Способ определения 4-аминобензойной кислоты в водных растворах

Авторы патента:

G01N27 - Исследование или анализ материалов с помощью электрических, электрохимических или магнитных средств (G01N 3/00-G01N 25/00 имеют преимущество; измерение переменных электрических или магнитных величин и исследование электрических или магнитных свойств материалов G01R)

C07C229/60 - амино- и карбоксильные группы присоединены в мета- или пара-положениях

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано для контроля качества технологических и очищенных сточных вод предприятий по производству синтетических красителей, фармацевтических препаратов. В способе определения 4-аминобензойной кислоты в водных растворах, включающем отбор 100 см³ пробы, жидкостную экстракцию и концентрирование кислоты в присутствии в качестве высаливателя 23 мас.% Li₂SO₄ по отношению к пробе с последующим анализом экстракта методом титрования, расчет массы кислоты по формуле m=0,01·C·V·M·R, где С - концентрация титранта КОН в этиловом спирте, моль/дм³; V - объем титранта, затраченный на титрование, см³; М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль; R - степень извлечения кислоты при однократной экстракции, %, пробу предварительно подкисляют Н₂SO₄ до рН ~2, в качестве экстрагента применяют смесь изобутилового спирта, ацетона и этилацетата в количестве, соответственно, 2-5, 5-10 и 2-5 см³, анализ экстракта осуществляют методом потенциометрического титрования со стеклянным индикаторным электродом при использовании в качестве титранта раствора КОН в этиловом спирте. Достигается упрощение анализа, повышение его избирательности и точности. 1 табл. 1 ил.

Ближайшим аналогом может служить экстракционно-кондуктометрическое определение аминобензойных кислот в воде (Способ раздельного определения моноаминобензойных кислот в воде. Пат. №2212655 / Я.И.Коренман, С.И.Нифталиев, Н.А.Константинова). Экстракцию кислот осуществляют 5-20 см³ изопропилового спирта в присутствии до 25 мас.% Li₂SO₄ в качестве высаливателя. Концентрацию 4-аминобензойной кислоты находят путем обобщения результатов прямого алкалиметрического (титрант КОН в изопропиловом спирте) и осадительного (титрант CuCl₂ в изопропиловом спирте) титрования экстракта. Недостатки способа: низкая степень концентрирования, трудоемкость, погрешность определения превышает 6%.

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

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения 4-аминобензойной кислоты в водных растворах, включающем отбор 100 см³пробы, жидкостную экстракцию и концентрирование кислоты в присутствии в качестве высаливателя 23 мас.% Li₂SO₄ по отношению к пробе с последующим анализом экстракта методом титрования, расчет массы кислоты по формуле

m=0,01·C·V·M·R,

где С - концентрация титранта КОН в этиловом спирте, моль/дм³;

V - объем титранта, затраченный на титрование, см³;

М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль;

R - степень извлечения кислоты при однократной экстракции, %, отличающийся тем, что пробу предварительно подкисляют H₂SО₄ до рН ~2, в качестве экстрагента применяют смесь изобутилового спирта, ацетона и этилацетата в количестве, соответственно, 2-5, 5-10 и 2-5 см³, анализ экстракта осуществляют методом потенциометрического титрования со стеклянным индикаторным электродом при использовании в качестве титранта раствора КОН в этиловом спирте.

Технический результат состоит в оптимизации условий экстракции (соотношение объемов органических растворителей) и потенциометрического титрования экстракта (выбор индикаторного электрода и титранта). Предлагаемый способ основан на экстракции 4-аминобензойной кислоты смесью гидрофильных растворителей (изобутиловый спирт-ацетон-этилацетат), что повышает степень однократного извлечения кислоты при 10-кратном концентрировании. Значительно упрощает анализ потенциометрическое титрование непосредственно экстракта раствором КОН в этиловом спирте.

Способ заключается в следующем. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью изобутилового спирта (2-5 см³), ацетона (5-10 см³) и этилацетата (2-5 см³). После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - стеклянный; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм ³ раствор КОН в этиловом спирте.

Дифференциальная кривая потенциометрического титрования имеет один четко выраженный пик (чертеж). В формуле для расчета массы кислоты (m, мг) коэффициент 0,01 получен следующим образом:

Степень извлечения кислоты при однократной экстракции рассчитывают по формуле

R=100D/(D+V_в/V_o), %

где D - коэффициент распределения, выражает соотношение общих концентраций бензойной кислоты в обеих фазах (не зависит от соотношения объемов водной и органической фаз, но зависит от состава экстрагента); V_в и V_o - объем водной и органической фаз, см³; V_o =V_o1+V_o2+V_o2, где V_o1 , V_o2, V_o2 - объем изобутилового спирта, этилацетата и ацетона соответственно, см³.

