Определение железа(II) в воде сульфосалицилатным методом

Естественные науки The Natural Sciences

УДК 541.49

М. В. Нехорошкова, С. В. Аль Ансари, Я. Ф. Аль Ансари Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола

Определение железа(11) в воде сульфосалицилатным методом

Работа посвящена изучению возможности непосредственного фотометрического определения содержания железа(11) в виде сульфосалицилатного комплекса без перевода его в комплексное соединение желе-за(Ш). В ходе работы исследовано влияние хлорид- и сульфат-ионов, присутствующих в питьевых и минеральных водах в достаточных количествах, на определение железа(11) сульфосалицилатным методом. Изучены условия комплексообразования меди(П) с сульфосалициловой кислотой с целью выявления мешающего действия данного металла на определение Ее(П) с сульфосалициловой кислотой.

Ключевые слова: анализ, комплексообразование.

Природная вода всегда содержит некоторое количество растворенных и взвешенных веществ органического и минерального происхождения. Ионы железа (II и III), наряду с рядом других ионов, содержатся как в питьевой, так и в природных водах. Концентрация железа в природных водах зависит от геологического строения и гидрологических условий.

Содержание ионов железа является одним из важнейших показателей качества воды, контролируемого аналитическими лабораториями. Основной величиной экологического нормирования содержания вредных химических соединений в природной воде является предельно допустимая концентрация (ПДК). Так, ПДК железа общего в питьевых и природных водах составляет 0,3 мг/дм3 [2]. Как избыток, так и недостаток железа наносит вред живым организмам.

В питьевых и природных водах регламентируется определять содержание общего железа и ионов железа(Ш) в присутствии сульфосалициловой кислоты [3].

Методика определения основана на взаимодействии ионов железа с сульфосалициловой кислотой в щелочной среде с образованием окрашенного в желтый цвет комплексного соединения.

Из методики определения не ясно, будут ли при этом регистрироваться одновременно Бе

и Fe(III) в виде сульфосалицилатных комплексов, или же предполагается, что железо(11) в щелочной среде количественно переходит в железо (III), и фотометрируют фактически сульфосалицилат-ный комплекс железа(Ш). А также в ней нет информации о возможных мешающих компонентах.

С нашей точки зрения, было бы полезно посмотреть, как Fe(II) ведет себя с сульфосалици-ловой кислотой, и можно ли фотометрически непосредственно определять содержание железа (II) в виде сульфосалицилатного комплекса без перевода его в комплексное соединение железа (III), исследовать влияние хлорид- и сульфат-ионов, присутствующих в питьевых и минеральных водах в достаточных количествах, на определение железа(П) по данной методике [1]. А также, учитывая, что содержание меди в воде превышает свое предельно допустимое значение, изучить условия комплексообразования данного металла с сульфосалициловой кислотой с целью выявления мешающего действия Cu(II) на определение Fe(II) с сульфосалициловой кислотой [4].

В качестве стандартного раствора Fe(II) использовали соль Мора.

На первом этапе работы мы подбирали оптимальную длину волны фотометрирования. Для достижения данной цели мы сняли электронные спектры поглощения растворов: соли

Мора, сульфосалициловой кислоты, солянокислого гидроксиламина, а также смеси соли Мора с сульфосалициловой кислотой в мольном соотношении 1 : 3 с сохранением той же концентрации железа(11), что и в растворе соли Мора, и добавлением 1 мл солянокислого гидроксиламина.

Растворы соли железа(11) и солянокислого гидроксиламина практически не поглощают в УФ-области спектра, сульфосалициловая кислота дает лишь незначительное поглощение, а комплексное соединение железа(11) с сульфосалици-ловой кислотой дает максимум светопоглоще-ния (А = 0,46) на длине волны 290 нм. Следовательно, данную длину волны и следует считать оптимальной.

Так как кислотность раствора играет решающую роль в реакции комплексообразования ионов металлов с протонсодержащими лигандами, то следующий этап нашего исследования состоял в подборе оптимальной области рН фотометриро-вания, в которой существует наиболее устойчивое комплексное соединение железа(11) с сульфосалициловой кислотой. Для этого мы приготовили серию растворов комплексного соединения с различными значениями рН среды, сняли оптические плотности данных растворов на длине волны 290 нм с использованием кювет с толщиной поглощающего слоя 1 см и построили график зависимости А = /(рН) (рис. 1).

