СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЛЮМИНИЯ(III)
METHOD OF DETERMINING ALUMINIUM (III)

Изобретение относится к аналитической химии элементов, в частности к методам определения алюминия(III), и может быть использовано при его определении в природных и техногенных водах.
Для определения алюминия в природных и техногенных водах широко используются молекулярно-спектроскопические методы анализа (спектрофотометрия и люминесценция), характеризующиеся высокой чувствительностью и селективностью, простотой выполнения определения и не требующие дорогостоящего оборудования.
Одним из широко используемых приемов для снижения пределов обнаружения молекулярно-спектроскопических методов является сочетание предварительного сорбционного выделения элементов сорбентами различной природы и их последующее определение непосредственно в фазе сорбента.
Для сорбционно-молекулярно-спектроскопического (сорбционно-фотометрического или сорбционно-люминесцентного) определения алюминия необходимо, чтобы на поверхности сорбента происходило образование комплексов алюминия(III) с функциональными группами сорбента, обладающих собственной окраской или люминесценцией, и интенсивность окраски изменялась пропорционально изменению концентрации цинка на поверхности сорбента.
Известен способ определения алюминия(III) в виде люминесцирующего комплексного соединения на поверхности сорбента - силикагеля, модифицированного С-18-группами [J.F. Garcia Reyes. Development of a solid surface fluorescence-based sensing system for aluminium monitioring in drinking water / J.F. Garcia Reyes, P. Ortega Ban-ales, A. Molina Diaz // Talanta. - 2005. - V.65. - P.1203-1208 (аналог)].
Способ предусматривает выполнение следующих операций:
- в проточную кювету вводят силикагель с закрепленными на его поверхности С-18 группами;
- раствор алюминия(III) с содержанием 10-500 мкг/л и раствор хромотроповой кислоты с содержанием 10 мг/л вводят в параллельные потоки 0,04 М формиатной буферной смеси, которые затем смешиваются;
- суммарный поток, содержащий комплексное соединение алюминия(III) с хромотроповой кислотой, пропускают через проточную кювету, заполненную силикагелем с закрепленными на его поверхности С-18 группами;
- при пропускании через проточную кювету раствора комплексного соединения алюминия(III) с хромотроповой кислотой последний концентрируется на поверхности сорбента;
- интенсивность люминесценции поверхностного комплексного соединения алюминия(III) регистрируют при 390 нм;
- содержание алюминия(III) определяют по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях;
- предел обнаружения составляет 2,6 мкг/л, диапазон определяемых содержаний - 10-500 мкг/л.
К недостаткам указанного способа следует отнести сложность аппаратурного оформления, длительность процедуры определения содержания алюминия(III), относительно высокий предел обнаружения, узкий диапазон определяемых содержаний.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемым результатам является способ определения алюминия(III) с использованием сорбента - силикагеля, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой [пат. РФ 2374641, МПК G01N 31/22, G01N 21/76. Способ определения алюминия(III) [Текст] / Лосев В.Н., Елсуфьев Е.В., Метелица С.И., Волкова Г.В., Трофимчук А.К.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО Сибирский федеральный университет. - №2008140257/04; заявл. 09.10.2008; опубл. 27.11.2009, Бюл. №33. - 5 с. (прототип)].
Способ предусматривает выполнение следующих операций:
- к 10 г силикагеля добавляют 100 мл 1%-ного раствора полигексаметиленгуанидина, перемешивают в течение 5 мин, силикагель отделяют от раствора декантацией, промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,02%-ным раствором комплексообразующего реагента - 8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой;
- в анализируемый раствор с рН 4-5, содержащий алюминий(III), вносят 0,1 г сорбента, интенсивно перемешивают в течение 10 мин;
- сорбент отделяют от раствора декантацией, переносят в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 480 нм;
- содержание алюминия(III) определяют по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях;
- предел обнаружения алюминия(III) при использовании навески сорбента 0,1 г составляет 0,02 мкг, относительный предел обнаружения при использовании 10 мл раствора составляет 0,002 мкг/мл, диапазон определяемых содержаний - 0,08-2 мкг алюминия(III) на 0,1 г сорбента.
К недостаткам указанного способа следует отнести относительно высокий предел обнаружения, узкий диапазон определяемых содержаний, повышенный расход комплексообразующего реагента при получении сорбента.
Техническим результатом изобретения является снижение предела обнаружения (в 2 раза), расширение диапазона градуировочного графика (в 4 раза), снижение расхода комплексообразующего реагента при получении сорбента.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения алюминия(III), включающем приготовление сорбента путем последовательного модифицирования силикагеля водными растворами полигексаметиленгуанидина и производного 8-гидроксихинолина, получение люминесцирующего поверхностного комплексного соединения алюминия(III) с органическим реагентом, измерение интенсивности полученного поверхностного комплексного соединения алюминия(III) и определение содержания алюминия(III) по градуировочному графику, новым является то, что в качестве комплексообразующего органического реагента используют производное 8-гидроксихинолина - 7-йод-8-гидроксихинолин-5-сульфокислоту.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что находящийся в растворе алюминий(III) при рН 4-6 количественно (степень извлечения составляет более 99%) извлекается силикагелем, последовательно модифицированным полигексаметиленгуанидином и 7-йод-8-оксихинолин-5-сульфокислотой, со временем установления сорбционного равновесия, не превышающим 10 минут.