Погрешность определения находят по формуле

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

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Пример 1. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 мас.% Li₂SO₄), подкисляют H₂ SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона и 5 см³этилацетата. После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин, органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - стеклянный; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм³ раствор КОН в этиловом спирте.

Массу кислоты в анализируемой водной пробе вычисляют с учетом того, что С=0,001 моль/дм³; V=0,73 см³; М=131 г/моль; D=313

R=100·313/(313+100/(5+5))=96,9%;

m=0,01·0,001·0,73·131·96,9=0,0929 мг.

Погрешность определения составит

=100(|0,1-0,0929|)/0,1=7,1%.

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

Пример 2. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄ ), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона и 5 см³изобутилового спирта. Далее анализируют, как указано в примере 1.

Массу кислоты в анализируемой водной пробе вычисляют с учетом того, что С=0,001 моль/дм³; V=0,73 см³; М=131 г/моль; D=407.

R=100·407/(407+100/(5+5))=97,6%.

m=0,01·0,001·0,73·131·97,6=0,0936 мг.

Погрешность определения составит

=100(|0,1-0,0936|)/0,1=6,4%.

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

Пример 3. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄ ), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ этилацетата и 5 см³ изобутилового спирта. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=151.

Пример 4. К 100 см ³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 2 см³ ацетона, 2 см³изобутилового спирта и 5 см³ этилацетата. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=472.

Пример 5. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм ³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂ SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона, 5 см³изобутилового спирта и 5 см ³ этилацетата. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=599.

Пример 6. К 100 см ³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 10 см³ ацетона, 5 см³изобутилового спирта и 5 см³ этилацетата. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=551.

Пример 7. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм ³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂ SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона, 3 см³изобутилового спирта и 3 см ³ этилацетата. Далее анализ и расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=690.

Пример 8. К 100 см ³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона, 3 см изобутилового спирта и 3 см³ этилацетата. После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - платиновый; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм³раствор КОН в этиловом спирте. Далее расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=690.

Продолжительность анализа 30 мин. Характеристики способа приведены в таблице.

Пример 9. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄ ), подкисляют H₂SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона, 3 см³изобутилового спирта и 3 см³ этилацетата. После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - оксидно-платиновый; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм³ раствор КОН в этиловом спирте.

Способ неосуществим, невозможно зафиксировать точку эквивалентности, на кривой потенциометрического титрования отсутствует скачек.

Пример 10. К 100 см³ водной пробы, содержащей 0,1 мг/дм³ 4-аминобензойной кислоты, добавляют высаливатель (23 маc.% Li₂SO₄), подкисляют H₂ SO₄ до рН ~2 и экстрагируют 15 мин смесью 5 см³ ацетона, 3 см³изобутилового спирта и 3 см ³ этилацетата. После расслаивания равновесных фаз в течение 5 мин органический концентрат отделяют и помещают в ячейку для потенциометрического титрования. Индикаторный электрод - стеклянный; электрод сравнения - хлоридсеребряный. Титрант - 0,001 моль/дм³раствор гидроксида тетраметиламмония ((CH₃)₄NOH) в этиловом спирте. Далее расчет проводят аналогично примеру 1, с учетом того, что D=690.

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

Как видно из таблицы двухкомпонентная смесь экстрагентов не обеспечивает степень однократного извлечения (R,%) 4-аминобензойной кислоты более 98%, погрешность определения 6,5-10,5% (примеры 1-3). Трехкомпонентная смесь экстрагентов зарекомендовала себя положительно (примеры 4-7). Причем смеси с большим содержанием этилацетата менее эффективно извлекают кислоту (R=97,7%), погрешность определения превышает 6%. Оптимальный результат получен при применении смеси с максимальным содержанием ацетона (примеры 6 и 7). В целях экономного расхода экстрагентов и повышения степени концентрирования рекомендуется экстрагент следующего состава: 3 см³ изобутилового спирта, 3 см³ этилацетата и 5 см³ ацетона (пример 7).

При потенциометрическом титровании с платиновым индикаторным электродом получены заниженные результаты (пример 8), при использовании оксидно-платинового электрода зафиксировать точку эквивалентности не удается (пример 9). Применение в качестве титранта раствора (СН₃)₄NОН не дало положительных результатов, скачок на кривой титрования выражен нечетко, погрешность определения более 12% (пример 10).

Таким образом, для надежного экстракционно-потенциометрического определения 4-аминобензойной кислоты в водных растворах необходима система со стеклянным индикаторным электродом; титрант - раствор КОН в этиловом спирте.

