Способ определения 2,4-дихлорбензойной кислоты в водных растворах

 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано для контроля качества технологических и очищенных сточных вод предприятий по производству синтетических красителей, полимерных материалов и пестицидов. В способе определения 2,4-дихлорбензойной кислоты в водных растворах, включающем предварительную жидкостную экстракцию и концентрирование кислоты, с последующим анализом экстракта, в качестве экстрагента применяют насыщенный водой этилацетат в количестве 5-10 см³ и экстракт анализируют методом турбидиметрического титрования в кювете с длиной светопоглощающего слоя 2 см при λ=440-490 нм с использованием в качестве титранта раствора КОН в этиловом спирте, вычисляют массу кислоты по формуле m=0,01·C·V·M·R, где С - концентрация гидроксида калия в этиловом спирте (титрант), моль/дм³; V - объем гидроксида калия в этиловом спирте (титранта), затраченный на титрование, см³; М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль; R - степень извлечения кислоты при однократной экстракции, %. R=100D/(D+r), где D - коэффициент распределения 2,4-дихлорбензойной кислоты в системе вода-этилацетат, D=215; r - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз. Достигается повышение точности и чувствительности, а также упрощение анализа. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано для контроля качества технологических и очищенных сточных вод предприятий по производству синтетических красителей, полимерных материалов и пестицидов.

Аналогом может служить спектрофотометрическое определение 4-хлор-бензойной кислоты в сточных водах, фотометрический реагент - основной краситель 6Ж (Н.И.Миненко, Л.Я.Козлова. Определение п-хлорбензойной кислоты в сточных водах // Гигиена и санитария. - 1988. - №11. - С. 50-51). Влияние сопутствующих компонентов устраняют экстракцией бутилацетатом. Способ характеризуется высокими пределами обнаружения 0,5 мг/дм³.

Технической задачей изобретения является определение 2,4-дихлор-бензойной кислоты в водных растворах на уровне 0,1 мг/дм³, упрощение анализа, повышение его избирательности и точности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения 2,4-дихлорбензойной кислоты в водных растворах, включающем отбор пробы, предварительную жидкостную экстракцию и концентрирование кислоты, с последующим анализом экстракта, новым является то, что в качестве экстрагента применяют этилацетат в количестве 5-10 см³ при объеме пробы 100 см³, анализ экстракта осуществляют методом турбидиметрического титрования в кювете с длиной светопоглощающего слоя 2 см при λ=440-490 нм при использовании в качестве титранта раствора гидроксида калия (КОН) в этиловом спирте, вычисляют массу кислоты по формуле

m=0,01·C·V·M·R,

где С - концентрация КОН в этиловом спирте (титрант), моль/дм³; V - объем КОН в этиловом спирте (титранта), затраченный на титрование, см³; М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль; R - степень извлечения кислоты при однократной экстракции, %, R=100D/(D+r), где D - коэффициент распределения 2,4-дихлорбензойной кислоты в системе вода-этилацетат, D=215; г соотношение равновесных объемов водной и органической фаз.

Данные о турбидиметрических определениях галогенбензойных кислот в водных средах отсутствуют. Предлагаемый способ основан на осаждении в среде этилацетата калиевой соли 2,4-дихлорбензойной кислоты и измерении оптической плотности образующегося золя. Значительно упрощает анализ титрование непосредственно экстракта раствором КОН в этиловом спирте.

Технический результат состоит в оптимизации условий экстракции (соотношение равновесных объемов водной и органической фаз) и турбидиметрического титрования экстракта (выбор длины волны, толщины светопоглощающего слоя).

Способ заключается в следующем. Воду, применяемую для приготовления растворов кислоты, и этилацетат предварительно взаимонасыщают для предотвращения их растворения друг в друге при экстракции. Водную пробу, содержащую 2,4-дихлорбензойную кислоту, помещают в сосуд для экстракции, добавляют этилацетат в количестве 5-20 см³ и экстрагируют в течение 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно отделяют от водной фазы, помещают в фотометрическую кювету (прибор КФК-2МП) и титруют 0,0001 моль/дм³ раствором КОН в этиловом спирте при непрерывном перемешивании механической мешалкой.

Погрешность определения находят по формуле

где m₁ - истинная масса кислоты в растворе, мг, для всех примеров ₁=0,01 мг.

Вид кривой титрования представлен на чертеже. Точка эквивалентности определена как проекция точки пересечения двух прямых отрезков кривой титрования после экстраполяции.

Примеры осуществления способа

Пример 1. К 100 см водной пробы (воду для приготовления стандартного раствора кислоты насыщают этилацетатом), содержащей 0,1 мг/дм³ 2,4-дихлорбензойной кислоты, добавляют 10 см³ насыщенного водой этилацетата (соотношение объемов равновесных водной и органической фаз r = 10) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в фотометрическую кювету (прибор КФК-2МП) с толщиной светопоглощающего слоя 2 см и титруют 0,0001 моль/дм³ раствором КОН в этиловом спирте. Титрант добавляют из микробюретки порциями по 0,01 см³ при непрерывном перемешивании механической мешалкой и измеряют оптическую плотность раствора, используя светофильтр с λ=490 нм.

Массу кислоты в анализируемой водной пробе вычисляют с учетом того, что С=0,0001 моль/дм³; V=0,51 см³; М=191 г/моль; r=10,

R=100·215/(215+10)=95,6%;

m=0,01·0,0001·0,51·191·95,6=0,0093 мг.

Погрешность определения составит

Продолжительность анализа 30 мин. Характеристики способа приведены в табл. 1.

