Способ определения меди (I)
METHOD OF DETERMINING COPPER (I)

Изобретение относится к области аналитической химии элементов, а именно, к методам определения меди и может быть использовано при ее определении в природных и техногенных водах, в том числе промывных водах гальванических производств.
Для определения меди в объектах различного вещественного состава используется сорбционно-фотометрический метод, основанный на образовании окрашенных ее соединений с функциональными группами сорбентов. Сорбционно-фотометрический метод не требует дорогостоящего оборудования, характеризуется высокой чувствительность и селективностью, простотой выполнения определения. Снижение пределов обнаружения и повышение селективности сорбционно-фотометрического определения достигается за счет предварительного концентрирования и последующего фотометрического определения меди непосредственно в фазе сорбента.
Для сорбционно-фотометрического определения меди в качестве органических реагентов широко используются N-гетероциклические основания (2,2'-дипиридил, 1,10-фенантролин, 2,2'-дихинолин и их производные), закрепленные на поверхности твердых матриц различной природы. Данные реагенты характеризуются высокой селективностью по отношению к меди (I) и образуют с ней интенсивно окрашенные комплексные соединения, что позволяет достигать высокой чувствительности определения меди. Присутствующую в растворе медь(II) восстанавливают до меди (I) восстановителями различной природы.
Известен способ твердофазно-спектрофотометрического определения меди (II) [Н.А. Гавриленко, Н.В. Саранчина, М.А. Гавриленко Твердофазно-спектрофотометрическое определение меди (II) с использованием неокупроина, иммобилизованного в полиметакрилатной матрице// Аналитика и контроль, 2016 - Т. 20, №4. С. 330-336]. Способ включает выполнение следующих операций:
- приготовление полиметакрилатной матрицы методом радикальной блосной полимеризации,
- вырезание пластины размером 6.0×8.0 мм массой около 0.05 г,
- приготовление 0.1 мас.% раствора неокупроина в этаноле,
- приготовление раствора меди(II),
- приготовление 10% раствора аскорбиновой кислоты;
- иммобилизацию неокупроина в полиметакрилатную матрицу в течение 10 минут,
- введение иммобилизованной полиметакрилатной матрицы в 50 мл раствора, содержащего медь и 0.1 мл 10% раствор аскорбиновой кислоты, и перемешивание в течение 15 мин (при этом происходит восстановление меди (II) до меди (I) и образование интенсивно окрашенного комплекса в желтый цвет),
- извлечение матрицы из раствора и измерение поглощения при 450 нм. Содержание меди находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Предел обнаружения при концентрировании меди (I) из 50 мл раствора равен 0.018 мг/л.
К недостаткам способа можно отнести высокий предел обнаружения, сложность и длительность процедуры получения полиметакрилатной матрицы.
Известен способ определения меди по реакции замещения свинца в диэтилдитиокарбаминате свинца на медь на поверхности сорбента силихром С-80 [В.М. Иванов, Г.А. Кочелаева Сорбционно-цветометрическое и тест-определение меди в водах//Вестник московского университета. Сер. 2. Химия. 2001. Т. 42. №12. С. 103-105], предусматривающий проведение следующих операций:
- подготовка (иммобилизация) сорбента, включающая в себя приготовление в делительной воронке диэтилдитиокарбаминате свинца в 50 мл хлороформа, перемешивание органического слоя с кремнеземом Силохром С-80 (последняя процедура повторяется дважды);
- отделение сорбента от органического слоя и высушивание в течение 1-2 суток;
- введение 0,3 г приготовленного сорбента в раствор, содержащий медь с рН 2-2,5, и перемешивание в течение 10 мин;
- отделение сорбента от раствора фильтрованием через стеклянный фильтр и высушивание на воздухе;
- измерение коэффициента диффузного отражения при 440 нм или цветометрических характеристик.
Минимально достигаемый предел обнаружения при использовании 0,3 г сорбента составляет 0,1 мкг. Линейность градуировочного графика сохраняется до 50 мкг меди на 0,3 г сорбента.
К недостаткам способа можно отнести длительность приготовления сорбента, многостадийность метода, использование вредного вещества - хлороформа, низкая селективность реагента диэтилдитиокарбамината свинца.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемым результатам является способ определения меди (I) с использованием кремнезема [RU №2374637, G01N 31/22, опубл. 27.11.2009], последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и батокупроиндисульфокислотой. Способ предусматривает выполнение следующих операций:
- приготовление сорбента, основанное последовательной обработке силикагеля водными растворами полигексаметиленгуанидина и батокупроиндисульфокислотой;
- в градуированную пробирку вводили раствор меди (II) с рН 5-8;
- добавляли 0,01 М раствор гидроксиламина для восстановления меди (II) до меди (I)
- вносили 0,1 г сорбента и интенсивно перемешивали;
- сорбент отделяли от раствора декантацией, высушивали на воздухе; - измеряли коэффициент диффузного отражения при 480 нм;
- находили содержание меди по градуировочному графику.