В процессе сорбции на поверхности сорбента образуются комплексные соединения алюминия(III) с 7-йод-8-оксихинолин-5-сульфокислотой, обладающие при комнатной температуре интенсивной люминесценцией при их облучении ультрафиолетовым светом.
Способ реализуется следующим образом.
К 10 г силикагеля добавляют 100 мл 1%-ного раствора полигексаметиленгуанидина, перемешивают в течение 5 мин, силикагель отделяют от раствора декантацией, промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,001-0,0001%-ным раствором комплексообразующего реагента - 7-йод-8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой;
- в анализируемый раствор с рН 4-6, содержащий алюминий(III), вносят 0,1 г сорбента, интенсивно перемешивают в течение 10 мин;
- сорбент отделяют от раствора декантацией, переносят в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 495 нм;
- содержание алюминия(III) определяют по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях;
- предел обнаружения алюминия(III) при использовании навески сорбента 0,1 г составляет 0,01 мкг, относительный предел обнаружения при использовании 10 мл раствора составляет 0,001 мкг/мл, диапазон определяемых содержаний - 0,05-5 мкг алюминия(III) на 0,1 г сорбента.
Предел обнаружения алюминия(III) при навеске сорбента 0,1 г составляет 0,01 мкг. Данное количество алюминия(III) на 0,1 г сорбента является той минимальной концентрацией, которую удается зафиксировать на существующих приборах относительно сигнала фона. Градуировочный график линеен в диапазоне 0,05-5 мкг алюминия(III) на 0,1 г сорбента. Относительный предел обнаружения алюминия(III) зависит от объема, из которого проводили сорбцию. При использовании 10 мл раствора относительный предел обнаружения составляет 0,001 мкг/мл, а при 100 мл - 0,0001 мкг/мл.
Увеличение или уменьшение рН раствора относительно оптимальных значений приводит к снижению степени извлечения цинка(II) и к увеличению предела обнаружения (таблица 1). Использование растворов органического реагента 7-йод-8-оксихинолин-5-сульфокислоты с концентрацией более 0,001% и менее 0,0001% также приводит к повышению предела обнаружения алюминия(III) (таблица 2).
Для улучшения восприятия преимуществ предлагаемого способа определения алюминия(III) приведены примеры реализации прототипа и предлагаемого способа.
Пример 1 (прототип). К 10 мл раствора с рН 4, содержащего 1 мкг алюминия(III), вносят 0,1 г сорбента - силикагеля, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидом и 8-оксихинолин-5-сульфокислотой, интенсивно перемешивают в течение 10 минут, сорбент отделяют от раствора декантацией, переносят в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 480 нм. Количество алюминия(III) находят по градуировочному графику. Найдено 9,8±0,3 мкг.
Пример 2 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 4,5, содержащего 0,05 мкг алюминия(III), вносят 0,1 г сорбента - силикагеля, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидом и 7-йод-8-оксихинолин-5-сульфокислотой, интенсивно перемешивают в течение 10 минут, сорбент отделяют от раствора декантацией, переносят в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 495 нм. Количество алюминия(III) находят по градуировочному графику. Найдено 0,051±0,003 мкг.
Пример 3 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 4,5, содержащего 2 мкг алюминия(III), вносят 0,1 г сорбента - силикагеля, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидом и 7-йод-8-оксихинолин-5-сульфокислотой, интенсивно перемешивают в течение 10 минут, сорбент отделяют от раствора декантацией, переносят в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 495 нм. Количество алюминия(III) находят по градуировочному графику. Найдено 1,9±0,1 мкг.
Пример 4 (предлагаемый способ). 100 мл раствора с рН 4,5, содержащего 5 мкг алюминия(III), пропускают через хроматографическую колонку, заполненную 0,1 г сорбента - силикагеля, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидом и 7-йод-8-оксихинолин-5-сульфокислотой, со скоростью 5 мл/мин; сорбент вынимают из колонки, переносят в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 495 нм. Количество алюминия(III) находят по градуировочному графику. Найдено 4,9±0,3 мкг.
Способ характеризуется высокой чувствительностью, простотой выполнения операций, не требует использования вредных для здоровья человека веществ. Использование силикагеля, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидом и 7-йод-8-оксихинолин-5-сульфокислотой, позволяет снизить предел обнаружения в 2 раза и расширить диапазон определяемых содержаний в 4 раза по сравнению с прототипом, а использование растворов органического реагента меньших (в сравнении с прототипом) концентраций - снизить затраты на проведение анализа.
Таблица 1
Влияние рН раствора на величину предела обнаружения алюминия(III)
Условия определения
рН
3
4
5
6
8
Предел обнаружения алюминия(III), мкг/0,1 г сорбента
0,03
0,01
0,01
0,02
0,03
Таблица 2
Влияние концентрации раствора 7-йод-8-гидроксихинолин-5-сульфокислоты (R) на предел обнаружения алюминия(III)
Условия определения
C<sub>R</sub>, 10<sup>-3</sup> мас.%
0,01
0,1
0,5
1
5
10
Предел обнаружения алюминия(III), мкг/0,1 г сорбента
0,02
0,01
0,01
0,01
0,02
0,05