Способ раздельного определения фенола и бензойной кислоты в водном растворе

 

Использование - в аналитической химии органических соединений анализе природных и сточных вод, содержащих фенол и бензойную кислоту. Сущность изобретения: состоит в концентрировании анализируемых веществ ацетоном в присутствии высаливателя - сульфата аммония и последующем потенциометрическом титровании полученного экстракта в ацетоне этанольным раствором гидроксида калия, причем ацетон для экстракции берут в соотношении к анализируемой пробе (1,5 - 2) : 100, а высаливателя - 42 - 43 мас.% по отношению к водной пробе. 1 табл.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в анализе природных и очищенных сточных вод.

Известен способ потенциометрического кислотно-основного титрования фенола и бензойной кислоты в среде неводного растворителя - диметилформамида, ацетонитрила [1].

Недостатком способа является то, что он не может быть использован для анализа водных растворов (раздельное определение фенола и бензойной кислоты невозможно, вследствие слабовыраженных кислотных свойств фенола).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ потенциометрического определения фенола и бензойной кислоты в растворах регенерированного гидроксида натрия [2]. Способ заключается в том, что 25 мл анализируемого раствора регенерированного гидроксида натрия осторожно подкисляют серной кислотой и дважды экстрагируют порциями толуола объемом 15 мл. К толуольному раствору после первой экстракции прибавляют 10 мл ацетона и объединяют с толуольной фракцией после второй экстракции. К экстракту добавляют 40 мл воды и титруют 0,5 М раствором гидроксида натрия со стеклянным и хлоридсеребряным электродами. Время проведения анализа (τ) 90 мин, минимальное определяемое содержание фенола 0,6 мг/мл, бензойной кислоты 0,4 мг/мл.

Раздельное определение фенола и бензойной кислоты возможно, однако способ длителен, не позволяет определять микросодержания веществ в водной среде.

Цель изобретения - сокращение времени анализа и снижение пределов обнаружения фенола и бензойной кислоты.

Поставленная цель достигается тем, что фенол и бензойную кислоту концентрируют ацетоном в присутствии сульфата аммония, полученный концентрат разбавляют ацетоном и титруют неводный раствор этанольным раствором гидроксида калия.

На основании проведенных исследований по патентной и научно-технической литературе можно сделать вывод, что технических решений со сходными признаками, свойства которых совпадали бы со свойствами заявляемого технического решения, не обнаружено, а совокупность существенных признаков позволяет сократить время проведения анализа по раздельному определению фенола и бензойной кислоты и снизить пределы их обнаружения. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Положительный эффект достигается за счет совокупности использования ацетона в качестве экстрагента (эффективен для концентрирования фенола и бензойной кислоты) и среды для титрования (значительно повышает кислотные свойства фенола), сульфата аммония в качестве высаливателя (способствует образованию самостоятельной фазы экстрагента и обогащению ее извлекаемыми соединениями), этанольного раствора гидроксида калия в качестве титранта (способствует получению более четких скачков на титриметрической кривой).

Способ заключается в том, что к 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной сульфатом аммония (42-43 мас.%), добавляют 1,5-2 мл ацетона и экстрагируют в течение 10 мин. После расслаивания фаз отбирают экстракт и разбавляют его 10-15 мл ацетона. Пробу титруют потенциометрически этанольным раствором гидроксида калия в присутствии платинового измерительного и насыщенного хлоридсеребряного вспомогательного электродов.

П р и м е р 1. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной сульфатом аммония (42 мас.%), содержащей 0,6 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1,5 мл ацетона и экстрагируют 10 мин. После расслаивания фаз (3 мин) экстракт отделяют, не затрагивая водную фазу, и прибавляют к 10-15 мл ацетона. В раствор опускают кончик бюретки и электроды, титруют 0,05 М этанольным раствором гидроксида калия при перемешивании. По дифференциальной кривой титрования находят объем щелочи, пошедшей на титрование бензойной кислоты, которая оттитровывается в первую очередь (V^б_кон), и объем щелочи, израсходованный на титрование фенола (V^ф_сон).

Содержание фенола (С_ф) и бензойной кислоты (С_б) в воде рассчитывают по уравнению: C_ф(C_б) = , где М_ф(М_б) - молярная масса фенола (бензойной кислоты); D_ф(D_б) - коэффициент распределения фенола (бензойной кислоты) между ацетоном и водным раствором, насыщенным сульфатом аммония; V_э - объем экстракта, мл; K - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз. Пример расчета по примеру 1.

На титрование фенола израсходовано 10,7 мл 0,05 М титранта, D_ф=650, К= 100, М_ф=94, тогда C_ф = = 0,58.

На титрование бензойной кислоты израсходовано 5,8 мл титранта, D_б=1200, К=100, М_б=122, тогда C_б = = 0,38 мг/л.

Время проведения анализа 40 мин. Раздельное определение возможно.

П р и м е р 2. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной высаливателем (42,5 мас.%), содержащей 0,6 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1,5 мл ацетона. Далее анализ проводят, как указано в примере 1. Раздельное определение возможно. С_ф=0,61 мг/л, С_б=0,39 мг/л, τ= 40 мин.

П р и м е р 3. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной высаливателем (43,0 мас.%), содержащей 0,6 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1.5 мл ацетона. Далее анализ проводят, как указано в примере 1.

С_ф=0,62 мг/л, С_б=0,41 мг/л τ=40 мин.

