Патент на изобретение №2368896

(54) ИНДИКАТОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ НИКЕЛЯ (II) В РАСТВОРЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к качественному и полуколичественному определению ионов никеля (II) в водных растворах и может быть использовано для проведения экспресс-анализов в отрыве от лабораторной базы из рабочих растворов. Индикатор содержит модифицированную матрицу на основе силикагеля и органический реагент, при этом в качестве модифицированной матрицы используют силикагель в ОН^– форме, модифицированный триметиламмониевыми группировками, а в качестве органического реагента – 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил) формазан и дополнительно водно-этанольный раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный силикагель 95,999 – 97,990; указанный органический реагент 0,001 – 0,040; водно-этанольный раствор остальное. Достигается упрощение и ускорение анализа, а также – обеспечение достоверности получаемых результатов на уровне ПДК при многократном избытке других ионов металлов. 2 табл.

Изобретение предназначено для качественного и полуколичественного определения ионов никеля (II) в водных растворах и может быть использовано для проведения экспресс-анализов в отрыве от лабораторной базы из рабочих растворов.

Известен состав для определения концентрации ионов никеля (II) в растворе, содержащий сульфарсазен, аммиак и трилон Б, который используют следующим образом: к 5 мл анализируемого раствора прибавляют 3-4 капли сульфарсазена и несколько капель аммиака до появления розового окрашивания с последующим титрованием трилоном Б до перехода окраски в лимонно-желтую (Бургер К. Органические реагенты в неорганическом анализе. М.: Мир, 1975).

Известный состав и метод определения ионов никеля характеризуется высокой чувствительностью, позволяет провести его количественное определение, однако требует специальных лабораторных условий. Кроме того, количественное определение связано со значительной длительностью процесса, а анализируемые растворы должны быть индивидуальными, но не рабочими.

4, 1280).

Известный состав позволяет провести полуколичественный анализ ионов никеля в водном растворе в узком диапазоне определяемых концентраций – 0,2-4,0 мг/л, точечном значении рН, при этом процесс определения требует значительных временных затрат.

Наиболее близким к предлагаемому является состав для определения ионов никеля, содержащий в качестве реагента комплексное соединение 4-(2-пиридилазо)-2-нафтол с ионами Zn (II) (Zn(ПAH)₂1, с.14, 1999).

Определение ионов никеля (II) проводят следующим образом. Пробу воды объемом 10 см³ с содержанием Ni (II) 0.06 мг/дм³ помещают в стакан емкостью 50 см³, добавляют 0.1 см³ 0.1 моль/дм³ раствора Na₂S₂O₃ и 0.1 моль/дм³ раствором HNO₃ доводят рН до 3.8. Раствор перемешивают с 0.05 г Zn(ПАН)₂ – СП в течение 10 мин. Концентрацию ионов никеля определяют в диапазоне 0,15-6,0 мкг, сравнивая окраску со стандартной цветовой шкалой.

Известный состав обеспечивает возможность определения ионов никеля с высокой чувствительностью – на уровне ПДК из рабочих растворов, однако достоверное определение возможно только при точечном значении рН, что, в свою очередь, требует обеспечения возможности контроля достигаемой рН. Кроме того, для определения требуется непосредственно на месте изготовить многокомпонентный состав в определенной пропорции, что невозможно или чрезвычайно затруднительно в отрыве от лабораторной базы.

Задачей изобретения является создание индикатора, обеспечивающего упрощение и ускорение процесса определения содержания ионов никеля (II) из рабочих растворов в отрыве от лабораторной базы при сохранении достоверности результатов анализа.

Поставленная задача решается тем, что предлагается состав, содержащий модифицированную матрицу на основе силикагеля и органический реагент, при этом в качестве модифицированной матрицы используют силикагель в ОН^– форме, модифицированный триметиламмониевыми группировками, а в качестве органического реагента – 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил)формазан и дополнительно водно-этанольный раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

В качестве модифицированной матрицы используют силикагель Диасорб-100-ТА, полученный путем ковалентной прививки триметиламмониевыми группировками к поверхности силикагеля (количество привитых групп 0,32 мМ/г) со средним диаметром пор 100°А, выпускаемый по ТУ-2Б41-003-4Э299217-01 и предварительно переведенный в ОН^– форму путем выдерживания в растворе едкого натра. Указанный силикагель имеет следующее строение:

Характеристика состава, мас.%: силикагель – 98,560±0,007; где Х=(СН₃)₃ – 1,440±0,007.

В качестве органического реагента используют 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил)формазан (далее по тексту – формазан), имеющий следующее строение:

В присутствии водно-этанольного раствора, взятого в соотношении этиловый спирт (С₂Н₅ОН):вода (Н₂О)=1:1, формазан посредством нековалентной связи обеспечивает возможность закрепления на указанном модифицированном силикагеле гетарилформазановых группировок. Количество закрепленных таким образом гетарилформазановых группировок составляет 0,0005-0,022 ммоль/г, что соответствует содержанию формазана в заявляемом составе 0,001-0,04 мас.%.

Заявляемый индикатор получают следующим образом.

Модифицированный триметиламмониевыми группировками силикагель для перевода в ОН^– форму выдерживают в течение не менее одних суток при комнатной температуре в водном растворе едкого натра. Полученный силикагель промывают водой до нейтральной реакции промывных вод, высушивают в естественных условиях на фильтре. Полученный силикагель используют в качестве ингредиента заявляемого состава. Водно-этанольный раствор берут в избытке против заявляемого и смешивают с формазаном, взятым в указанном количестве – 0,001-0,04 мас.%. Полученный водно-этанольный раствор формазана смешивают с полученным силикагелем и выдерживают при нагревании до температуры не более 50°С при периодическом перемешивании вручную в течение не менее 1,5 часов. В результате введенный в водно-этанольный раствор указанный формазан количественно высаживается на силикагель. Окончание образования заявляемого состава определяют по изменению окраски от исходной белой до красной с _mах=395 нм. Полученный индикатор отфильтровывают и сушат при комнатной температуре не менее 1 суток и используют для определения ионов никеля (II).

