейности градуировочной зависимости составляет 0,05-1,00 мг/л. Предел обнаружения, рассчитанный по 3s-критерию, равен 0,014 мг/л.

Пример 2. Визуально-тестовое определение содержания хрома(VI).

Визуально-тестовое определение хрома(VI) выполняли аналогично методике твердофазно-спектрофотометрического определения, описанного в примере 1. После контакта полиметакрилатных матриц с растворами хрома(VI) проводили сравнение их окраски с цветовой шкалой (рисунок 1) и полуколичественно определяли концентрацию элемента. Цветовые шкалы сравнения получали путем сканирования образцов, полученных при построении градуировочной зависимости.

Пример 3. Измерение координаты цвета G полиметакрилатной матрицы и определение содержания хрома(VI) по градуировочному графику.

В 50 мл анализируемого раствора с содержанием хрома(VI) 0,0025-0,025 мг с рН~0 (HCl, контроль рН-метром) помещали пластинку полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным дифенилкарбазидом перемешивали в течение 15 минут, затем вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой. Мембраны сканировали с применением настольного офисного сканера, обрабатывали полученные изображения с помощью компьютерной программы цифровой обработки изображений «Adobe Photoshop» по светлоте в координатах R, G, В. В качестве аналитического сигнала выбран зеленый канал. Содержание хрома(VI) находили по градуировочной зависимости, построенной, сканированной и обработанной в аналогичных условиях. Уравнение градуировочной зависимости имеет вид: G=236-188·c _Cr (r=0,9977), где c_Cr - концентрация хрома(VI). Диапазон линейности градуировочной зависимости составляет 0,05-0,50 мг/л. Предел обнаружения, рассчитанный по 3s - критерию, равен 0,023 мг/л.

Пример 4. Определение содержания хрома(VI) в питьевых водах.

Подготовка питьевой воды к анализу. Отбор проб питьевой воды проводили в соответствие с ГОСТ Р 51593-2000. Для анализа отбирали аликвотную часть 25,0 мл и поступали, как указано в примере 1.

Правильность разработанной методики оценивали по результатам определения добавок хрома(VI) в пробах питьевой воды. Результаты определения хрома(VI) заявляемым способом представлены в таблице 1. Полученные результаты свидетельствуют о правильности и повторяемости предлагаемого способа определения хрома(VI).

Преимуществом заявленного изобретения является простота и экспрессность выполнения определения, многообразие способов измерения аналитического сигнала полиметакрилатной матрицы и оценки содержания хрома(VI). Кроме того, заявляемый способ определения хрома(VI) не требует использования токсичных растворителей и других вредных веществ и является безопасным для здоровья людей в отличие от прототипа.

Таблица 1.
Результаты определения Cr(VI) (n=4, Р=0,95)
Объект анализа	Введено, мг/л	Найдено, мг/л	Sr
Вода питьевая (уличное водоразборное устройство)	0	<0,014	-
	0,10	0,09±0,01	0,09
	0,40	0,41±0,03	0,05
Вода водопроводная	0,070	0,065±0,016	0,15
	0,30	0,29±0,03	0,07
	0,60	0,60±0,02	0,02