П р и м е р 4. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной высаливателем (44,0 мас.%), содержащей 0,6 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1,5 мл ацетона. Далее анализ проводят, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как в этих условиях выпадают кристаллы соли, адсорбирующие фенол и бензойную кислоту.

П р и м е р 5. К 100 мл анализируемой водной пробы, содержащей 0,6 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, насыщенной высаливателем (41,0 мас.%), прибавляют 1,5 мл ацетона.

Способ неосуществим, так как объем выделяющейся органической фазы недостаточен для дальнейшего определения.

П р и м е р 6. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной сульфатом аммония (42,0 мас.%), содержащей 0,6 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 2 мл ацетона. Далее анализируют, как указано в примере 1.

Раздельное количественное определение фенола и бензойной кислоты возможно, C_ф=0,57 мг/л, C_б=0,42 мг/л τ=40 мин.

П р и м е р 7. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной сульфатом аммония (43,0 мас.%), содержащей 0,6 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1 мл ацетона. Далее анализ проводят, как указано в примере 1.

Способ неосуществим, так как в результате частичного растворения ацетона в водно-солевом растворе, объем экстракта и содержание в нем определяемых веществ недостаточны для дальнейшего анализа.

П р и м е р 8. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной высаливателем (42,5 мас.%), содержащей 0,6 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 2,5-3 мл ацетона. Далее анализируют, как указано в примере 1.

Способ неосуществим, так как в этих условиях возможно определение только бензойной кислоты, содержание фенола мало для получения какого-либо заметного скачка на титраметрической кривой.

П р и м е р 9. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной высаливателем (42-43 мас.%), содержащей 0,6 мг/л фенола и 0,8 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1,5-2 мл ацетона. Далее анализ проводят, как указано в примере 1.

Раздельное определение возможно, С_ф=0,56 мг/л, С_б=0,78 мг/л, τ=40 мин.

П р и м е р 10. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной высаливателем (42-43 мас.%), содержащей 1,2 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1,5-2 мл ацетона. Далее анализ проводят, как указано в примере 1.

Раздельное определение возможно, С_ф=1,18 мг/л, С_б=0,375 мг/л, τ=40 мин.

П р и м е р 1. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной высаливателем (42-43 мас.%), содержащей 0,6 мг/л фенола и 1,2 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1,5-2 мл ацетона. Далее анализ проводят, как указано в примере 1.

В этих условиях возможно определение только бензойной кислоты, так как вследствие подавления диссоциации фенола, на титриметрической кривой какого-либо заметного скачка не появляется.

П р и м е р 12. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной высаливателем (42-43 мас.%), содержащей 3,0 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1,5-2 мл ацетона. Далее анализ проводят, как указано в примере 1.

Раздельное определение возможно, С_ф=2,95 мг/л, С_б=0,37 мг/л, τ=45 мин.

П р и м е р 13. К 100 мл анализируемой водной пробы, насыщенной высаливателем (42-43 мас.%), содержащей 6,0 мг/л фенола и 0,4 мг/л бензойной кислоты, прибавляют 1,5-2 мл ацетона. Далее анализ проводят, как указано в примере 1.

Способ неосуществим, так как в этих условиях экстракт обогащен фенолом и количественное определение бензойной кислоты невозможно.

Из примеров 1-13 и сравнительной таблицы видно, что положительный эффект по предлагаемому способу достигается при содержании 42-43 мас.% сульфата аммония, соотношении ацетона к анализируемой пробе (1,5-2):100, минимальные определяемые содержания фенола - 0,6 мг/л, бензойной кислоты - 0,4 мг/л при 3-кратном избытке фенола и 2-кратном избытке бензойной кислоты.

При уменьшении содержания высаливателя и экстрагента в системе (примеры 5, 7) способ неосуществим, вследствие растворения ацетона в водной фазе и малого содержания определяемых веществ в экстракте.

При увеличении содержания высаливателя (пример 4) в системе происходит выпадение кристаллов соли и адсорбция ими определяемых веществ. При увеличении содержания экстрагента в системе (пример 8) возможно определение только бензойной кислоты, так как содержание фенола в экстракте мало для его количественного определения.

При более, чем 3-кратном избытке фенола и 2-кратном избытке бензойной кислоты (примеры 13, 11 соответственно) раздельное определение невозможно.

Предлагаемый способ прост в исполнении, легко автоматизируется, не требует дорогостоящих реактивов и оборудования.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества: позволяет сократить время проведения анализа в 2-2,5 раза (по прототипу - 90 мин по предлагаемому решению - 40-45 мин), снизить пределы обнаружения фенола и бензойной кислоты на 3 порядка - по прототипу 600 мг/л, по предлагаемому решению 0,6 мг/л (для фенола) и 400 мг/л - 0,4 мг/л (для фенола) и 400 мг/л - 0,4 мг/л (для бензойной кислоты).

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФЕНОЛА И БЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ, включающий экстракцию органическим растворителем и титрование экстракта титрантом - гидроксидом калия, отличающийся тем, что , с целью сокращения времени определения и повышения чувствительности способа, в качестве растворителя используют ацетон в соотношении с анализируемой пробой 1,5 - 2 : 100, экстракцию ведут в присутствии сульфата аммония в количестве 42 - 43 мас.% по отношению к пробе и в качестве титранта используют этанольный раствор гидроксида калия.

РИСУНКИ

Рисунок 1