Формула изобретения

Способ определения 4-аминобензойной кислоты в водных растворах, включающий отбор 100 см³ пробы, жидкостную экстракцию и концентрирование кислоты в присутствии 23 мас.% Li₂ SO₄ по отношению к пробе в качестве высаливателя с последующим анализом экстракта методом титрования, расчет массы кислоты по формуле

m=0,01·С·V·М·R,

где С - концентрация титранта КОН в этиловом спирте, моль/дм ³;

V - объем титранта, затраченный на титрование, см³;

М - молярная масса эквивалента кислоты, г/моль;

R - степень извлечения кислоты при однократной экстракции, %; отличающийся тем, что пробу предварительно подкисляют Н₂SO₄ до рН ~2, в качестве экстрагента применяют смесь изобутилового спирта, ацетона и этилацетата в количестве соответственно 2-5, 5-10 и 2-5 см³, анализ экстракта осуществляют методом потенциометрического титрования со стеклянным индикаторным электродом при использовании в качестве титранта раствора КОН в этиловом спирте.

РИСУНКИ

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов, в частности, нефти или других вязких маслянистых жидкостей, путем определения их химических или физических свойств

Способ определения массовой доли сернокислого и азотнокислого кальция в аммиачной селитре повышенной прочности с доломитно-сульфатной добавкой // 2242753

Изобретение относится к способам определения массовой доли сернокислого и азотнокислого кальция в аммиачной селитре с доломитно-сульфатной добавкой

Способ определения произведений растворимости и ионных произведений малорастворимых солей и комплексных соединений // 2240555

Изобретение относится к способам определения термодинамических, реальных, условных констант равновесия неорганических и органических веществ, которые применяются в теоретической и практической областях химии

Способ определения 2,4-дихлорбензойной кислоты в водных растворах // 2230315

Способ раздельного определения 4-хлорбензойной и 2,4- дихлорбензойной кислот в воде // 2210767

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

Способ определения массовой доли функциональных групп полиуронидов // 2206089

Изобретение относится к фармацевтической и пищевой промышленности и касается стандартизации пектинов и альгинатов, используемых в качестве детоксикантов тяжелых металлов

Способ раздельного определения 2-бромбензойной и 2-бром-6- гидроксибензойной (5-бромсалициловой) кислот в воде // 2205176

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено при анализе очищенных сточных вод фармацевтических предприятий

Способ определения массовой доли азотнокислого и углекислого кальция в известково-аммиачной селитре // 2159932

Изобретение относится к способам определения массовой доли азотнокислого и углекислого кальция в известково-аммиачной селитре, применяемым для аналитического контроля при производстве известково-аммиачной селитры, нашедшей широкое применение в качестве удобрения на почвах с недостатком кальция

Способ определения содержания гидроксильных групп в эпоксидно-диановых смолах // 2155334

Изобретение относится к анализу эпоксидных смол, а именно к определению гидроксильных групп в эпоксидно-диановых смолах

Способ оценки термостабильности воды // 2142133

Изобретение относится к области исследования свойств воды, используемой в системах водоснабжения, и может быть применено при эксплуатации охлаждающих систем, систем горячего водоснабжения и теплоснабжения

Способ определения хлорорганических соединений в нефти // 2243552

Способ получения локального электрического разряда в жидкости и устройство для его осуществления (варианты ) // 2243546

Изобретение относится к области технической физики, в частности к способам получения локального электрического разряда в жидкости

Электрохимический элемент // 2243545

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения концентрации анализируемого вещества в носителе

Индикатор марки автомобильного бензина // 2243544

Изобретение относится к области контроля нефтепродуктов

Измерение многофазного потока в трубопроводе // 2243510

Изобретение относится к способу и системе для измерения потока двухфазной смеси "жидкость/жидкость" или "жидкость/газ" или трехфазной смеси "жидкость/жидкость/газ", протекающей через эксплуатационный или транспортный трубопровод

Датчик влажности // 2242752

Изобретение относится к технике измерения влажности газов, в частности к датчикам определения влажности воздуха, которые могут быть использованы при аэрологических исследованиях приземных слоев атмосферы, в производственных, сельскохозяйственных и бытовых помещениях

Газоанализатор водорода // 2242751

Изобретение относится к средствам измерения состава газовых смесей и может быть использовано для контроля газовой атмосферы в помещениях промышленных предприятий с опасными условиями производства, в частности для обеспечения водородной взрывобезопасности под защитной оболочкой АЭС

Новое устройство // 2242750

Изобретение относится к ячейкам для кварцевых кристаллических датчиков

Способ определения рения и рения в присутствии молибдена методом инверсионной вольтамперометрии // 2241983

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения ионов металлов, и может быть использовано в гидрометаллургии, в различных геологических разработках при поиске и разведке в случае анализа руд, а также в нефтехимии для определения содержания в растворах, рудах и рудных концентратах концентраций ионов рения методом инверсионной вольтамперометрии (ИВА)

Полупроводниковый газовый датчик // 2241982

Изобретение относится к области газового анализа, в частности, к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания кислорода

Моноциклические бензамиды производных 3- или 4-замещенного 4-(аминометил)пиперидина, способы их получения, фармацевтическая композиция, способ ее приготовления, производное карбоновой кислоты // 2213089