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

Изобретение относится к области аналитической химии элементов, в частности к методам определения алюминия, и может быть использовано при его определении в природных и техногенных водах.
Для определения алюминия в объектах различного состава используются молекулярно-спектроскопические методы анализа (фотометрия и люминесценция), характеризующиеся достаточно высокой чувствительностью и селективностью, простотой выполнения определения и не требующие дорогостоящего оборудования.
Одним из широко используемых приемов для снижения пределов обнаружения и повышения селективности 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 образование соединений алюминия(III) с функциональными группами сорбента, обладающих собственной окраской или люминесценцией, и зависимость интенсивности окраски или люминесценции от концентрации алюминия на поверхности сорбента.
Известен сорбционно-фотометрический способ определения алюминия(III) с использованием сорбента с иммобилизированным эриохромцианом R {Иванов В.М., Ершова И.И. Определение алюминия и бериллия методом спектроскопии диффузного отражения с использованием цветометрических функций // Журнал аналитической химии. 2001. Т. 56. №12. С.1257-1262]. Способ предусматривает выполнение следующих операций:
-аликвотную часть анализируемой пробы (50 мл), содержащую 0,2-2 мкг/мл алюминия, помещают в градуированную пробирку с притертой пробкой, вносят 0,15 г мелкодисперсной целлюлозы;
- добавляют 2 мл 1%-ного раствора аскорбиновой кислоты, 0,25 мл 15%-ного раствора тиосульфата натрия, 1 мл раствора эриохромциана R, буферную смесь (рН 5,9-6,2), разбавляют бидистиллированной водой до 25 мл;
- содержимое встряхивают 5 минут, целлюлозу отделяют от раствора фильтрованием, концентрат переносят в кювету и измеряют желтизну влажного образца;
- содержание алюминия находят по градуировочному графику.
Предел обнаружения алюминия при использовании навески сорбента 0,1 г составляет 0,13 мкг.
К недостаткам способа можно отнести высокий предел обнаружения, сложность методики определения, слабую удерживаемость реагентов на поверхности основы - мелкодисперсной целлюлозы.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемым результатам является сорбционно-люминесцентный способ определения алюминия(III) с использованием сорбента - силикагеля с закрепленными на его поверхности С-18 группами [J.F.Garcia Reyes Development of a solid surface fluorescence-based sensing system for aluminium monitoring in drinking water / J. F. Garcia Reyes, P. Ortega Barrales, A.Molina Diaz // Talanta. - 2005. - V.65. - P.1203-1208, (прототип)].
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 с рН 4,1, 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;
- регистрируют интенсивность люминесценции комплекса алюминия(III) с хромотроповой кислотой на поверхности силикагеля в проточной кювете при 390 нм;
- содержание алюминия(III) в растворе находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях;
- предел обнаружения составляет 2,6 мкг/л, диапазон определяемых содержаний - 10-500 мкг/л.
Недостатком указанного способа является сложность аппаратурного оформления, сложность, длительность и многостадийность процедуры определения содержания алюминия(III), относительно высокий предел обнаружения, узкий диапазон определяемых содержаний.
Техническим результатом изобретения является снижение предела обнаружения, расширение диапазона определяемых содержаний, упрощение и сокращение продолжительности процедуры определения.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения алюминия, включающем приготовление сорбента, раствора алюминия(III), извлечение алюминия(III) из раствора сорбентом и переведение алюминия(III) в комплексное соединение на поверхности сорбента, измерение интенсивности люминесценции поверхностного комплекса алюминия(III) и определение содержания алюминия по градуировочному графику, новым является то, что в качестве сорбента используют кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой, а интенсивность люминесценции регистрируют при 480 нм.
Сущность способа заключается в том, что находящийся в растворе алюминий(III) при рН 4-5 количественно (степень извлечения составляет 99,5%) извлекается кремнеземом, последовательно модифицированным полигексаметиленгуанидином и 8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой с временем установления сорбционного равновесия, не превышающим 10 минут.