<

л н о о

¡5

о ч с

3 «

о

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

Я 0 1

Рисунок 1 — График зависимости А = /(рН) для системы Ее(П) — ССК; СЕе(П):СССК = 1 : 3;

СЕе(П) = 5 • 10-5 моль/л; X = 290 нм; I = 1 см

Из графика следует, что комплексообразова-ние происходит в интервале 5,0-7,0 единиц рН, а оптимальный интервал рН существования комплексного соединения находится в пределах 7,010,5 единиц рН, и именно в данном диапазоне рН следует проводить фотометрирование сульфоса-лицилатных комплексов железа(11).

На следующем этапе исследования мы определяли количество сульфосалициловой кислоты, необходимое для полного связывания Ре(П) в комплексное соединение. Для этого была приготовлена серия насыщения комплексообразователя лигандом в оптимальной области рН и измерены оптические плотности соответствующих растворов на оптимальной длине волны. По данным измерений построена диаграмма насыщения, по которой мы установили, что максимальное мольное соотношение железа(П) и сульфосалициловой кислоты в комплексе составляет 1 : 2.

Эксперимент показал, что сульфосалицилатные комплексы Ре(П) образуются сразу же после сливания растворов, на что указывает постоянное значение оптической плотности в течение 15 минут.

Таким образом, при подборе оптимальных условий фотометрирования было установлено, что железо(11) вступает в реакцию комплексообразо-вания с сульфосалициловой кислотой с образованием ряда комплексных соединений с максимальным мольным соотношением Ре(П):ССК = 1 : 2; комплексные соединения устойчивы в области 7,0-10,5 единиц рН, и фотометрическое определение железа(11) с использованием в качестве фотореагента данной кислоты следует проводить на длине волны 290 нм.

Вторая часть нашей работы была посвящена исследованию влияния возможных мешающих компонентов при определении железа(11) в виде сульфосалицилатного комплекса.

Для определения содержания Ре(П) построили графическую зависимость А = _Дсре(п)) с использованием стандартных растворов железа(П). График зависимости изображен на рисунке 2.

л &

о £

о ч с

и

о (и

ё

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

у = 0,20х -0,01

Рисунок 2 — Градуировочный график для определения железа

М. В. Нехорошкова, С. В. Аль Ансари, Я. Ф. Аль Ансари

9

В присутствии сульфат-ионов практически всех используемых концентраций при определении же-леза(11) (С = 0,15 мг/дм3) до 800 мг/дм3 концентрации сульфат-ионов наблюдаются заниженные результаты, а выше 800 мг/дм3 — завышенные. Для всех других концентраций железа(11) влияние содержания сульфат-ионов значительно и в целом приводит к завышенным результатам по железу. Результаты определения содержания железа(П) концентрации 0,6 мг/дм3 в присутствии сульфат-ионов изображены на рисунке 4.

1,2

А

О

Г

f I

Влияние различных концентраций хлорид и сульфат ионов на результаты определения ионов железа(11) проводили на концентрациях последнего: 0,15, 0,3, 0,6 мг/дм3, значения которых лежат в диапазоне 0,5-2 ПДК железа в водах питьевого и хозяйственно-бытового назначения [2].

Концентрации хлорид- и сульфат-ионов варьировали от 10 до 1000 мг/дм3, что соответствует примерному содержанию данных ионов в водах Республики Марий Эл (РМЭ).

По полученным значениям массовых концентраций Ре(11) построили графики, которые позволяют установить влияние концентраций СГ и 8042" ионов на результаты определения и оценить их с позиции точности. На графиках границы, представленные сплошными линиями, отвечают метрологическим характеристикам методики, ус- 1

тановленным для внутрилабораторного контроля (т. е. 30 %*0,84 = 25,2 %).

Границы, указанные пунктиром, обозначают пределы погрешности, установленные в [5].

Результаты эксперимента показали, что как хлорид-, так и сульфат-ионы концентраций от 10 до 1000 мг/дм3 влияют на результаты определения содержания железа(11). В случае с хлорид-ионами наибольшее влияние их содержание оказывает на определение железа(11) с концентрацией 0,15 мг/дм3, при других концентрациях желе-за(11) (0,3 и 0,6 мг/дм3) влияние хлорид-ионов незначительно и в основном не выходит за пределы метрологических характеристик метода. Результаты определения содержания железа(11) концентрации 0,6 мг/дм3 в присутствии хлорид-ионов изображены на рисунке 3. Объяснить влияние хлорид- и сульфат-ионов

на результаты определения содержания железа(11) сульфосалицилатным методом образованием этими ионами комплексных соединений с Ре(11) не представляется возможным, так как, во-первых, —  — • — • —  — • — • — устойчивость этих комплексных соединений низка,

* * |  а во-вторых, как показал эксперимент, хлорид-

* ! ные и сульфатные комплексы железа(11) сущест-

вуют в очень кислой среде (от -0,5 до 0,6 единиц _ _ _ _ _ _ _ |_ _ _ рН), и при том рН, при котором проводится оп-I ределение Ре(П) в виде сульфосалицилатного

