Способ деструкции комплексов металлов с гумусовыми веществами для анализа природных вод

Способ деструкции комплексов металлов с гумусовыми веществами для анализа природных вод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

((9(SU(II) 15 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Af (51)5 С 01 Н 27/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4469321/31-25 (22) 01.08.88 (46) 23.09.90. Бюл. ll 35 (71) Томский политехнический институт им.С.M.Êèðoâà (72) А.А.Каплин, Л.Д.Свинцова, Н.М.Мордвинова и Т.Б.Рубинская (53) 543.253 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1300376, кл. С 01 N 27/48, 1982.

Гадицкий В.В. и др, Непрерывный контроль меди в сточных водах предприятий цветной металлургии. — Заводская лаборатория, 1987, т.53. У 9, с. 14-16.

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) комплексов 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) 10 А/м в течение 5-10 мин с добавлением к анализируемой воде хлористого калия до концентрации (0,2-0,4) г/л.

2 (54) СПОСОБ ДЕСТРУКЦИИ КОМПЛЕКСОВ

МЕТАЛЛОВ С ГУМУСОВЫМИ ВЕШЕСТВАМИ ДЛЯ

АНАЛИЗА ПРИРОДНЫХ ВОД (57) 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 А/м . Время обработки 5-10 мин.

В анализируемую воду в анодчую камеру добавляют 0,2-0,4 г/л хлористого ка- 9 лия. 2 ил., 2 табл.

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 анионселективную 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 необ1594411 работанной воде, содержащей комплексы этих металлов с гумусовыми веществами (кривая 12), вольтамперограмма этой же воды после добавления Соля5 ной кислоты (кривая 13), вольтамперограмма этой же воды, обработанной по данному способу (кривая 14) .

Способ осуществляют следующим образом. 10

В рабочую 1 и вспомогательную 2 камеры подают воду из пробоотборника . 10 и раствор КС1 из сосуда 11. От источника 4 .тока подают напряжение на индифферентные электроды 3, в течение 5-10 мин проводят обработку анализируемой воды в рабочей камере при плотности анодного тока (1,21,4) ° 104Л/м и в процессе обработки .определяемые металлы высвобождаются из комплексов и переходят в катион1 ную форму. Затем отключают напряжения от электродов 3 и проводят анализ обработанной воды, например, методом инверсионной вольтамперо- 25 метрии. Для этого проводят электроконцентрирование определяемых элементов на поверхности рабочего электрода 6 в течение времени электролиза „, равного 3-5 мин 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 концентрирования, в течение которой через раствор барботируют инертный газ, отключают поток интертного газа и проводят электрорастворение осадка с поверхности рабочего электрода в раствор при линей40 но изменяющемся потенциале с регист" рацией на вольтамперограмме анали тического сигнала — аноцного тока.

Концентрацию металлов определяют методом добавок стандартных растворов металлов.

Эффективность деструкции (разрушения) комплексов и высвобождения металлов по данному методу иллюстри50 руется на фиг.2. Как известно, разрушение нелабильных комплексов металлов в воде может происходить и в объеме раствора в гомогенных условиях при подкислении вод Heopra55 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 (кривая 14), чем при подкислении соляной кислотой (кривая 13), при этом и подкисление, и электрохимическое разрушение комплексов проводят до достижения в обоих способах значения рН 2. Время обработки проб для разрушения комплексов металлов с гумусовыми веществами выбрано равным 5-10 мин экспериментально.

При времени обработки воды более

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

Обработка раствора только в анодном режиме наиболее эффективна при однополупериодном токе при соотношении Х „: Х = 11:О 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 обработки. Плотность анодного тока выбирают равной (1,20-1,40)-10 М/м поскольку при плотности менее 1,2 х х10 Л/м не достигается значения рН в данном интервале времени обработки воды, необходимого для разрушения комплексов гумусовых веществ с металлами. При величине плотности тока более 1,40 10 " Л/м происходит разогревание раствора, что может привести к потере определяемых элементов пз раствора, уменьшению точности измерений и снижению эффективности работы мембран. Обязательным условием реализации способа разрушения комплексов металлов с гумусовыми веществами 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 концентраций ионов металлов в анодной камере.

5 159441

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 добавляется 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 величиной (1, 2-1,4) 10 А/м, а при концентрации раствора более 0,4 г/л электропроводность не увеличивается. При пропускании тока через электрохимическую ячейку в анодной камере про- 20

Таблица1

Содержание после обработки воды, г/л ° 10

Время обработки, мин

Элемент по предлагаемому способу по способу мокрого озоления по способу мокрого озоления по предлагаемому способу

3,2 + 1,4

3,1+ 0,8

5,8 1,0

Кадмий

Свинец

Медь

3,2 + 0,8

3,1+ 1,3

5,4 3 0,5

40 - 50

5-10

Погрешность по предлагаемому споЗ5 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, не.

40 высокая амплитуда тока) уменьшают потери определяемых металлов в проце се разрушения их коьятлексов и увеличивают эффективность данного способа разрушения (деструкции) комплексов

45 металлов.

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

5О Анализируемую воду подают из про боотборника 10 (фиг.1) в рабочую (анодкую) 1 и вспомогательную (катод ную) 2 камеры. Из сосуда 11 в те же камеры подают раствор хлористого ка55 лия 0,2 г/л. От источника 4 тока подают ток (плотность тока равна 1, 2 10 Л/м ) на электроды 3. После обработки проб в течение 5 мин ток отключают, а анодную камеру, в которой

Элемент

0,25

0,13

0 12

0,30

0,18

0 22

Кадмий

Свинец

Медь

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

Стандартное отклонение определения металлов в воде по способу известному предлагаемому

1 6 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.

1594411 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 вольтамперометрии. Для этого проводят электронакопленне меди на поверхности рабочего электрода 6 (ртутно-пленочНого на серебряной проволочке) в

Течение 3 мин при Е = -1,0.В при поМощи полярографа 9. После окончания электролиза, во время которого через раствор барботируют инертный газ, отключают поток инертного газа и проводят электрорастворение амальгамы иди осадка с поверхности рабочего электрода в раствор при линейно изменяющемся потенциале с регистрацией аналитического сигнала - анодного тока (при -0,5 В отн.нас.к.э.) на врльтамперограмме Концентрацию меди определяют по методу добавок стандартных растворов металлов. 25

Пример 2. Анализ речной воды на содержание свинца и кадмия с разрушением комплексов с гумусовыми веществами.

Анализируемую воду подают из пробоотборника 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 (й.1,4-10 A/м ) на индиферентные электроды 3. По истечении 10 мин ток исключают. В анодную камеру, в которой 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 инверсионной вольтамперометрии. Для этбго проводят электронакопление кадмия .и свинца на поверхности рабочего ртутно-пленочного электрода 6 в течение

3 мин при Е з =-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 сигна« ла — анодного тока (при -0,35 В отн. нас.к.э. для Pb и -0,65 В для Cd) на вольтамперограмме. Концентрацию кадмия и свинца определяют по методу добавок стандартных растворов металлов.

ФоPèóëа изобретения

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

1594411

Фиа2

Составитель Т.Николаева

Редактор С.Пекарь

Техред М. Ходанич Корректор М. Кучерявая Заказ 28,24 Тираж 513 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101