Новая методика определения железа(III) в сточной воде

Размещено на http://www.allbest.ru/

Новая методика определения железа(III) в сточной воде

Гaджиева С.Р.

Джафарова Н.М.

Алиева Т.И.

Контроль состава природных и сточных вод на содержание вредных элементов осложняется низким содержанием анализируемых веществ и матричными эффектами. Для решения этой задачи в аналитической практике широко используется сорбционное концентрирование, позволяющее из больших объемов растворов сложного состава выделить микрокомпоненты, снизив таким образом пределы их обнаружения и влияние макрокомпонентов. В сочетании с различными инструментальными методами анализа [4, 9, 11] сорбционное концентрирование позволяет проводить определение непосредственно с поверхности твердого концентрата.

Известно достаточно много сорбентов, используемых для этих целей. В последнее время все большее предпочтение отдается использованию комплексообразующих сорбентов [2, 3, 13, 14].

В данной работе использовали предварительное концентрирование на полимерном хелатообразующим сорбенте с последующим анализом концентрата на содержание микроколичеств железа (III) спектрофотометрическим методом.

Экспериментальная часть

Растворы, реагенты, сорбент. Использовали реактивы квалификации х.ч. или ч.д.а. Исходный раствор железа(III), готовили из Fe₂(S0₄)₃ согласно [5] и стандартизировали комплексонометрически с сульфосалициловой кислотой [12]. Рабочие растворы получали разбавлением исходного. Необходимые значения pH поддерживали растворами НС1, NaOH и аммиачно-ацетатными буферными растворами. Ионную силу создавали рассчитанными количествами КС1. В работе применен новый полимерный хелатообразующий сорбент с фрагментами дитиокарбазида. Сорбент синтезирован по методике [3]. Полученный сорбент высушен при 50-60° С.

Аппаратура. Оптическую плотность растворов измеряли на фотокалориметре КФК-2. Кислотность раствора контролировали стеклянным электродом на иономере И-130. Концентрации растворов металла измеряли с помощью атомно-абсорбционного анализатора марки AAS-1N.

Результаты и их обсуждение

Потенциометрическое титрование. Кислотно-основные константы ионизации полимерных сорбентов являются одними из основных свойств. Чтобы определить константу ионизации сорбента, вначале была изучена его полная статическая сорбционная емкость по K⁺ (CEC_K⁺=2,8ммоль/г) и известной методикой было проведено потенциометрическое титрование [6].

На основе результатов потенциометрического титрования была построена дифференциальная кривая титрования, полученный сорбент содержит две разные ионогенные группы. Так что ионизация сорбента происходит в двух стадиях:

H₂R= HR + H⁺

HR- = R2-+ H+

Чтобы определить константы ионизации сорбента можно использовать данные дифференциальной кривой титрования. Результаты были приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты для расчета констант ионизации сорбента (С_KOH =0.1M, m_сорб = 100 мг, pK₁=4.07; pK₂=8.53)

Константа ионизации сорбента была рассчитана модифицированным уравнением Гандерсон-Гассельбаха [6].

Измерив значение pH растворов над сорбентом для каждого значения а, строили зависимость ?pH = f(lg(?/(1-?))).

По величине тангенса угла наклона прямой вычисляли параметры. Изучена зависимость сорбционной емкости от кислотности раствора. Сорбцию железа (III) выполняли из объема 20 мл раствора. В интервале кислотности pH 5 степень сорбции проходит через максимум.

Известно [10], что при рН<4 закрепленные функционально аналитические группы протонированны и не участвуют в комплексообразовании с катионами металлов, а в щелочной среде наблюдается гидролиз солей металла [7].

Ионная сила раствора существенно влияет на гибкость твердофазной матрицы и состояние функциональных групп аналитического реагента [8]. Поэтому исследована зависимость аналитического сигнала от концентрации раствора КС1 в диапазоне 0,2-1,6 М. Отмечено отрицательное влияние увеличения ионной силы раствора на свойства сорбента, что объясняется экранированием координационно-активных групп ионами электролита [8]. Все дальнейшие опыты проводили в растворах с ионной силой 0,4 M (КС1).

Сорбционное равновесие достигается в течение 3-часового контакта раствора с сорбентом. Дальнейшее увеличение времени сорбции не изменяет сорбционную емкость. Чтобы определить оптимальные условия сорбции железа(III) с полученным сорбентом построена изотерма сорбции. В ряд градуированных пробирок вводят от 16,53 мг/г до 268,3 мг/г железа (III), вносят 0,05 г сорбента и доводят аммиачно-ацетатным буферным раствором pH 5 до 20 мл. Оставляют на 3 часа, затем проводят измерения.

