Вольтамперометрическое определение ртути (II+)

УДК 543

Е.А. Лейтес, А.С. Кушникова

Вольтамперометрическое определение ртути

E.A. Leytes, A.S. Kushnikova

Voltammetric Determination of Mercury

Целью данной работы является определение ртути (11+) методом катодной вольтамперометрии на стеклоуглеродном электроде. В результате исследования подобраны оптимальные условия ее определения на стеклоуглеродном электроде в присутствии ДФК методом катодной вольтамперометрии.

Ключевые слова: вольтамперометрия, катодная вольтамперометрия, дифенилкарбазид (ДФК), стеклоуглеродный (СУ) электрод.

Aims of this research is to determining mercury (II+) by method of cathodic voltammetry on the glassy electrode. The study results an optimal condition to determine mercury (II+) on glassy electrode by cathodic voltammetry method in DFC presence.

Key words: voltammetry, cathodic voltammetry, difenylcarbazid (DFC), glassy carbon (GC) electrode.

Повышенный интерес к проблеме определения ртути вызван ее наибольшей токсичностью по сравнению с другими тяжёлыми металлами. О высокой токсичности ртути свидетельствуют очень низкие значения ПДК, что требует применения исключительно чувствительных методов аналитического контроля. Одним из таких методов является вольтамперометрия.

В литературе встречается достаточное количество методик анодного вольтамперометрического определения ^ (II). По катодной вольтамперометрии ртути встречаются работы, в которых изучено её электрохимическое восстановление на ртутно-пленочном электроде [1, с. 1473], ртутно-капающем электроде [2, с. 1464], стеклографитовом электроде [3, с. 177].

Цель данной работы - изучение электрохимического поведения ртути (II) в присутствии дифенил-карбазида методом катодной вольтамперометрии. Исследования проводились на универсальном полярографе с постояннотоковым режимом регистрации вольтамперограмм при линейной развертке потенциала. В двухэлектродной электрохимической ячейке в качестве рабочего использован стеклоуглеродный электрод. Электрод сравнения - хлоридсеребряный (в насыщенном КС1, соединенном с ячейкой электролитическим ключом, заполненным KNO3 ).

Ранее нами получены условия определения ртути (II) методом катодной вольтамперометрии [4, с. 10]. Для оптимизации условий определения исследовали влияние фона, времени накопления, скорости развертки на величину тока пика ртути.

В качестве фона для изучения электрохимического поведения ртути выбран буферный раствор Бриттона-Робинсона, позволяющий получить растворы с диа-

пазоном pH от 1,81 до 11,98. Пик ртути (II) регистрировали при потенциале 0,0 В в кислых, нейтральных и щелочных средах. Зависимость тока восстановления ртути от рН фонового раствора приведена на рисунке 1. Из рисунка видно, что для определения ртути оптимальным является рН = 1,81. Уменьшение тока пика при увеличении рН раствора может быть связано с образованием гидроксокомплексов ртути, затрудняющих электровосстановление ртути на электроде.

О 2 4 6 8 10 12 14

pH

Рис. 1. Величина тока восстановления ртути при различных рН фонового раствора.

V =100 мВ/с; т = 60 с; СЩ2+ = 8-10-6 М

Таким образом, оптимальные условия для получения сигнала ртути: фоновый раствор Бриттона-Робинсона с рН = 1,81; V = 100 мВ/с; т = 60 с.

Известно, что в присутствии веществ, образующих комплексы, повышается чувствительность опреде-

ХИМИЯ

ления некоторых металлов [5, с. 152]. В качестве комплексообразующего реагента выбран дифенил-карбазид, образующий с ртутью сине-фиолетовый комплекс неустановленного состава. Для изучения влияния дифенилкарбазида на электрохимическое поведение ртути (II) методом катодной вольтамперо-метрии необходимо определить оптимальную добавку дифенилкарбазида.

В присутствии дифенилкарбазида (ДФК) с очень низкой концентрацией 109 М и примерно такой же концентрацией ртути (10-8 -10-9 М) аналитический сигнал электровосстановления ртути не регистрируется. При низкой (10-8 М) или же достаточно высокой концентрации (10-5—10-4 М) ДФК регистрируются двойные пики с потенциалами 0,1 В и 0,0 В. В присутствии дифенилкарбазида с концентрацией 10-6 М регистрируется один четко выраженный пик при Е = 0,0 В. Причиной регистрации двойных пиков может быть образование смешанных комплексов дифенилкарбазида со ртутью.