Обработка кремнезема водным раствором полигексаметиленгуанидина позволяет прочно закрепить его на поверхности кремнезема за счет образования водородных связей между аминогруппами полигексаметиленгуанидина и поверхностными гидроксильными группами. Последующая обработка водным раствором 8-гидроксихинолин-5-сульфокислоты позволяет прочно закрепить ее на поверхности модифицированного полигексаметиленгуанидином кремнезема за счет электростатического взаимодействия сульфогрупп реагента с протонированными аминогруппами полигексаметиленгуанидина, не участвующими в образовании водородных связей с поверхностными гидроксильными (силанольными) группами кремнезема.
В процессе сорбции на поверхности сорбента образуются комплексные соединения алюминия(III) с 8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой, обладающие интенсивной люминесценцией при их облучении ультрафиолетовым светом.
Способ осуществляется следующим образом: к 10 г кремнезема добавляют 100 мл 1%-ного раствора полигексаметиленгуанидина, перемешивают в течение 5 мин, силикагель отделяют от раствора декантацией и промывают дистиллированной водой. Затем обработанный полигексаметиленгуанидином кремнезем обрабатывают 0,02%-ным водным раствором 8-гидроксихинолин-5-сульфокислоты, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, промывают дистиллированной водой, сушат на воздухе.
-4
-5
-5
В анализируемый раствор с рН 4-5, содержащий алюминий(III), вносят 0,1 г сорбента, перемешивают в течение 10 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают в фторопластовую кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 480 нм. Содержание алюминия определяют по градуировочному графику, построенному в условиях определения. Предел обнаружения алюминия(III) при навеске сорбента 0,1 г составляет 0,02 мкг. Относительный предел обнаружения алюминия(III) при использовании 10 мл раствора составляет 0,002 мкг/мл. При использовании 100 мл и 1000 мл раствора относительный предел снижается до 2·10 и 2·10 мкг/мл (2·10 мг/л) соответственно.
В предлагаемом способе содержание алюминия(III) в произвольном объеме должно быть не менее 0,02 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 0,08-2 мкг алюминия(III) на 0,1 г сорбента.
Пример 1 (прототип). К 10 мл раствора, содержащего 1,0 мкг алюминия(III), добавляют 0,15 г мелкодисперсной целлюлозы, 2 мл 1%-ного раствора аскорбиновой кислоты, 0,25 мл 15%-ного раствора тиосульфата натрия, 1 мл раствора эриохромциана R, буферную смесь до рН 5,9-6,2 разбавляют бидистиллированной водой до 25 мл, интенсивно перемешивают в течение 5 минут, сорбент отделяют от раствора фильтрованием, переносят в кювету и измеряют желтизну влажного образца. Содержание алюминия находят по градуировочному графику. Найдено 0,98±0,07 мкг.
Пример 2 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 4, содержащего 0,1 мкг алюминия(III), вносят 0,1 г сорбента - силикагеля, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 8-гидроксихинолин-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 0,097±0,007 мкг.
Пример 3 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора с рН 4, содержащего 1 мкг алюминия(III), вносят 0,1 г сорбента - силикагеля, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 8-гидроксихинолин-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 4 (предлагаемый способ). 500 мл раствора, содержащего 0,1 мкг алюминия, пропускают через хроматографическую колонку, заполненную 0,1 г сорбента, со скоростью 5 мл/мин. Сорбент вынимают из колонки, переносят в кювету и измеряют интенсивность люминесценции при 480 нм. Содержание алюминия(III) находят по градуировочному графику. Найдено 0,094±0,08 мкг.
Способ характеризуется высокой чувствительностью, простотой выполнения операций, не требует использования вредных для здоровья человека веществ. Использование силикагеля с иммобилизированным реагентом 8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой, позволяет сократить время выполнения анализа и более чем в 1000 раз снизить относительный предел обнаружения алюминия(III) (в мг/л) по сравнению с прототипом.