Изучение десорбции. Изучено влияние разных минеральных кислот (НСlО₄, H₂S0₄, HN0₃, HCl) с одинаковыми концентрациями на десорбцию железа(III) из сорбента. Эксперимент показал, что максимальная десорбция железа(III) происходит в перхлоратной кислоте (табл. 2).

Определение железа в сточной воде. Разработанная методика опробована при определении железа(Ш) в сточной воде. 1000 мл анализируемого раствора предварительно очищали филтрованием, для удаления микросмеси.

Таблица 2. Влияние разных кислот на степень извлечения железа(III) (n=3)

В стеклянную миниколонку (внутренний диаметр 0,5 см, длина 10 см), переводят полимерный хелатообразующий сорбент (100 мг). Анализируемую пробу доводят до нужного значения pH добавлением HN0₃ и пропускают через слой сорбента, находящийся в миниколонке с оптимальной скоростью (1,5 мл/мин). Сорбент промывают 10 мл 1,5 М HClO_4. В элюате концентрацию железа(Ш) определяют фотометрическим методом.

Исследования показали, что предлагаемая новая комплексная экспрессная методика, включающая в себя предварительное концентрирование железа (III) данным сорбентом, позволяет количественно выделять железо (III) из большого объема пробы со сложным фоновым составом. Результаты рассчитывали в предположении 100%-ного извлечения определяемых ионов (табл. 3).

Таблица 3. Результат анализа сточной воды (m_сорб=100 мг; р=0,95; n= 3)

Список литературы

полимерный сорбент кислотность раствор

1. Алиева Р.А., Велиев В.Н., Гамидов С.З., Чырагов Ф.М. Сорбционное исследование меди(Н) полимерным сорбентом // Журн. химические проблемы. № 4, 2006. Стр. 161-163.

2. Аксенова А.Г., Гавриленко Н.А. Мокроусов Г.М. Определение железа (II, III) реагентами, иммобилизованными в полимета-крилатную матрицу // Аналитика Сибири и Дальнего Востока: Тезисы докладов VII конференции - Новосибирск, 11-16 октября 2004. Новосибирск: НГУ, 2004. С. 175.

3. Басаргин Н.Н., Розовский Ю.Г., Волченкова В.А. и др. Органические реагенты и хелатные сорбенты в анализе минеральных объектов // М.: Наука, 1980. 190 с.

4. Долманова И.Ф., Шеховцова Т.Н. Гибридный сорбционно-каталитический метод химического анализа // Ж. Рос. Хим. об-ва им. Д.И. Менделеева, 2001. T. XLV. № 4. С. 95-103.

5. Коростелев П.П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ // М.: Наука, 1964.261 с.

6. Корреляции и прогнозирование аналитических свойств органических реагентов и хелатных сорбентов. // Под ред. д.х.н. Н.Н. Басаргина, д.х.н. Э.И. Исаева. М.: Наука, 1986. 199 с.

7. Турова Н.Я. Справочные таблицы по неорганической химии // Под ред. Тамм Н.С. Л.: Химия, 1977. 116 с.

8. Мельник Т.А. Дисс. канд. хим. наук // Воронеж: УГЛТУ, 2005. 114 с.

9. Никифорова Т.Е., Багровская Н.А., Козлов В.А., Лилин С.А. Сорбционные свойства и природа взаимодействия целлюлозасодержащих полимеров с ионами металлов // Химия растительного сырья, 2009. № 1. С. 5-14.

10. Первова И.Г., Юшкова О.Г., Липунова Г.Н., Моргалюк В.П., Мельник Т.А., Липунов И.Н. Синтез и свойства сорбентов с ковалентно иммобилизованными гетарильформазанами // Сорбционные и хроматографические процессы, 2003. Т. 2. № 5. С. 616-621.

11. Сальникова Е.В., Мурсалимова М.Л., Стряпков А.В. Методы концентрирования и разделения микроэлементов: учебное пособие // Оренбург: ОГУ, 2005. 157 с.

12. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование // М.: Химия, 1970. 562 с.

13. Matsumiya Hiroaki, Эki Nobuhiko, Miyano Sotaro. Sulfonylcalix arenetetrasulfonate as pre-column chelating reagent for selective determination of aluminium(lll), iron (III), and titanium (IV) by ion-pair reversed-phase high-performance liquid chromatography with spectrophotometrik detection // Talanta, 2004. V. 62. № 2. P. 337-344.

14. Xiao-Song Zhang, Liang Shi, Lei Zhang, Ling-Feng You, Chang- Shang Lin Ion-pair reversed-phase highperformance liquid chromatographic separation and determination of ruthenium, rhodium, cobalt and copper as chelates with 1-(2-pyridylazo)-2- naphtol-6-sulfonic acid // J. Chromatography A., 1997. V. 789. № 1-2. P. 485-489.

Размещено на Allbest.ru