Способ определения концентрациирастворенного b воде кислорода

Способ определения концентрациирастворенного b воде кислорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (1821404

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскин

Социалнстическин

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1 1; 10.7 8 (2! ) 2676900/23-26 (5 ) ) Я. Кд.

С 01 В 13/00 (01 И 21/27 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Ввударственный квмнтет

СССР

Опубликовано15.04.81. Бюллетень М14

Дата опубликования описания 20.04.81 (53) Уд К 543.42. .062:546. .2 1 (088.8) до делам нзвбретеннй н втнрытнй (72) Авторы изобретения

К. Б. Яцимирский, Ю. И., Братушко, И.- Л. За

Институт физической химии им. Л. В. Писаржев

АН Украинской CCP

" 1.д

1 ь.

6) (71 ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРЕННОГО

В ВОДЕ КИСЛОРОДА

Изобретение относится к способам определения концентрации кислорода и может быть использовано для экспериментального определения концентрации растворенного в водном растворе кислорода в химической промышленности, геологии, . биологии и медицине.

В химических лабораториях и промышленных установках используют два принципиально различных метода определе— ния концентрации растворенного кислорода: электрохимический.и химический.

Электрохимические способы основаны на определении силы тока в цепи. Эти способы отличаются высокой точностью, однако требуют применения сложной электронной аппаратуры и кроме того, характеризуются определенной инерционностью вследствие своих конструктивных особенностей.Химические методы основаны на образовании окрашенных растворимых продуктов окисления или на высаживании из раствора окасленных форм реагейтов с последующим их растворением и опреде2 лением концентрации одного иэ продуктов каким-либо методом.

Известен способ определения концентрации О> с помощью цветной реакции окисления кислородом восстановленной формы метиленового голубого (МГ) 1 .

Однако приготовление исходной восстановленной формы МГ сложный, медленный и многостадийный процесс: готовится,водный раствор МГ, добавляется восстановитель (глюкоза) с последующим разбавлением динамитным глицерином.

Лишь через 40-50 мин происходит восстановление МГ глюкозой при 2%-ной концентрации раствора щелочи. Недостатком,применения Ml для определения конl. центрации кислорода является то, что". измерения оптической плотности нужно проводить только через 2 мин после начала индикаторной реакции, но не поз20 же, чем через 4-5 мин. Восстановленная форма Ml плохо растворима в воде, и качестве основного растворителя применяются динамитный глицерин, что тре82 1404 бует интенсивного перемешивания исходных реагентов, создает трудности в измерении оптической плотности при автоматизированном определении кислорода, увеличивает время между последующими измерениями.

Известен также способ определения концентрации растворенного кислорода на основе образования окрашенного ком плекса И (Ю }ЭДТА. Интервалы определяемых концентраций растворенного

0 1,4 10 -6,32 10 мгlмл.,(2).

Недостатки этого способа — низкое значение коэффициента .малярного пога« ф шения, равное 2,02 ° 10 М см, многостадийность процесса, — для достиже.чия

/ рубиновокрасной окраски с,1п,о =4&6 нм предварительно добавляют к воде коллоидь например крахмал или гумиарабик, с последующим приливанием растворов МпС6

NaOH, буфера ледяной уксусной кислоты и ЭДТА. Увеличение вязкости снижает точность дозирования раствора при фото= метрировании. Недостатком также является медленность реакции: необходимо встряхивание реакционной смеси в течение 10 мин с последующим разбавлением водой и фотометрнрованием.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемом5 результату является способ спектрофотометрического определения концентрации растворенного в воде кислорода с по-! мощью индигокармина (динатриевой соли 5,5-дисульфокислоты индиго). Способ основан на медленном окислении индигокармина с образованием окрашен ного соединения при приливании к образцам воды с определенной концентрацией кислорода раствора индигокармина.

Пределы определяемой концентрации, кислорода 0-8 10 мг/мл, измерение оптической плотности проводится. в области 555 нм. Ошибки определения составляют для концентраций кислорода

3,5 10, -1,3. 10, 8-10 гlмл 15,7, 8,1, 2,4 % соответственно (3).

