Способ получения меланж-ксерогелей

Изобретение может быть использовано в аналитической химии при анализе природных и промышленных объектов для концентрирования, разделения и тест-определения различных компонентов. Ксерогель кремниевой кислоты получают путем кислотного гидролиза 25-30% раствора жидкого стекла. Гидролиз жидкого стекла проводят в присутствии соляной кислоты до получения геля, в который добавляют раствор комплексона III с концентрацией 10^-2 М для связывания ионов металлов. Мицеллярную фазу неионного ПАВ получают в присутствии сильного электролита - сульфата натрия, путем смешения равных объемов 10-20% раствора Тритона Х-100 и 0,01-0,02% раствора органического реагента. Полученную мицеллярную фазу, обогащенную органическим реагентом, наносят на поверхность ксерогеля смешением с последующим высушиванием. Смешение мицеллярной фазы и ксерогеля кремниевой кислоты осуществляют при соотношении масс 1:1,1-1,4. Предложенное изобретение позволяет получить большое число модифицированных различными органическими реагентами сорбентов, применяемых в качестве индикаторных порошков и наполнителей индикаторных трубок, предназначенных как для избирательного, так и группового определения широкого круга токсичных элементов в природных и промышленных объектах. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам получения модифицированных сорбентов, которые широко применяются при анализе природных и промышленных объектов для концентрирования, разделения и тест-определения различных компонентов.

Известен способ получения пористого диоксида кремния, модифицированного фосфорно-молибденовыми гетерополисоединениями для чувствительного определения различных восстановителей в пищевых продуктах, фармацевтических препаратах и объектах окружающей среды. Способ включает введение фосфорно-молибденового гетерополисоединения в смесь тетраэтоксисилана, этанола и воды в присутствии водного раствора гексафторсиликата аммония с последующей сушкой МВ-излучением (Патент РФ на изобретение №2139243, МПК С01В 33/12).

Введение модифицирующего реагента на одной из стадий синтеза ксерогеля позволяет непосредственно получить индикаторный порошок для определения различных органических и неорганических восстановителей. Однако данный способ не предусмотрен для получения модифицированных сорбентов, чувствительных к токсичным ионам металлов.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения ксерогеля кремниевой кислоты, модифицированного хромазуролом С, включающий получение мицеллярной фазы неионного ПАВ, содержащей хромазурол С, и нанесение этой фазы на ксерогель кремниевой кислоты, полученный из опоки (Патент РФ на изобретение №2256612, МПК С01В 33/16, B01J 20/30; 20/10).

Такой способ обеспечивает получение модифицированного кремнезема для индикаторного порошка, применяемого при определении отдельных ионов токсичных металлов. Однако данный способ является трудоемким в связи с длительной процедурой предварительного получения ксерогеля кремниевой кислоты из опоки и не предусмотрен для получения меланж-ксерогелей, модифицированных другими органическими реагентами, что значительно ограничивает круг определяемых компонентов.

Задачей предлагаемого изобретения является получение меланж-ксерогелей аналитического назначения, модифицированных органическими реагентами различных классов из дешевого доступного коммерческого материала, готового к применению и не требующего никакой предварительной пробоподготовки, - жидкого стекла (ГОСТ 13078-81), что при сохранении основных параметров (чувствительность определения ионов металлов, устойчивость ксерогелей во времени и т.д.) меланж-ксерогелей значительно упрощает и удешевляет способ их получения, позволяет получить значительно более широкий круг индикаторных порошков аналитического назначения и расширить число анализируемых компонентов, определяемых или избирательно или групповым способом.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения меланж-ксерогелей, модифицированных органическими реагентами, включающем получение ксерогеля кремниевой кислоты путем кислотного гидролиза исходного вещества, получение мицеллярной фазы неионогенного ПАВ, обогащенной органическим реагентом, нанесение полученной мицеллярной фазы на поверхность ксерогеля смешением с последующим высушиванием, согласно решению в качестве исходного вещества используют жидкое стекло, гидролиз проводят в присутствии соляной кислоты до получения геля, в который затем добавляют раствор комплексона III с концентрацией 10^-2 М и в количестве, обеспечивающем связывание присутствующих в жидком стекле ионов металлов, а получение мицеллярной фазы осуществляют в присутствии сильного электролита - сульфата натрия.

