СПОСОБ ЭКСТРАКЦИИ ЦИНКА ИЗ ДОННЫХ ОСАДКОВ ИОННОЙ ЖИДКОСТЬЮ
METHOD OF ZINC EXTRACTION FROM BOTTOM SEDIMENTS WITH IONIC LIQUID

Изобретение относится к области аналитической химии объектов окружающей среды и направлено на разработку средств аналитического контроля параметров экосистем и фонового мониторинга природных вод и водных экосистем.
Известны способы сухого и мокрого озоления твердых частиц образцов природных объектов с целью извлечения (десорбции) токсичных элементов с поверхности и из объема частиц в смесь минеральных кислот [Кингстон Г.М., Джерси Л.Б. Пробоподготовка в микроволновых печах. - М.: Мир. 1991. - 333 с.].
Сухое озоление требует тщательного контроля за температурой озоления. Так, при увеличении температуры более 550°С необратимо теряются висмут, мышьяк, ртуть, свинец, цинк, олово и легко летучие металлы. Дополнительно необходима тугоплавкая дорогостоящая кварцевая посуда.
Способ мокрой минерализации основан на полном окислении органических веществ сильными окислителями при температуре 150-200°С. Данные способы не требуют высоких температур, поэтому не сопряжены с большими потерями летучих веществ; это их преимущество. Мокрое озоление частично устраняет потери металлов при «вскрытии» твердых образцов. Метод мокрого озоления - смесь серной, азотной и хлороводородной концентрированных кислот требует особой осторожности (вытяжной шкаф, индивидуальные защитные средства), дополнительных временных и трудовых затрат квалифицированного персонала. Серная, азотная кислота действуют на твердую компоненту образца как деструктурирующий, окисляющий и комплексующий реагенты, разрушая, окисляя природные соединения органического и неорганического состава. Хлороводородная кислота действует в кислотной смеси как комплексующий ионы тяжелых металлов агент, связывающий ионы ТМ в хлоридные комплексы.
Недостатки способа мокрого озоления: использование агрессивных минеральных кислот (серной, азотной, хлороводородной); длительный (более 90 мин) нагрев аналитической пробы [Логинов Ю.М., Похлебкина Л.Л., Соколова Н.В. Автоклавный способ пробоподготовки почв для определения в них тяжелых металлов / Агрохимия. 1994. №7-8. С.114-118].
Преимущества заявляемого способа пробоподготовки:
- устраняет недостатки прототипа,
- обеспечивает требуемую степень извлечения элемента, близкую к 100%,
- соответствует требованиям «зеленой» химии.
- не требуется длительное нагревание, которое может вызвать необратимые потери элементов;
- обеспечивается необходимое извлечение элемента за 30 минут;
- экстракция металла из твердого образца в ионную жидкость с последующей реэкстракцией и количественным определением элемента методом атомной абсорбции.
Способ экстракции цинка из донных осадков ионной жидкостью, заключающийся в том, что для экстракции цинка из твердого образца используют ионную жидкость 1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат с добавками 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия, с последующим количественным определением ионов цинка (II) в концентрате органической фазы ионной жидкости.
Осуществление изобретения:
6
Способ экстракционного извлечения цинка из донных осадков ионной жидкостью осуществляют следующим образом: берут образцы массой 0,100 г и обрабатывают 1 мл ионной жидкости (1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат, [ВМIm][РF], производство Merk) с добавлением 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия, с последующим атомно-абсорбционным определением цинка в концентрате органической фазы ионной жидкости (ИЖ).
Общий объем органической фазы ИЖ составляет в каждом опыте 1 мл.
Общий объем раствора (водной фазы) поддерживают 1 мл.
Пример 1
Извлечение ионов цинка (II) и определение в модельных системах (1 мл ИЖ+1 мл водного раствора цинка)
6
6
Образцы массой 0,100 г обрабатывают 1 мл ионной жидкости (1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат, [ВМIm][РF], производство Merk) с добавлением 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия, с последующим атомно-абсорбционным определением цинка в концентрате органической фазы ионной жидкости (ИЖ). Без ионных добавок тиоцианата (SCN-) и иодида (I-) эффективность ионной жидкости (1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат, [ВМIm][РF]) невысокая, как следует из таблицы 1. Путем введения соответствующих солей: роданида аммония и иодида калия удается увеличить эффективность извлечения ионов Zn(II) в органическую фазу ионной жидкости.
Представленные концентрации добавок Моль/л тождественны ммоль/мл. Совместное влияние анионных добавок далее проверяют на реальных образцах.
