Легкоплавкий экстрагент и способ извлечения цинка (II) из кислых водных растворов
LOW-MELTING EXTRACTANT AND METHOD FOR EXTRACTING ZINC (II) FROM ACIDIC AQUEOUS SOLUTIONS

Изобретение относится к области аналитической химии и направлено на аналитическое применение легкоплавкого экстрагента с температурой ниже кипения воды и предназначено для практического применения в аналитических, экоаналитических и медицинских лабораториях для извлечения ионных форм цинка из кислых водных хлоридных растворов.
Известны экстракционно-инструментальные способы определения микроэлементов образцах природных объектов(аналог):
[Темерев С.В., Логинова О.Б. Экстракционно-вольтамперометрический способ определения цинка, кадмия, свинца, меди и железа в твердых образцах природных объектов // Патент РФ RU 2382355 С1. Опубл. 20.02.2010. Бюл. №5. - 10 с.]
В качестве ионной жидкости для извлечения ионных форм элементов из твердой компоненты снега использован гидрофильный сульфосалициллат диантипириния, который экстрагирует из твердых частиц снежной массы с эффективностью в пределах 80%.
3
Изобретение отличается от существующих аналогов применением нового перспективного легкоплавкого экстрагента диацетил салицилата гексилдиантипирилметания, который плавится при (77±1)°С и образует плотную (2,28±0,02) г/см ионную жидкость, извлекающую ионы цинка (II) из кислых водных хлоридных растворов.
В отличие от аналога заявляемый легкоплавкий расплав отличается гидрофобностью, прост и удобен в обеспечении эффективности концентрирования, позволяет достигать больших, чем у аналога соотношений объема водной фазы к объему концентрата (в примере составляет 20, таблица 2). Простота и удобство связаны с простотой оборудования. Для экстракционного концентрирования необходима центрифужная пробирка с пробкой и требуется делительная воронка для разделения водной и органической фаз. Концентрат формируется in situ при нагревании на водяной бане при температуре 85-90 градусов Цельсия, энергичном встряхивании расплава и отдающей ионы цинка водной фазы в течение 2-3 минут. После остывания пробирки до комнатной температуры пробирку центрифугируют 2-3 минуты, затем рафинат сливают, а концентрат растворяют в 2 мл спирта и распыляют в воздушно-ацетиленовое пламя и регистрируют аналитический сигнал абсорбции атомов цинка при длине волны 213,9 нм. Однократное концентрирование обеспечивает эффективное извлечение цинка из 3 Μ раствора хлороводородной кислоты (Таблица 2).
Для количественного извлечения манипуляцию концентрирования в расплав повторяют 4-5 раз.
3
3
Дополнительно капилярным методом определена плотность диацетил салицилата гексилдиантипирилметания при 25°С (2,41±0,02) г/сми при 77°С (2,28±0,02) г/см соответственно.
Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) выступает способ концентрирования ионов элементов из кислых растворов:
3
[Темерев С.В., Савакова Ю.П. Способ группового концентрирования из кислых растворов и разделения ионов элементов ионной жидкостью // Патент РФ RU 2637236 С2 Опубл. 01.12.2017. Бюл.№34, -12 с.], основанный на извлечении ионов, в том числе, цинка из кислых хлоридных растворов ионной жидкостью - легкоплавким расплавом ацетил салицилата антипириния с температурой плавления 84-85°С и плотностью 1,2 г/см.
3
Заявляемое изобретение обладает следующими преимуществами. Заявляемый легкоплавкий состав (таблица 1) выгодно отличается по плотности (2,28±0,02) г/см при 77°С и характеризуется более низкой температурой плавления (77±1)°С Физико-химические свойства обеспечиваются более тяжелым слабым основанием - гексилдиантипирилметаном (ГДАМ). Молярная масса ГДАМ составляет 472 г/моль, в то время как молярная масса антипирина значительно меньше и составляет 188,23 г/моль. При этом растворимость ГДАМ в воде примерно в 20 раз ниже, чем у антипирина. Уменьшение растворимости в водных растворах придает расплаву с гексилдиантипилметаном преимущественную гидрофобность при двух кетогруппах в каждой молекуле и способности присоединять еще одну молекулу ацетилсалициловой кислоты(Фигура 1). Более плотная в сравнении с прототипом органическая по составу и ионная по структуре при температуре плавления жидкость выступает коллектором ионных форм элемента (в примере цинка). Депрессия температуры плавления продукта взаимодействия от температуры аддитивности исходных веществ составила более 40°С. Понижение температуры плавления продукта диацетил-салицилата гексилдиантипирилметания - ионного ассоциата (Фигура 1), образующегося в результате протолитическим взаимодействием слабого основания ГДАМ с ацетилсалициловой кислотой.
При этом ГДАМ представляет собой двукислотное основание, поэтому предпочтительнее использовать мольное соотношение ГДАМ:АСК = 1:2 с температурой плавления (77±1)°С (Таблица 1). Расплав отличается от прототипа выраженной гидрофобностью и низкой растворимостью в воде, хлористоводородной кислоте и обеспечивает большую величину отношения объемов водной и органической фаз и использует соотношение не 2:1 (аналог), а 1:2 с вдвое меньшим мольным соотношением производным пиразолона с более низкой температурой плавления (заявляемое изобретение).
Пример:
Для проведения экстракции первоначально готовили расплав ГДАМ с АСК, для этого в термостойкие бюксы вносили 0,33 г гексилдиантипирилметана и 0,67 г ацетилсалициловой кислоты (1:2) и нагревали до температуры около 140°С сухие вещества реагентов до образования жидкости. В предварительно взвешенные центрифужные пробирки помещали 1, 00 г полученного расплава прибавляли микропипеткой необходимый объем раствора ионов цинка(II) с концентрацией 10 мкг/мл, приготовленный из ГСО и необходимый объем концентрированной хлороводородной кислоты HCl для создания определенной кислотности 3М раствор по HCl. Общий объем добавляемой водной фазы составлял 10,00 мл. Для экстракции пробирки с внесенными необходимыми растворами помещали на водяную баню и грели до температуры 85-90°С (органическая фаза вновь становилась жидкой) в течение 5 минут, после чего пробирки тщательно встряхивали в течение 2-3 минут и оставляли остывать. Когда органическая фаза полностью застывала, отделяли ее от водной фазы центрифугированием в течение 2-3 минут. Операции нагрева, встряхивания и остывания повторяли 4-5 раз для количественного извлечения ионов цинка из водной фазы в расплав. Водную фазу (маточный раствор рафината) отделили от концентрата, а концентрат ионов цинка в расплаве растворяли в 2 мл спирта и анализировали методом атомной абсорбции после атомизации в воздушно ацетиленовом пламени. Интенсивность атомно-абсорбционного поглощения света от лампы с полым катодом регистрировали по аналитической линии цинка 213,9 нм с помощью спектрометра КВАНТ 2 МТ фирмы Кортек (Москва).
В таблице 2 представлены результаты распределения цинка после однократной экстракции. Для количественного извлечения ионов цинка из водной фазы кислого раствора необходимо повторить нагрев, встряхивание, остывание, центрифугирование 4-5 раз, а затем следует слить рафинат водной фазы, растворить концентрат ионов цинка в 2 мл спирта, а затем определять концентрат на содержание цинка инструментальным методом химического анализа.