Техническим результатом является снижение предела обнаружения и расширение диапазона определяемых содержаний.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения меди (I), включающем приготовление сорбента, раствора меди (II), добавлением гидроксиламина гидрохлорида для восстановления меди (II) до меди (I), извлечение меди (I) из раствора сорбентом, переведение ее в комплексное соединение на поверхности сорбента, отделение сорбента от раствора, измерение коэффициента диффузного отражения поверхностного комплекса меди (I) и оценку содержания меди по градуировочному графику, новым является то, что в качестве сорбента используют силикагель, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 2,2'-дихинолин-4,4'-дикарбоновой кислотой, а измерение коэффициента диффузного отражения осуществляют при 560 нм.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данных и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Сущность способа заключается в том, что медь (I) извлекается из водных растворов сорбентом на основе кремнезема, последовательно модифицированного полигексаметиленгуанидином и 2,2'-дихинолин-4,4'-дикарбоновой кислотой, в диапазоне рН 2-9, однако количественное извлечение (степень извлечения ≥99%) достигается в диапазоне рН 4,5-7,5. В процессе сорбции образуется окрашенный в сиреневый цвет комплекс меди (I) с 2,2'-дихинолин-4,4'-дикарбоновой кислотой. Сорбция в статическом режиме протекает достаточно быстро (время установления сорбционного равновесия не превышает 5 мин) и количественно.
Способ осуществляют следующим образом.
К навеске силикагеля 10 г по каплям вводят 4%-ый раствор полигексаметиленгуанидина при постоянном помешивании, после чего силикагель тщательно промывают дистиллированной водой и добавляют 100 мл 0,2%-ого раствора 2,2'-дихинолин-4,4'-дикарбоновой кислоты, интенсивно перемешивают в течение 15 мин, дважды промывают дистиллированной водой. Сорбент отделяют от раствора декантацией и высушивают на воздухе. В исследуемый раствор, содержащий медь (I), добавляют 0,1М гидроксиламин гидрохлорида, буферный раствор с рН 6, вносят сорбент, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 560 нм. Содержание меди находят по градуировочному графику, построенному в условиях определения. Линейность градуировочного графика сохраняется в диапазоне 0,01 - 15 мкг меди на 0,1 г сорбента. Предел обнаружения равен 0,001 мкг меди на 0,1 г сорбента.
Пример 1 (прототип). К 10 мл раствора с рН 7, содержащего 1,0 мкг меди(II), вводят 1 мл 0,01М солянокислого гидроксиламина, вносят 0,1 г сорбента с функциональными группами батокупроина, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 480 нм.
Количество меди находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 1,06±0,05 мкг.
Пример 2 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора, содержащего 0,1 мкг меди(II), вводят 1 мл 0,01М солянокислого гидроксиламина, уксусно-ацетатный буферный раствор с рН 6, вносят 0,1 г сорбента с функциональными группами 2,2'-дихинолин-4,4'-дикарбоновой кислоты, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 560 нм.
Количество меди находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 0,11±0,02 мкг.
Пример 3 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора, содержащего 3,0 мкг меди(II), вводят 1 мл 0,01М солянокислого гидроксиламина, уксусно-ацетатный буферный раствор с рН 6, вносят 0,1 г сорбента с функциональными группами 2,2'-дихинолин-4,4'-дикарбоновой кислоты, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 560 нм.
Количество меди находя по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 3,08±0,05 мкг.
Пример 4 (предлагаемый способ). К 10 мл раствора, содержащего 10,0 мкг меди (II), вводят 1 мл 0,1 М солянокислого гидроксиламина, уксусно-ацетатный буферный раствор с рН 6, вносят 0,1 г сорбента с функциональными группами 2,2'-дихинолин-4,4'-дикарбоновой кислоты, интенсивно перемешивают в течение 5 мин, сорбент отделяют от раствора декантацией, помещают во фторопластовую кювету и измеряют коэффициент диффузного отражения при 560 нм.
Количество меди находят по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Найдено 9,9±0,2 мкг.
Способ характеризуется высокой чувствительностью, селективностью, простотой выполнения и не требует использования дорогостоящего оборудования и вредных веществ. Использование силикагеля, последовательно модифицированного полигексаметилен гуанидином и 2,2'-дихинолин-4,4'-дикарбоновой кислотой, позволяет снизить предел обнаружения меди в три раза по сравнению с прототипом и расширить диапазон ее определяемых содержаний.