Пример 2. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартного раствора кислоты насыщают этилацетатом), содержащей 0,1 мг/дм 2,4-дихлорбензойной кислоты, добавляют 5 см³ насыщенного водой этилацетата (r=20) и экстрагируют 10 мин. Далее анализ проводят аналогично примеру 1.

Массу кислоты в анализируемой водной пробе вычисляют с учетом того, что С=0,0001 моль/дм³; V=0,51 см³; М=191 г/моль; r=10,

R=100·215/(215+20)=91,7%;

m=0,01·0,0001·0,51·191·91,7=0,0089 мг.

Погрешность определения составит

Характеристики способа приведены в табл. 1.

Пример 3. К 100 см водной пробы (воду для приготовления стандартного раствора кислоты насыщают этилацетатом), содержащей 0,1 мг/дм³ 2,4-дихлорбензойной кислоты, добавляют 20 см³ насыщенного водой этилацетата (r=5) и экстрагируют 10 мин. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1.

Пример 4. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартного раствора кислоты насыщают этилацетатом), содержащей 0,1 мг/дм 2,4-дихлорбензойной кислоты, добавляют 10 см³ насыщенного водой этилацетата (r=10) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в фотометрическую кювету (прибор КФК-2МП) с толщиной светопоглощающего слоя 3 см, добавляют этилацетат до общего объема 15 см³. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1. Характеристики способа приведены в табл. 1.

Пример 5. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартного раствора кислоты насыщают этилацетатом), содержащей 0,1 мг/дм³ 2,4-дихлорбензойной кислоты, добавляют 10 см³ насыщенного водой этилацетата (r=10) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в фотометрическую кювету (прибор КФК-2МП) с толщиной светопоглощающего слоя 5 см, добавляют этилацетат до общего объема 20 см³. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1. Характеристики способа приведены в табл. 1.

Пример 6. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартного раствора кислоты насыщают этилацетатом), содержащей 0,1 мг/дм³ 2,4-дихлорбензойной кислоты, добавляют 10 см³ насыщенного водой этилацетата (r=10) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в фотометрическую кювету (прибор КФК-2МП) с толщиной светопоглощающего слоя 2 см. Далее, используя светофильтр с λ=440 нм, проводят анализ и расчет аналогично примеру 1. Характеристики способа приведены в табл. 1.

Пример 7. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартного раствора кислоты насыщают этилацетатом), содержащей 0,1 мг/дм³ 2,4-дихлорбензойной кислоты, добавляют 10 см³ насыщенного водой этилацетата (r=10) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в фотометрическую кювету (прибор КФК-2МП) с толщиной светопоглощающего слоя 2 см. Далее, используя светофильтр с λ=340 нм, проводят анализ и расчет аналогично примеру 1, Характеристики способа приведены в табл. 1.

Пример 8. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартного раствора кислоты насыщают этилацетатом), содержащей 0,1 мг/дм³ 2,4-дихлорбензойной кислоты, добавляют 10 см³ насыщенного водой этилацетата (r=10) и экстрагируют 10 мин. После установления межфазного равновесия (5 мин) экстракт количественно переносят в фотометрическую кювету (прибор КФК-2МП) с толщиной светопоглощающего слоя 2 см. Далее анализ проводят аналогично примеру 1, используя светофильтр с λ=590 нм. Способ неосуществим, так как при выбранном светофильтре не удается инструментально зафиксировать точку эквивалентности (нет излома на кривой титрования).

Пример 9. К 100 см³ водной пробы (воду для приготовления стандартного раствора кислоты насыщают этилацетатом), содержащей 0,1 мг/дм³ 2,4-дихлорбензойной кислоты, добавляют 1 см³ насыщенного водой этилацетата (r=100) и экстрагируют 10 мин. Далее анализ проводят аналогично примеру 1. Способ неосуществим, так как объем выделившейся органической фазы недостаточен для проведения анализа.

Как видно из таблицы, положительный эффект по предлагаемому способу достигается при соотношении объемов фаз r=10, титровании в кювете с длиной светопоглощающего слоя 2 см и λ=440-490 нм (примеры 1, 3 и 6).

При r=20 степень извлечения кислот менее 95%, что приводит к значительной погрешности определения (пример 2). Увеличение длины светопоглощающего слоя также повышает погрешность определения (примеры 4 и 5). Это связано с особенностями измерений на приборе КФК-2МП, в кюветах с l=3 и 5 см оптическая плотность больше 0,8. По этой же причине при λ=340 нм наблюдается большая погрешность.

Сравнительная характеристика заявляемого и известного способов представлена в табл. 2.

Формула изобретения

Способ определения 2,4-дихлорбензойной кислоты в водных растворах, включающий отбор пробы, предварительную жидкостную экстракцию и концентрирование кислоты, с последующим анализом экстракта, отличающийся тем, что в качестве экстрагента применяют этилацетат в количестве 5-10 см³ при объеме пробы 100 см³, анализ экстракта осуществляют методом турбидиметрического титрования в кювете с длиной светопоглощающего слоя 2 см при λ=440-490 нм, при использовании в качестве титранта раствора гидроксида калия в этиловом спирте, вычисляют массу кислоты по формуле

m=0,01·C·V·M·R,

где C – концентрация гидроксида калия в этиловом спирте титранта, моль/дм³;

V - объем титранта, затраченный на титрование, см³;

M – молярная масса эквивалента кислоты, г/моль;

R – степень извлечения кислоты при однократной экстракции, %.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3