В отличие от прототипа, где в качестве матрицы используется Silpearl UV 254, в заявляемом составе используется модифицированный триметиламмониевыми группировками силикагель, предварительно переведенный в ОН^– форму, в прототипе в качестве органического реагента используют комплексное соединение 4-(2-пиридилазо)-2-нафтол с ионами Zn (II), тогда как в предлагаемом составе в качестве органического реагента – 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил)формазан в среде водно-этанольного раствора. Сравнение заявляемого состава с известными позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна», т.к. не обнаружено индикаторов, аналогичных по качественному и количественному составу предлагаемому по настоящему изобретению.

Предлагаемый состав соответствует критерию изобретательский уровень, т.к. в известных нам источниках информации не обнаружено совокупности существенных признаков, аналогичных заявляемому индикатору. Более того, использование заявляемого состава позволяет получить технический результат, который явным образом не следует из известных свойств входящих в заявляемый состав ингредиентов, – возможность экспресс-определения содержания ионов никеля (II) из рабочих растворов в отсутствии лабораторной базы с сохранением достоверности результатов анализа.

Заявляемый индикатор может быть получен из известных в науке и технике веществ с использованием известных приемов их смешения друг с другом. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого состава критерию «промышленная применимость».

Примеры конкретного выполнения.

ПОЛУЧЕНИЕ ЗАЯВЛЯЕМОГО ИНДИКАТОРА.

Модифицированную матрицу ДИАСОРБ-100-ТА массой 2 г выдерживают 24 ч при комнатной температуре в 0,1 н. растворе гидроксида натрия (NaOH) для перевода в

ОН^– форму, затем отмывают водой до нейтральной реакции промывных вод и высушивают на фильтре при комнатной температуре. Подготовленный ДИАСОРБ-100-ТА подвергают взаимодействию с водно-этанольным раствором, взятым в соотношении этиловый спирт (С₂Н₅ОН):вода (Н₂О) 1:1 и объемом 50 мл и 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил) формазаном с исходным содержанием формазановых группировок 0,0020 ммоль·г^-1. Закрепление формазановых группировок осуществляют при нагревании до 50°С при периодическом перемешивании вручную в течение около 1,5 ч. В результате модификации указанного силикагеля указанным формазаном наблюдается изменение окраски указанного силикагеля (твердой фазы) от исходной белой до красной (_max=395 нм). Твердую фазу отфильтровывают и сушат при комнатной температуре 1 сутки.

Состав для изготовления заявляемого индикатора, мас.%.: силикагель – 95,999; формазан – 0,004; водно-этанольный раствор – остальное, приведен в таблице 1 (пример 3). Аналогично получали заявляемые составы по примерам 1, 2, 4, 5, указанные в таблице 1. Получаемые составы представляют собой порошок, который может быть использован в виде порошка или в таблетированном виде.

Контрольные составы (примеры 6 и 7) получены аналогично заявляемым составам с соответствующим изменением концентрации входящих ингредиентов. Данные приведены в таблице 1.

ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЯВЛЯЕМОГО ИНДИКАТОРА.

Заявляемый состав индикатора, изготовленный по примеру 3, массой 0,1 г помещали в анализируемый модельный раствор объемом V=50 мл при рН 4,0÷6,0 с заданной концентрацией ионов Ni (II). В растворах с концентрацией ионов Ni (II) 30-300 мкг·мл^-1 фиксировали изменение окраски заявляемого состава. В результате сорбции анализируемого раствора заявляемый состав изменяет свой цвет от красного (_max=395 нм) до синего (_max=605 нм, =210 нм). Разница в изменении цвета индикатора хорошо определяется визуально и позволяет сделать достоверный вывод о наличии/отсутствии ионов Ni (II) в анализируемом растворе, а также провести полуколичественное его определение по шкале сравнения. Изменение окраски индикатора измеряли с помощью спектрофотометра Specord M-40. Полученные данные приведены в таблице 2. В растворах с концентрацией Ni (II) ниже 30 мкг·мл^-1 не наблюдалось визуального изменения окраски, либо изменение окраски носило спорный характер и требовало применения аппаратных методов измерения, что невозможно или затруднительно в отрыве от лабораторной базы. В растворах с концентрацией Ni (II) выше 300 мкг·мл^-1 дальнейшего изменения окраски визуально не наблюдалось, что связано с насыщением индикатора ионами никеля (II).

Кроме того, определение ионов Ni (II) проводили в растворах, которые одновременно содержали пятикратный избыток ионов Со (II), а также ионы щелочных и щелочно-земельных металлов. Как показали наши исследования, ионы посторонних металлов не влияют на достоверность определения ионов Ni (II) в растворах.

Предлагаемый индикатор позволяет проводить определение ионов Ni (II) в отрыве от лабораторной базы из рабочих растворов в широком концентрационном интервале как в статических, так и в динамических условиях, например, в колонке. Использование заявляемого индикатора позволяет расширить арсенал индикаторов, упростить процесс качественного и полуколичественного определения ионов Ni (II), сократить длительность процесса определения, обеспечив достоверность получаемых результатов.

Формула изобретения

Индикатор для определения ионов никеля (II) в растворе, содержащий модифицированную матрицу на основе силикагеля и органический реагент, при этом в качестве модифицированной матрицы используют силикагель в ОН^– форме, модифицированный триметиламмониевыми группировками, а в качестве органического реагента – 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил) формазан и, дополнительно, водно-этанольный раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%: