Вольтамперометрический способ определения поверхностно- активных веществ в жидких средах

 

(19) RU (11) (51) 5 G01N27 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и тонарным знакам (21) 4933114/25 (22) 05.05.91 (46) 15.10.93 Бюл Na 37 — 38 (71) Томский политехнический университет (72) Карбаинов ЮА; Коведяева ЕИ.; Хаханина Т.И. (73) Томский политехнический университет (54) ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ

ВЕЩЕСТВ В ЖИДКИХ СРЕДАХ (57) Использование: в электронной, химической промышленности, гальваническом производстве, везде, где необходим контроль следов поверхностно-активных веществ в жидких средах Сущность изобретения: ПАВ определяют по предельному току кислорода в подкисленном фоновом электролите в диапазоне рН 3 — 4, используя метод катодной дифференциальной вольтамперометриина платиновом электроде в области потенциалов Е - 0 — (0,55) В. Способ основан на способности ПАВ пропорционально снижать предельный ток кислорода по мере хемособции ПАВ на платиновом электроде.

Заявляемый способ дает возможность определения

ПАВ как катионного, так и анионного и нефтрального типов в широком диапазоне концентраций 10—

10 мг/л. 2 ил.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к вольтамперометрическому определению ПАВ в природных, сточных и ультрачистых водах.

Способ может быть использовано в электронной, химической промышленности. гальваническом производстве, везде, где необходим контроль следов ПАВ в жидких средах.

Необходимость определения низких концентраций ПАВ в чистых, ультрачистых, а так же природных и сточных водах значительно возросла в последнее время в связи с экономическими проблемами и есе более широким использованием ПАВ в промышленности.

Известен еольтамперометрический способ косвенного определения ПАВ по пропорциональному снижению максимумов тока первого ряда металлов; кадмия, свинца, меди. цинка. висмута е нейтральных или подкисленных средах на ртутном капающем или стационарном ртутном электродах.

Данный способ недостаточно точен для анализа ПАВ в чистых и ультрачистых водах.

Кроме того, требует дополнительного введения металлов, очистки исследуемого раствора от кислорода, Известен еольтал4перометрический способ определения ПАВ, основанный на снятии еольтамперограмм водорода на платиновом электроде и его снижения по мере хемосорбции органических ПАВ на поверхности электрода. В качесгве фонов используются нейтральные водные растворы сильных электролитов.

Однако, ток водорода на Pt-электроде в нейтральных растворах фиксируется на вольтамперограммах при достаточно отрицательных потенциалах: Е =-1,0 В, Следовательно, данный способ позволяет анализировать преимущественно катионные ПАВ, адсорбирующиеся на Рт-электроде при достаточно отрицательных потенциалах. Кроме того, данный способ недостаточно чувствителен для анализа ультрачистых вод. Определению ПАВ мешают те органические примеси, которые химически взаимодействуют с ионами водорода.

Одним иэ f/IBBHblx недостатков этого способа и всех известных вольтамперометрических способов определения ПАВ является необходимость очистки исследуемого раствора от кислорода, что значительно усложняет методику эксперимента; требует дополнительных затрат.

Самым близким к изобретению и взятым за прототип является полярографический способ определения ПАВ, основанный на снятии полярограмм тока кислорода на ртутнол капающем электроде. В качестве фонов используются нейтральные водные растворы сильных электролитов, в частно5 сти. 0,01 моль/л KCI. Способ достаточно чувствителен..

Однако, одним из главных недостатков этого способа является использование ртутного капающего электрода, что, во-первых, 10 делает такой анализ ПАВ громоздким, требует дополнительных затрат времени, затрудняет автоматизацию, во-вторых, при работе с ртутными электродами необходимо строгое соблюдение техники безопасно"5 сти (вытяжной шкаф, вентиляция, линолеумный пол, герметичность конструкции ячейки и др.). Концентрация ртути в воздухе при 20 С над поверхностью ртути равна 0,65 мг/м, тогда как ПДК Hg - 0,01 з

20 мг/м в атмосфере. Таким образом, данный способ можно использовать только в специальных химических лабораториях, оборудованных согласно технике безопасности при работе с ртутью.

Целью изобретения является упрощение способа определения ПАВ, уменьшение времени анализа, Цель достигается тем, что снимают катодные еольтамперограммы предельного

З0 тока кислорода в режиме дифференциальной постояннотоковой вольтамперометрии на платиновом электроде и фиксируют его пропорциональное уменьшение по мере добавок ПАВ в подкисленном 0,1 моль/л расЭ5 творе Na>S04+0,01(, НМОзвдиапазоне рН

= 3-4 е области потенциалов, Е - 0-(-0,55) В.

Преимуществом изобретения по сравнению с прототипом и другими известными способами ПАВ является использование

М стационарного платинового электрода одновременно с использованием в качестве деполяризатора кислорода, растворенного в исследуемом водном растворе. Следовательно, кроме того, что не требуется введе45 ния дополнительных средств для удаления кислорода из раствора, не требуется и средств для создания специальных условий при работе с ртутным капающим электродом, что значительно упрощает способ oll5î ределения ПАВ, делает его экспрессным, мобильным, позволяет легко автоматизировать.

Ток электровосстановления кислорода в подкисленном водном растворе на Pi55 электроде фиксируется на вольтамперограммах при потенциале Е -О+0,55) В, т.е. в области потенциалов, где адсорбируется большинство ПАВ как катионного, так и анионного типов, а также большинство нейтральных ПАВ.

2001395

Воэможность одновременного использования стационарного Pt-электрода и кислорода в качестве деполяризатора обеспечивается узким диапазоном рН 3-4, Это связано с тем, что кислород в данном диапазоне рН при восстановлении ía Ptэлектроде дает волну предельного тока в области потенциалов Е = О+0,55) В, имеющая, опираясь на механизм злектровосстановления Oz в подкисленной среде на

Pt-электроде. адсорбционную природу, которая весьма чутко реагирует на присутствие IlAB в исследуемом растворе, обладающих способностью к прочной хемосорбции с платной. адсорбируясь на ее поверхности.

При рН > 4 уменьшается количество атомов водорода на поверхности платинового электрода, в связи с этим механизм электровосстановления Oz меняется, Это затрудняет анализ ПАВ данным способом.

При рН < 3 ток восстановления водорода значительно увеличивается, что так же затрудняет анализ ПАВ по току злектровосстановления кислорода, делает его менее точным и чувствительным.

В изобретении в качестве электрода сравнения используется насыщенный каломельный электрод с потенциалом Е = -0,24

В относительно стандартного водородного электрода.

Добавление ПАВ к фоновому раствору приводит к уменьшению высоты предельного тока растворенного кислорода, которая пропорциональна содержанию вводимого

ПАВ (фиг. 1).

На фиг. 2 приведен грвдуированный график зависимости плотности тока Oz на платиновом электроде от содержания ПАВ в растворе. Площадь платинового электрода S = 0,112 см .

Объектами анализа были модельные растворы ПАВ в воде в виде 10 - 10 мд/л растворов катионного типа ПАВ: цетилпиридиний хлористого (ЦПХ}, тетрабутиламмоний бромистого (ТБАБ), анионного типа

ПАВ: додецилсульфата натрия (ДДСйа), нейтрального типа ПАВ: фенола, синтанола, суммарного стандарта, полученного смешиванием равных количество описанных выше

ПАВ (Х ПАВ).

В качестве фонового электролита использовали 0,1 моль/л Ма2504 + 0,01

МИОз, В качестве кислот можно использовать растворы НС О, Н2304, НМОз для создания рН = 3-4 в фоновом электролите, Содержание растворенного кислорода в исходном фоновом электролите контролировалось по известной методике.

Пример. 6 электрохимическую ячейку заливают фоновый электролит: 5 мл 0,1 моль/л Иа2304+ 0,1 НМОз. На полярографе ПУ-1 снимают катодную вольтамперограмму при скорости развертки потенциала

W = 20 м В/с исходного фонового электролита.

Предварительно проверяют значения рН= 4 в фоновом электролите. Затем добавляют 0,1 мл 0,1 мд/л раствора цетилпиридиний хлористого. Снимают дифференциальную катодную вольтамперограмму полученного раствора в области потенциалов Е - 0- (-0.55) В.

Находят величину предельного тока кислорода и по градуировочному графику зависимости плотности тока 02 на платиновом электроде от содержания ПАВ (фиг. 2) определяют концентрацию ЦПХ в исследуемом растворе.

Аналогичный эксперимент проводится с остальными стандартными растворами

ПАВ со значениями рН=З; 3,5: 4.

Предлагаемый способ позволяет анализировать широкий круг ПАВ: катионные (ЦПХ, T6A6), анионные (ДДС Na), нейтральные(фенол, синтанол), адсорбирующиеся на платиновом электроде, Время анализа не превышает 3-5 мин. Для анализа ПАВ данным способом не требуется введения дополнительных веществ, использования дополнительных средств для удаления 02 из раствора и создания специальных условий для работа с ртутью, что значительно упрощает методику эксперимента, позволяет легко автоматизировать способ анализа

ПАВ, делает его мобильным,.

Способ позволяет определить ПАВ с высокой чувствительностью и точностью в широком диапазоне концентрации 10 -10 мд/л, что делает возможным использование способа для анализа чистых и ультрачистых вод. (56) Olaz А., Gonsales S., Arevalo А. Определение ПАВ методом постоянно-токовой полярографии. / Collect, Crechosl. Chem.

Commun., 1987, 52, р. 609.

Bednarkiewlcz, Е., СцЫй Z. Усовершенствованный метод определения следов ПАВ путем подавления полярографического максимума 1-го рода, /1. Electreanal chem. 1987, v, 218, N. 1-2, р. 93.

Васильев Ю.Б. Казаринов B.Å. Электрокаталитические методы определения органических примесей в природных и сточных водах. Тез . докл. Всес.конф. Электрохимические средства анализа и охрана окружающей среды, 25-27 июня, 1989, Тарту. ТГУ, с.

27.

2001395 фиг. / фиг. 3

Составитель Ю,Карбоинова

Редактор H.Ñåìåíîâa Техред М,Моргентал Корректор В.Петраш

Заказ 3126

Тираж Прдписное

Н00 "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Виноградова Е.Н., Галлай 3.А., Финогенова 3.М. Методы полярографического и амперометрического анализа. М„М ГУ, 1963. с.

49-51.

Формула изобретения

ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В жиДких сРеДАх, заключающийся s с я ии 10 катодных вольтамперограмм предельного тока кислорода с последующим определением искомой величины, отличающийся

Kinoshlta М., Kobayashl M„Matsucha А., Rolarographlc oleterminatlon of surfactants, Bull. chem, Sos. Jap., 1987, 60, М 3, р. 11951197. тем, что, с целью упрощения способа и уменьшения времени анализа, катодные вольтамперограммы снимают в дифференциальном режиме на стационарном платиновом электроде диапазоне рН 3 - 4 в области потенциалов: Е - 0- (-0,55)В.