Аналитический сигнал дифенилкарбазида при использовании буферного раствора с рН = 8,7 не обнаружен. В присутствии дифенилкарбазида аналитический сигнал ртути (II) увеличивается.

Из рисунков 2-3 следует, что зависимость тока пика от концентрации дифенилкарбазида имеет экстремальный характер. При концентрации ртути 8-10-6 максимум тока приходится на концентрацию дифенил-карбазида 8-10-6, при концентрации ртути 4-10"8 - на концентрацию дифенилкарбазида 4-10-6.

Следовательно, максимальные одинарные пики, являющиеся наиболее удобными в аналитических целях, при разных концентрациях ртути (II) регистрируются в присутствии дифенилкарбазида с концентрацией п-10-6, которая в дальнейшем использована для определения ртути (II).

Фоновым раствором для изучения поведения ртути в присутствии дифенилкарбазида служил также буферный раствор Бриттона - Робинсона.

2.5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

- 1дСдфк

Рис. 2. Величина тока пика ртути (II) при различной

концентрации дифенилкарбазида. Фон - буферный

раствор Бриттона - Робинсона рН = 8,7; т = 60 с;

Сн2+ = 810-6 М не

3456789 10

-ЙСдфк

Рис. 3. Величина тока пика ртути (II) при различной концентрации дифенилкарбазида. Фон - буферный раствор Бриттона - Робинсона рН = 8,7; т = 60 с;

Сн2+ = 410-8 М не

Величина тока восстановления ртути в присутствии дифенилкарбазида при различных значениях рН фонового раствора приведена на рисунке 4. Наибольшее значение величины тока наблюдается при рН = 8-9, поэтому для последующих определений выбрано значение рН = 8,7.

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

Рис. 4. Величина тока восстановления ртути в присутствии дифенилкарбазида при различных значениях рН фонового раствора. т = 60 с; Сн§2+ = 410-8 М; СДФК = 4-10-6 М

О 100 200 300 400

Ъ С

Рис. 5. Величина тока пика ртути (II) при различном времени электроконцентрирования. Фон - буферный раствор Бриттона - Робинсона рН = 8,7; V = 100 мВ/с; С/+ = 410-8 М; Сдфк = 4-10-6 М

Результата: определения ртути

Введено Сн2+-107, М Hg ’ Найдено Сн 2+-107, М Hg Sr

0,08 0,11 0,04

0,12 0,08 0,04

0,52 0,57 0,02

0,92 1,00 0,04

1,30 1,55 0,08

5,30 5,3б 0,02

9,30 9,28 0,01

13,00 12,92 0,04

На фоне буферного раствора Бриттона - Робинсона зависимость величины тока пика от скорости

развертки носит линейный характер. Максимальное значение тока достигается при V = 100 мВ/с. Данное значение и выбрано для дальнейших экспериментов.

Из рисунка 5 видно, что при увеличении времени выдерживания до 60 с величина тока пика возрастает, от 60 до 180 - не меняется, а при дальнейшем увеличении времени снижается. Снижение величины тока пика можно объяснить эффектом большой степени заполнения поверхности ДФК, что приводит к затруднению электровосстановления ртути.

Зависимость тока восстановления ртути (II) от ее концентрации в растворе в интервале [4,0-10-99,2-10-7] М линейна. Концентрацию определяемой ртути удалось снизить с 4-10-6 М до 8-10-9 М. Правильность определения ртути (II) с добавлением дифенилкар-базида на стеклоуглеродном электроде проверена на модельных растворах методом «введено - найдено». Результаты представлены в таблице.

Библиографический список

1. Israel Y. Rapid polarographic determination of low concentrations of mercuric ion // Analit. Chem. - 1959. -Т 31. - №9.

2. Сонгина О.А., Даушева М.Р. Электрохимическое восстановление труднорастворимых соединений // Электрохимия. - 1965. - Т. 1. - №12.

3. Sunahara H., Ishizuka T. Voltametry of some metal

ions and organic compounds using glassy carbon elec-

trode // Порарогурафи, Rev.Polarogr. - 1967. - Т. 14. -№3-6.

4. Лейтес Е.А., Романова Е. А. Изучение электрохимического поведения ртути(2+) методом катодной вольтампе-рометрии // Известия Алтайского университета. - 2006. -№3 (41).

5. Лейтес Е.А., Шкарупина Е.Ю. Определение молибдена методом катодной вольтамперометрии // Известия Алтайского университета. - 2010. - №3/2 (67).