комплекса, они не существуют, но, вероятно, « хлорид- и сульфат-ионы, находясь в растворе

_ " — * — * — в значительных количествах, входят в координа-

ционную сферу Ре(П) вместе с ССК, при этом 0,3 образуются смешаннолигандные комплексные

частицы, наличие которых мы и фиксируем. 0 2 Задача последнего этапа нашей работы за-

Рисунок 3 — Результаты определения железа(11) в щелочной ключалась в изучении влияния Си(11) на °преде-среде в присутствии хлорид-ионов (С(Ре) = 0,6 мг/дм3) ление содержания Ре(11) с сульфосалициловой

0,8 0,6 0,4

0,2

Рисунок 4 — Результаты определения железа

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

2 0,4

и

кислотой, так как содержание Cu(II) в природных водах РМЭ значительно превышает ее ПДК

[4].

Эксперимент показал, что максимум поглощения сульфосалицилатного комплекса меди(П) соответствует длине волны 298 нм, а оптимальная область рН существования комплексного соединения соответствует диапазону 6,0-9,0 единиц рН, что практически совпадает с оптимальными условиями фотометрирования суль-фосалицилатного комплекса железа(II). То есть медь при определении Fe(II) является мешающим компонентом.

Таким образом, в результате проведенного нами исследования, был сделан вывод о нецелесообразности определения содержания Fe(II) в водах в виде сульфосалицилатного комплекса. Однако определение содержания общего железа по методике, предложенной в [3], мы считаем не совсем корректным. Так, эксперимент показал, что полного перехода Fe(II) в Fe(III) в данном случае не происходит даже при предварительном упаривании воды с добавлением HCl до минимального объема. Вероятно, нужен более сильный окислитель, чем кислород воздуха, чтобы реакция окисления Fe(II) в Fe(III) прошла количественно.

1. Возная Н. Ф. Химия воды и микробиология. М.: Высш. шк., 1979. 340 с.

2. ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Введ. 06.15.2003. М.: Нефтяник, 2003.

3. ГОСТ 4011-72. Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа. Взамен ГОСТ 4011-48; введ. 01.01.74. М.: Издательство стандартов, 1996.

4. Доклад об экологической ситуации в Республике Марий Эл в 2012 году. Введ. 03.06.2013. Йошкар-Ола: Типография Правительства Республики Марий Эл, 2013.

5. Трубачева Л. В., Кощеева О. О. Исследование влияния хлорид- и сульфат-ионов при определении содержания ионов железа(Ш) и железа общего в питьевых и прородных водах. Ижевск: Физика. Химия, 2009.

1. Voznaya N. F. Khimiya vody i mikrobiologiya. M.: Vyssh. Shk., 1979. 340 s.

2. GN 2.1.5.1315-03. Predelno dopustimye kontsentratsii (pdk) khimicheskikh veshchestv v vode vodnykh obyektov khozyaystvenno-pityevogo i kulturno-bytovogo vodopol-zovaniya. vved. 06.15.2003. M.: Neftyanik, 2003.

3. GOST 4011-72. Voda pityevaya. Metody izmepeniya massovoy kontsentpatsii obshchego zheleza. Vzamen GOST 4011-48; vved. 01.01.74. M.: Izdatelstvo standartov, 1996.

4. Doklad ob ekologicheskoy situatsii v respublike Mari El v 2012 godu. vved. 03.06.2013. Yoshkar-ola: Tipografiya pravitelstva Respubliki Mari El, 2013.

5. Trubacheva L. V., Koshcheeva O. O. Issledovanie vli-yaniya khlorid- i sulfat-ionov pri opredelenii soderzhaniya ionov zheleza(iii) i zheleza obshchego v pityevykh i prirodnykh vo-dakh. Izhevsk: Fizika. Khimiya, 2009.

Mariya V. Nekhoroshkova, Svetlana V. Al Ansary, Yana F. Al Ansary Mari State University, Yoshkar-Ola Determination of Fe(II) in Water with the Help of Sulfosalicylic Method

The present article describes the possibilities for direct photometric determination of Fe(II) quantity in the form of sulfosalicylic complex without its transition to the compound Fe(III). During the research, the influence of chloride- and sulfate ions being present in drinking and mineral water in reasonable quantity, on the determination of Fe(II) with the help of sulfosalicylic method has been investigated. To determine the impediment of copper to the determination of Fe(II) with sulfosalicylic acid the conditions under which the complex formation of copper(II) with sulfosalicylic acid have been studied.

Key words: analysis, complex formation.