Недостатки этого способа заключаются в том, что верхний предел определяемой концентрации растворенного в

-Б воде кислорода (8 10 мг/мл) ограничивается;низкой растворимостью в воде органического реагента1(индигокармина). Кроме того, исходный раствор: нндигокармина в воде поглощает свет в видимой области спектра (окрашен в темно-синий цвет) и образующийся при взаимодействии с кислородом продукт также поглошает свет в этой области

/ аминокислоты (например с Ь -гистидинатом) или кобальта с макроциклическим лигандом (например с гексаметилтетрааза, циклотетрадекадиеном) . Для полного связывания кислорода реагент добавляют в количествах, превышающих концентра» цию растворенного кислорода в 10-15 раз. Реагент вводят в виде обескислоро

35 женного раствора соли с концентрацией ион кобальта-анион аминокислоты или ион кобапьта-макроциклический лиганд

0,4-2,5 мг/мл или 0,4-5,4 мгlмл со-, ответственно.

О концентрации растворенного кислорода судят по величине оптической плотности в области 340 390 нм, в которой поглощают свет смешанные координационные соединения состава . ион кобальта- . анион аминокислоты„.- молекулярный кислород или ион кобальта-макроциклический лиганд - молекулярный кислород, кобальта с анионом аминокислоты (например с 4-гистидинажм ) или кобальта с макроциклическим лигандом (напримеп с гексаметилтетраазациклотетрадекадиеном). При обратимом. связывании этими

I реагентами кислорода в растворе образуются интенсивно окрашенные продукты

55 спектра (положение полос поглощения

510, 555, 610 нм). Наложение интенсивных полос спектров поглощения исходного раствора индигокармина в воде и продукта его окисления растворенным кислородом затрудняет и резко снижает точность фотометрирования в области 555 нм. Окисление индигокармина растворенным кислородом протекает мед 0 ленно, что ограничивает применение этого реагента для быстрых определений концентраций растворенного кислорода.

Низкая растворимость индигокармина в воде и нерезкий (размытый) переход окраски в результате протекания медленной индикаторной реакции окисления индигокармина обуславливают значительную .ошибку по концентрации растворенного кислорода, например .при концентрации

10 )кислорода 3,5 10 мг/мл. ошибка составляет 15;7%.

Цель изобретения - увеличейие диа— пазона определяемых концентраций растворенного в воде кислорода, повышение чувствительности и сокращение времени. !

Поставленная цель достигается тем, что для определения концентрации растворенного кислорода в качестве органического реагента используют координационные соединения кобальта с анионом

5 82l404 6 желто-коричневого цвета. Переход окрас-, . кой чувствительности (5,5 10 мг/мл). ки в.предлагаемом колориметрическом Можно определять концентрации раствоспособе наблюдается от светло-розовой ренного кислорода в широком интервале до интенсивно-коричневой. 5,5 10 — 4,6.10 мг/мл. Относительная ошибка определения концентрации кйслорода

Преимущество предлагаемого спо- составляет 3% при его концентрации 4,6 соба заключается в быстроте реакции l0 мг/мл (619,0+0,05 С). Сбласть обратимого связывания растворенного рабочих температур 4-50 С, область кислорода соединениями кобальта (для .. значений рН 9,0-9,5.

/гистидината кобальта Г / О,3 с), что В таблице приведены сравнительныв значительно уменьшает время определения данные определения предлагаемым и концентрации кислорода, а также в abrco- известными способами.

Чувствительность Диапазон определямг/мл емых концентраций кислорода, мг/мл.

Время опыта

Способ определения концентрации растворенного кислорода

3,5 10

Известный, с индигокарми- 10 и более ном мин

0-8 10

Предлагаемый, реагент — f - гистиданат кобальта

5э-5 10 -4,6 10

5,5- 10

30-40 с реагент . — соединение кобальта с макроциклическим лигандом

2,7-10 -.4,6 10

2,7 10

5680 с

Пример 1. Определение концентрации растворенного в воде кислорода .проводят с помощью индикаторного рвагвнта - гистидината кобальта С, А, 2 где л — и бн,— н-аоо-! т

Н

Исходный раствор гистидината кобальта окрашен в слабо-розовый цвет (щ

500 им, Е 24 М. см ), а продукт его.взаимодействия с кислородом в интенсивно-коричневый соответственно.

Методика определения кислорода на примере его концентрации, равной 4,6

° 10 мгlмл, заключается в следующем.

Образец Воды насыщают при определенной температуре кислородом из баллона. Затем в колбу с притертой пробкой объемом 105,5 мл помещают сухие навески нитрата кобальта C>(HQ)g.

" 6Н О и Ь -гистидина. Навески нитрата кобальта для данного опыта варьируют в пределах 0,0044-0,2640 г, а 1, -гистчдина ". — 0,0084-0,5050 г, причем в каждом случае отношение молярных концентраций иона кобальта к Ь -гистидинату составляет 1:3, После внесения

30 навесок в колбу заливают образец воды, добавляют раствор 1 М щелочи до зна. чения рН39,0 (104 мл воды и 1,5 мл раствора М aOH), и закрывают колбу пробкой со! шлифом так, чтобы под пробкой не образовывались. пузыри воздуха.

