Способ определения алюминия (iii) и марганца (ii) в растворах

 

Использование: аналитическая химия, а именно непрерывное проточное определение содержания алюминия /III/ и марганца /II/ в растворах, например, почвенных вытяжках. Сущность: пробу вводят в поток аскорбиновой кислоты, затем смешивают этот поток с потоком ксиленолового оранжевого. Регистрируют оптическую плотность полученного потока, по величине которой судят о суммарном содержании алюминия /III/ и марганца /II/. В поток после регистрации оптической плотности вводят поток динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты. Регистрируют оптическую плотность раствора, по величине которой судят о содержании алюминия /III/. Способ позволяет определять алюминий /III/ и марганец /II/ в одной пробе. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области аналитической химии /непрерывный проточный анализ/.

Изобретение предназначено для автоматизированного определения содержания алюминия /III/ и марганца /II/ в растворах, таких как почвенные вытяжки, воды различного происхождения.

Известен фотометрический способ определения содержания алюминия /III/ и марганца /II/ в различных объектах с использованием органических реагентов, в том числе ксиленолового оранжевого [1] Однако из-за неавтоматизированного режима он характеризуется невысокой производительностью 1 2 пробы в час, причем определение алюминия /III/ и марганца /II/ проводят из разных проб.

Известен способ проточного определения алюминия /III/ с ксиленоловым оранжевым в среде 50%-ного этилового спирта с производительностью 40 проб в час. Определение алюминия /III/ возможно на фоне 100 мкг/мл содержаний железа [2] Содержание марганца /II/ не определяли.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигнутому результату является проточно-инжекционный способ определения алюминия /III/ с ксиленоловым оранжевым в горных породах после кислотного вскрытия [3] Способ состоит в следующем. В поток носителя /0,1 M HC1/ инжектируют анализируемую пробу, содержащую кроме алюминия /III/ ионы Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Pb, Zn и другие, к нему для восстановления железа /III/ до железа /II/ добавляют поток 0,1%-ной аскорбиновой кислоты. Железо /II/ не образует окрашенных соединений с ксиленоловым оранжевым в отличие от железа /III/. После добавления к потоку потоков следующих компонентов /аскорбиновая кислота, ксиленоловый оранжевый, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты/ он проходит смесительные спирали, нагреваемые до 70 140^oC. Затем к нему добавляется поток фотометрического реагента ксиленолового оранжевого в буфере /pH=3 6/. При этом все ионы пробы образуют окрашенные комплексы с реагентом. Затем для устранения мешающего влияния Fe /III/, Mn /II/, Pb /II/ и других ионов добавляют поток 0,02 M раствора динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, разрушающей окрашенные соединения всех ионов, кроме алюминия /III/. Далее поток поступает в проточную кювету фотометра, где при 506 нм регистрируется сигнал алюминия /III/.

Производительность определения алюминия /III/ составляет 50 проб в час; воспроизводимость S_r=0,3 0,7.

Определению алюминия /III/ не мешают 40-кратные количества Mg /II/; 20-кратные количества Ca /II/. Мешают сопоставимые количества ионов железа /III/ и марганца /II/.

С использованием этой проточной системы не проводят определение марганца /II/ и алюминия /III/ из одной пробы.

Настоящий способ позволяет провести определение алюминия /III/ и марганца /II/ из одной пробы с использованием одной и той же проточной системы.

Способ состоит в том, что пробу вводят в поток аскорбиновой кислоты, смешивают с потоком ксиленолового оранжевого, регистрируют сигнал /оптическую плотность при 560 нм/, который соответствует суммарному содержанию Al /III/ и Mn /II/.

После этого поток смешивают с потоком динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты и регистрируют оптическую плотность смешанного потока, которая соответствует содержанию Al /III/ в потоке.

В основе способа лежит разница в устойчивости окрашенных соединений алюминия /III/ и марганца /II/ с ксиленоловым оранжевым.

Алюминий /III/ и марганец /II/ реагируют с ксиленоловым оранжевым с образованием окрашенных соединений различной устойчивости: если после образования окрашенных соединений с ксиленоловым оранжевым /KO/ в раствор добавить динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты /ЭДТА/, то KO вытесняется из комплекса с марганцем /II/, но не из комплекса с алюминием /III/. Окраска раствора после добавления ЭДТА будет определяться только присутствием окрашенных соединений алюминия с KO, поскольку соединения марганца /II/ с ЭДТА бесцветны. Таким образом, двукратное измерение оптической плотности до и после введения ЭДТА позволяет определить содержание алюминия /III/ и марганца /II/ из одной пробы.

В способе двойное последовательное фотометрирование проводят в одном двухлучевом проточном фотометре, в котором поток последовательно протекает через две проточные кюветы.

Для осуществления способа использован скоростной проточный анализатор RFA-300 /Alpkem, США/, состоящий из пробоотборника, перистальтического насоса, аналитического блока, двухлучевого проточного детектора и самописца.

Аналитический блок представляет из себя систему гибких трубок, смесительных спиралей и других приспособлений. Схема аналитического блока /проточной системы/, предложенного для одновременного определения алюминия /III/ и марганца /II/, приведена на фиг. 1.

После включения прибора зонд пробоотборника автоматически отбирает пробу из чашечки пробоотборника в течение времени t₁ и она по трубке 1 через перистальтический насос 2 подается в аналитический блок и в спирали 3 смешивается с потоком аскорбиновой кислоты 4, затем с потоками ксиленолового оранжевого 5 и ацетатного буферного раствора 6. Объединенный поток сегментируется воздухом трубка 7 проходит через смесительную спираль 8 и попадает в первую проточную кювету фотометра 9. При этом на диаграммной ленте регистрируется пик, высота которого соответствует суммарному содержанию алюминия /III/ и марганца /II/. После этого по соответствующей трубке 10 в поток, содержащий окрашенные комплексы алюминия /III/ и марганца /II/, вводится динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты и после смесительной спирали 11 и удаления пузырьков воздуха с помощью дебаблера 12 поток попадает во вторую кювету 13 проточного фотометра. При этом регистрируется второй пик от этой же пробы, причем высота его пропорциональна содержанию в пробе только алюминия /III/, т.к. окрашенное соединение марганца /II/ с ксиленоловым оранжевым при этом разрушается. Электронная схема фотометра такова, что на диаграммной ленте второй пик выглядит как отрицательный.

После отбора первой пробы зонд автоматически погружается в промывочный раствор /воду/ на время t₂, при этом регистрируется нулевая линия, затем зонд автоматически погружается в следующую пробу.

После построения соответствующих градуировочных графиков возможно одновременное определение алюминия /III/ и марганца /II/ из одной пробы без разделения.

Способ иллюстрируется следующими примерами с использованием вышеуказанной схемы.

Пример 1.

Пробу, содержащую алюминий /III/ /1·10^-5M/ и марганец /II/ /1·10^-5M/ со значением pH 6 по трубке 1, обеспечивающей скорость 0,287 мл/мин, подают через перистальтический насос 2 в течение 30 с в проточную систему, где смешивают с раствором аскорбиновой кислоты /1% 0,118 мл/мин/ трубка 4, затем пропускают через водяную баню 3; T=60^oС, смешивают с раствором ксиленолового оранжевого /1·10^-3, 0,487 мл/мин/ трубка 5, ацетатным буфером /pH=5,0; 0,387 мл/мин/ трубка 6, сегментируют воздухом /0,226 мл/мин/ трубка 7; объединенный поток проходит смесительную спираль 8 в 25 витков и поступает в первую кювету 9 фотометра / светофильтр 570 нм/, при этом регистрируемый на диаграммной ленте пик соответствует суммарному содержанию алюминия /III/ и марганца /II/. Затем в поток с помощью трубки 0,487 мл/мин 10 вводят раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты /0,1 M/, перемешивание достигается во второй спирали /40 витков/ 11, в результате чего комплекс марганца /II/ с ксиленоловым оранжевым разрушается, поэтому после удаления пузырьков воздуха 12 во второй кювете 13 фотометра /550 нм/ регистрируется поглощение только комплекса алюминия /III/ с ксиленоловым оранжевым, при этом на диаграммной ленте фиксируется второй, отрицательный, пик.

Пример 2.

Определение алюминия /III/ и марганца /II/ на фоне катионов K, Na, Ca, Mg, Fe /III/ и анионов NO^-₃, C1_- проводится так же, как описано в примере 1, только проба содержит то или иное количество перечисленных ионов. Результаты приведены в табл. 1. Критерием мешающего влияния служил выход аналитического сигнала за пределы доверительного интервала.

Возможно определение алюминия /III/ и марганца /II/ в присутствии больших количеств K, Na, Ca, Mg, C1_-, NO^-₃, мешают сопоставимые количества железа /III/.

Содержание алюминия /III/ и марганца /II/ находят по градуировочным графикам, построенным в идентичных условиях для растворов, содержащих только алюминий /III/ и только марганец /II/, при измерении сигналов в первой и во второй и только во второй кюветах соответственно. Диапазон определяемых содержаний, пределы обнаружения и относительные стандартные отклонения приведены в табл. 1. Производительность 25 проб/час, что соответствует 50 элементным определениям в час. Показано, что для отсутствия перекрывания пиков от соседних проб достаточно 120 с времени промывания /t₂/.

Определение алюминия /III/ и марганца /II/ из одной пробы возможно в присутствии больших количеств посторонних ионов /табл.1/.

Одновременное определение алюминия /III/ и марганца /II/ из одной пробы без разделения возможно с ксиленоловым оранжевым только при вышеуказанной последовательности операций, включающей суммарное определение алюминия /III/ и марганца /II/ после введения аскорбиновой кислоты и ксиленолового оранжевого и определение алюминия /III/ после введения динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты.

Таким образом, способ позволяет проводить одновременное определение алюминия /III/ и марганца /II/ из одной пробы без разделения и характеризуется хорошей воспроизводимостью, селективностью и высокой производительностью. Способ расширяет возможности скоростного проточного анализатора RFA-300, предназначенного для однокомпонентных определений.

Формула изобретения

Способ определения алюминия (III) и марганца (II) в растворах, включающий введение пробы в поток аскорбиновой кислоты, последовательное смешение его с потоками ксиленолового оранжевого и динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, нагревание, измерение оптической плотности окрашенного раствора, отличающийся тем, что измеряют оптическую плотность потока раствора до введения в него динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, соответствующую суммарному содержанию алюминия (III) и марганца (II) в потоке, затем измеряют оптическую плотность раствора после введения в него динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, соответствующую содержанию алюминия (III) в потоке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2