Кроме того, в качестве органических реагентов применяют органические реагенты: Гексаоксициклоазохром (ГОЦАХ), или Хромоксан чистоголубой Б, или Кислотный хром черный специальный, или Кислотный хром синий К, или Кислотный хром синий Т, или Кислотный хром темно-зеленый Ж, или Кислотный однохромовый оливковый Ж, или Кислотный однохромовый черный З, или Кислотный алый, или Кислотный хром ярко красный, или Кислотный хром сине-черный, или Кислотный хром фиолетовый К, или Ализарин, или Хинализарин, или Ализарин-комплексон.

Кроме того, жидкое стекло используют в концентрации 25-30%, соляную кислоту - в концентрации 3-6 М, в полученный гель добавляют комплексон III концентрации 10^-2 М из расчета 5-10 мл на 1 г геля, выдерживают 10-15 мин, затем промывают до полного удаления избытка хлорид-ионов, комплексонатов и комплексона III, высушивание геля осуществляют при температуре 90-100°С.

В качестве неионного ПАВ выбирают Тритон Х-100, мицеллярную фазу получают путем смешения равных объемов 10-20% раствора Тритона Х-100 и (0,01-0,02)% раствора органического реагента, добавляя на каждые 10 мл смешенного раствора (1-2) мл 10^-2 М раствора сульфата натрия с последующим нагревом на глицериновой бане до расслоения фаз. Выделенную мицеллярную фазу, обогащенную органическим реагентом, смешивают с ксерогелем кремниевой кислоты в соотношении 1:1,1-1,4, затем полученный меланж-ксерогель, модифицированный реагентом, высушивают при температуре 90-100°С.

Техническим результатом изобретения является обеспечение получения большого числа модифицированных различными органическими реагентами сорбентов, применяемых в качестве индикаторных порошков и наполнителей индикаторных трубок, предназначенных как для избирательного, так и группового определения широкого круга токсичных элементов в природных и промышленных объектах.

Способ осуществляется следующим образом.

В химический стакан отбирают 200 мл 3-6 М раствора соляной кислоты и постепенно при постоянном перемешивании добавляют 100 мл 25-30% раствора жидкого стекла (ГОСТ 13078-81). Образовавшийся гель кремниевой кислоты промывают дистиллированной водой до рН 5. Затем гель заливают раствором комплексона III концентрации 10^-2 М из расчета на 1 г геля примерно 5 мл комплексона на 10-15 мин для связывания сопутствующих ионов металлов. Затем гель промывают дистиллированной водой до полного удаления хлорид-ионов, образовавшихся комплексонатов и избытка комплексона III в промывных водах. Промытый гель помещают в чашки Петри и высушивают при температуре 110-130°С. Высушенный гель - ксерогель кремниевой кислоты - растирают в агатовой ступке и просеивают через контрольные сита с размерами пор 0,2-0,4 мм. В результате получают ксерогель в виде белого сыпучего порошка с размерами зерен 0,2-0,4 мм.

В мерную пробирку емкостью 15 мл отбирают 5 мл 10-20% раствора Тритона X-100, добавляют 5 мл раствора органического реагента концентрации 0,01-0,02%, 1-2 мл 10^-2 М раствора сульфата натрия и помещают в глицериновую баню. Постепенно нагревают до температуры помутнения раствора (75-85°С), выдерживают 10-15 минут до полного расслоения фаз и методом декантации отделяют мицеллярную фазу, содержащую органический реагент от маточного раствора.

Навеску ксерогеля кремниевой кислоты (0,9-1,3 г), полученного кислотным гидролизом жидкого стекла, нагревают до температуры примерно 90°С и смешивают с мицеллярной фазой Тритона X-100, содержащей органический реагент. Смесь хорошо перемешивают и высушивают до постоянной массы при температуре 90-100°С.

Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Мерную колбу объемом 15 мл, содержащую 5 мл 10%-ного раствора Тритона Х-100, 5 мл 0,01% раствора Кислотного хрома черного специального, 1 мл 10^-2 М раствора сульфата натрия, помещали в глицериновую баню и постепенно нагревали до температуры помутнения раствора (75-85°С), выдерживали 15 мин до полного расслоения фаз и методом декантации отделяли мицеллярную фазу, содержащую органический реагент, от маточного раствора. Навеску ксерогеля кремниевой кислоты (0,9 г), предварительно полученного кислотным гидролизом 25%-ного раствора жидкого стекла, нагревали до 90°С и смешивали с мицеллярной фазой Тритона Х-100, содержащей Кислотный хром черный специальный. Смесь хорошо перемешивали и высушивали до постоянной массы при температуре 90°С.