После быстрого растворения навасок в образце воды раствор продуктов окрашивается в темно-коричневый цвет. По истечении 40-45 с окрашенный раствор без контакта с .воздухом помещают в герметичную кварцевую кювету и проводят измерение оптической плотности в области 375-390 .нм с помощью фотоэлектроколориметра ФЭК-М со светофильтром с максимумом светопропускаиия., 320-420 нм, или с помощью спектрофотометра типа бре сот"й ОЧ -И 8 "

По величине оптической плотности через полученный экспериментально коэффициент молярного погашения для соединения

Сц А О„, где А - -гистидинат, рассчитыван г концентрацию растворенного кислорода. Толщина оптического слоя применяемых; кварцевых кювет 0,1-1,0 см.

Оптимальное значение рН окрашенного раствора продукта, определяющее полноту связывания растворенного кислорода, равно 9-11. Область рабочих температур

4-5 С, Ошибка определения 3%, 821404 цию растворенного кислорода ф=

=6000 М см) при Э па, 345 нм), Измерения оптической плотности проводят в кюветах с толщиной оптического слоя 0,2 см при величине рН, равной9,0. Область рабочих температур 4-50С. о

Аналогичные результаты получают, если вместо раствора с опреде. енной . концентрацией CoB(CIA) используют .

t0 сухие навески этого реагента по методике, описанной в примере 1.

Н б z л (Н. бн (". б н,С 2 >H > НЕ

I 1

Н2 нм- Сн

Сн3

Г, / 4 35 нз б бнг н

Исходный раствор соединения

СоБ(СВО, .) 2 окрашен в розовый цвет

{ „с =330 нм, E 1940 М см). После присоединения растворенного кислорода цвет раствора индикатора .становится коричневым.

Методика определения концентрации кислорода заключается в следующем.

Образец воды насыщают при. определенной температуре кислородом из баллона. В пробирку с притертой пробкой помещают определенное количество насыщенной кислородом воды (0,3, 5, 7, 10 мл). Затем добавляют такое количество воды, насыщенной. аргоном и определенный объем раствора щелочи, чтобы суммарный объем раствора составил

10 мл; В полученный таким способом раствор с определенной концентрацией

35 добавляют 10 мл раствора СоБ(СФОР,) с концентрацией 5,38 мгlмл. Пробирку закрывают пробкой и ее содержимое перемешивают. Цвет полученного раствора

При этом становится коричневым. По ис- 40 течении 45-60 с окрашенный раствор продукта помещают в герметичную кварцевую кювету и проводят измерение оптической плотности с помощью фотоэлектроколори метра ФЭК-М или спектрофото-. 45 метра типа Specorol UY-Фв . Зная коэффициент светопоглощения реагента

Co5<(CGA О, по величине оптической плотности можно определять концентрагл

Составитель А

Редактор Ю. Петрушко Техред Т. Ма

30. Жаворонкова точка

Корректор Е. Рошко

Заказ 1(04 /30 Тираж 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Пример 2. Определение концентрации растворенного в воде кислорода проводят с помощью индикаторного реагента — гексаметилтетраазациклотетрадекадиенкобальт диперхлората Ся Б (CCO+)> где ВФормула изобретения

ХСпособ определения концентрации рас творенного в воде кислорода, включающий образование окрашенного комплексного соединения с -использованием органического реагента с последующим измерением спектра поглощения комплекса, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона определяемых концентраций,чувствительности и сокращения времени анализа, в качестве органического реагента используют соединения . кобальта с анионом аминокислоты или кобальта с макроциклическим лигандом.

2. Способ по ri. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью достижения полноты связывания кислорода, реагент вводят не менее чем в 10-15-кратном избытке

3.Способпоп. 1, отличаюшийся тем, что .реагент вводят в виде обескислороженного раствора соли с концентрацией ион кобальта-. анисы аминокислоты или ион кобальта-макроциклический лиганд 0,4-2,5 мгlмл или 0,45,4 мгlмл соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при-экспертизе

1. Девдариани И. В. и ШмальцельГ. Н."Приборы и системы управления", % 9, с. 42-44, 1969 r.

2.Ra9)w 5.A., йойавеа S.H.! таЬаиЬа", 25, р. 5i9-521, 1978.

3, F. MiZVmiea, К. 8Ма)-" Su sek

1саб1аФл)" 25, Ns 2, 89-93, 1976 (прототип .

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4