Пример 2
Экстракции цинка(П) из донных осадков с последующим атомно-абсорбционным определением в водной фазе после реэкстракции
6
Берут реальные образцы из экстракционной системы донных отложений озера Б. Яровое, подготавливают, исследуют образцы донных отложений методом «мокрого» кислотного озоления и методом экстракционного концентрирования ионной жидкостью для сравнительного анализа с последующим атомно-абсорбционным определением цинка. Три образца массой в пределах 1,00 г обрабатывают смесью кислот (серной, азотной и хлороводородной). Параллельно взятые три образца массой по 0,100 г обрабатывают 1 мл ионной жидкостью (1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат, [ВМIm][РFб], производство Merk) с добавлением 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия для извлечения и последующего определения цинка в концентрате органической фазы ионной жидкости (ИЖ). Образец с осадком, с добавками 1 мл дистиллированной воды и добавками солей помещают в пробирку с пробкой и энергично встряхивают в течение 5 минут.
Подготовленные мокрым озолением пробы элементов, десорбированных в смеси кислот, и реэкстракты (водная фаза после реэкстракции аммиачным буферным раствором рН=9,2) анализируют атомно-абсорбционной спектрометрией в пламенном варианте атомизации (ААС) по максимумам поглощения в области аналитической линии цинка. В качестве источника монохроматического излучения 213,8 нм применяют лампу с полым катодом.
Для каждого металла готовят из ГСО (государственный стандартный образец) серии стандартных растворов в областях линейности градуировочных графиков. В качестве фонового электролита применяют «контрольный» раствор хлороводородной кислоты. По полученным данным строят градуировочный график в координатах высота пика абсорбционного поглощения (мм) - концентрация металла (мкг/мл) (рис.1).
Для оценки эффективности извлечения цинка в ионную жидкость применяют атомно-абсорбционный (ААС) как метод регистрации аналитического сигнала. Методом «введено - найдено» определяют степень извлечения ионов цинка.
Результаты анализа одних и тех же образцов донных осадков после «кислотного озоления» (навеска массой в пределах 1,00 г) и экстракции в ИЖ с добавками 0,08 г тиоцианата аммония и 0,08 г иодида калия к навеске осадка (в пределах 0,100 г+1,0 мл дистиллированной воды). Результаты таблицы 2 рассчитаны с учетом влажности исследуемых образцов донных осадков, то есть нормированы на воздушно сухую навеску осадка.
Данные таблицы 2 свидетельствуют о совпадении в пределах случайных погрешностей результатов анализа.
Заявляемый способ не требует особых условий подготовки образца к анализу, а именно вытяжного шкафа, специального автоклава с минерализаторами из специального материала. Способ экстракционного извлечения цинка из донных осадков ионной жидкостью с последующим количественным определением ионов цинка (II) в концентрате органической фазы ионной жидкости обеспечивает требуемую степень извлечения элементов, близкую к 100%, соответствует требованиям «зеленой» химии.
Таблица 1
Добавки тиоцианата аммония
Моль/л
0,00
0,10
0,25
0,50
1,00
2,00
4,00
6,00
8,00
R,%
<0,1
1,0
10,0
28,0
71,0
88,0
90,0
86,0
80,0
Добавки иодида калия
Моль/л
0,00
0,025
0,05
0,10
0,50
1,00
2,00
-
-
R,%
<0,1
3,0
3,0
9,0
19,0
24,0
84,0
-
-
Степень извлечения ионов цинка (II) в органическую фазу ИЖ R(%) при экстракции в различных растворах с солевыми добавками.
Таблица 2
Экстракционное концентрированно
Кислотное разложение
Шифр пробы
m<sub>навески</sub>, Г
Н, мм
<maths num="1"><math display="block"><mrow><msub><mover accent="true"><mi>C</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>z</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mo>±</mo><mi>δ</mi></mrow></math><img file="00000001.tif" he="7" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, МКГ/МЛ
Содерж. в пробе, <maths num="2"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mi>m</mi><mo>¯</mo></mover><mo>±</mo><mi>δ</mi></mrow></math><img file="00000002.tif" he="5" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкг/г
m<sub>навески</sub>, г
Н, мм
<maths num="3"><math display="block"><mrow><msub><mover accent="true"><mi>C</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>z</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mo>±</mo><mi>δ</mi></mrow></math><img file="00000001.tif" he="7" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, МКГ/МЛ
Содерж. в пробе, <maths num="4"><math display="block"><mrow><mover accent="true"><mi>m</mi><mo>¯</mo></mover><mo>±</mo><mi>δ</mi></mrow></math><img file="00000002.tif" he="5" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, мкг/г
1Д1
0,1161
17,3
1,4±0,5
24±8
0,9716
54,3
6,2±0,3
32±2
6Д2
0,1191
21,7
2,2±0,5
37±8
0,9298
48,7
6,7±0,5
36±3
7Д3
0,1014
17,4
1,0±0,2
19±4
0,9486
34,0
4,3±0,4
23±2
Атомно-абсорбционное определение цинка в донных отложениях озера Б.Яровое.