Пример 2. Синтез меланж-ксерогеля идентичен примеру 1. При этом в пробирку вводили 5 мл 0,02% раствора Кислотного хрома черного специального и 2 мл 10^-2 М раствора сульфата натрия.

Пример 3. Синтез меланж-ксерогеля идентичен примерам 1 и 2. При этом в пробирку вводили 5 мл 20%-ного раствора Тритона Х-100, полученную мицеллярную фазу смешивали с 1,3 г ксерогеля кремниевой кислоты.

Пример 4. Синтез меланж-ксерогеля идентичен примерам 1, 2 и 3. При этом ксерогель кремниевой кислоты предварительно получают кислотным гидролизом 30%-ного раствора жидкого стекла.

Пример 5. Синтез меланж-ксерогеля идентичен примерам 1, 2, 3 и 4. При этом полученный смешением меланж-ксерогель высушивали до постоянной массы при температуре 100°С.

Полученные такими способами меланж-ксерогели, модифицированные Кислотным хромом черным специальным, использовали для тест-определения ионов Al (III), Са (II), Mg (II), Со (II) и некоторых других ионов металлов в природных и промышленных объектах в варианте индикаторных порошков и индикаторных трубок.

Пример 6. Синтез меланж-ксерогеля идентичен примерам 1, 2, 3, 4 и 5. При этом в пробирку вводили раствор органического реагента Хромоксана чисто-голубого Б.

Полученные такими способами меланж-ксерогели, модифицированные Хромоксаном чисто-голубым Б, использовали для тест-определения микроколичеств ионов Al (III), Be (II), Fe (II, III), Cu (II), Со (II), Sc (III) и других ионов металлов в природных и промышленных объектах в варианте индикаторных порошков и индикаторных трубок.

Пример 7. Синтез меланж-ксерогеля идентичен примерам 1, 2, 3, 4 и 5. При этом в пробирку вводили раствор органического реагента Гексаоксициклоазохрома (ГОЦАХ).

Полученные такими способами меланж-ксерогели, модифицированные Гексаоксициклоазохромом (ГОЦАХ), использовали для избирательного тест-определения микроколичеств ионов Pb (II) в природных водах и почвах в варианте индикаторных порошков и индикаторных трубок.

1. Способ получения меланж-ксерогелей, модифицированных органическими реагентами, включающий получение ксерогеля кремниевой кислоты путем кислотного гидролиза исходного вещества, получение мицеллярной фазы неионогенного ПАВ, обогащенной органическим реагентом, нанесение полученной мицеллярной фазы на поверхность ксерогеля смешением с последующим высушиванием, отличающийся тем, что в качестве исходного вещества используют жидкое стекло, гидролиз проводят в присутствии соляной кислоты до получения геля, в который затем добавляют раствор комплексона III с концентрацией 10^-2 М и в количестве, обеспечивающем связывание присутствующих в жидком стекле ионов металлов, а получение мицеллярной фазы осуществляют в присутствии сильного электролита - сульфата натрия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического реагента используют Гексаоксициклоазохром (ГОЦАХ), или Хромоксан чистоголубой Б, или Кислотный хром черный специальный, или Кислотный хром синий К, или Кислотный хром синий Т, или Кислотный хром темно-зеленый Ж, или Кислотный однохромовый оливковый Ж, или Кислотный однохромовый черный «З», или Кислотный алый, или Кислотный хром ярко-красный, или Кислотный хром сине-черный, или Кислотный хром фиолетовый К, или Ализарин, или Хинализарин, или Ализарин-комплексон.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкое стекло используют в концентрации 25-30%, соляную кислоту - в концентрации 3-6 М, в полученный гель добавляют комплексон III концентрации 10^-2 М из расчета 5-10 мл на 1 г геля, выдерживают 10-15 мин, затем промывают до полного удаления избытка хлорид-ионов, комплексонатов и комплексона III, высушивание геля осуществляют при температуре 90-100°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неионного ПАВ используют Тритон X-100, мицеллярную фазу получают путем смешения равных объемов 10-20%-ного раствора Тритона X-100 и 0,01-0,02%-ного раствора органического реагента, добавлением на каждые 10 мл смешанного раствора 1-2 мл 10^-2 М раствора сульфата натрия с последующим нагревом полученной смеси до помутнения раствора и затем расслоения фаз.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение мицеллярной фазы и ксерогеля кремниевой кислоты осуществляют при соотношении масс 1:1,1-1,4.