Вольтамперометрический способ определения поверхностно активных веществ в жидких средах

(51) 5 БРЕТЕН ИСАНИ К ПАТЕН Комитет Российской Федерации по патентам и тонарным знакам(71) Томский политехнический университет(73) Томский политехнический университет(57) Использование: в электронной, химическойпромышленности, гальваническом производстве,везде, где необходим контроль следов поверхностно-активных веществ в жидких средах Сущность изобретения: ПАВ определяют по кислорода в подкисленном фонов диапазоне рН 3 - 4, используя дифференциальной вольтамперо новом электроде в области потен 0,55) В. Способ основан на спосо порционально снижать предельн по мере хемособции ПАВ на плати Заявляемый способ дает возможн ПАВ как катионного, так и анионно го типов в широком диапазоне ко 10 мг/л. 2 ип. предельному току ом электролите в метод катодной метриина платициалов Е -0 - (- бности ПАВ проый ток кислорода новом электроде ость определения го и нефтральнонцентраций 10 -Изобретение относится к аналитической химии, в частности к вольтамперометрическому определению ПАВ в природных, сточных и ультрачистых водах.Способ может быть использовано в электронной, химической промышленности. гальваническом производстве, везде, где необходим контроль следов ПАВ в жидких средах,Необходимость определения низких концентраций ПАВ в чистых, ультрачистых, а так же природных и сточных водах значительно возросла в последнее время в связи с экономическими проблемами и все более широким использованием ПАВ в промышленности.Известен вольтаглперолетрический способ косвенного определения ПАВ по пропорциональному снижению максимумов тока первого ряда металлов; кадмия, свинца, меди. цинка. висмута в нейтральных или подкисленных средах на ртутном капающем или стационарном ртутном электродах,Данный способ недостаточно точен для анализа ПАВ в чистых и ультрачистых водах. Кроме того, требует дополнительного введения металлов, очистки исследуемого раствора от кислорода,Известен оольтамперометрический способ определения ПАВ, основанный на снятии вольтамперограмм водорода на платиновом электроде и его снижения по мере хемосорбции органических ПАВ на поверхности электрода. 8 качестве фонов используются нейтральные водные растворы сильных электролитов.Однако, ток водорода на Рт-электроде в нейтральных растворах фиксируется на вольтамперограммах при достаточно отрицательных потенциалах Е =-1,0 8, Следовательно, данный способ позволяет анализировать преимущественно катионные ПАВ, адсорбирующиеся на Рт-электроде при достаточно отрицательных потенциалах. Кроме того, данный способ недостаточно чувствителен для анализа ультрачистых вод. Определению ПАВ мешают те органические примеси, которые химически взаимодействуют с ионами водорода. Однм из главны недостатков эоо способа и всех известных вольтамперометрических способов определения ПАВ является необходимость очистки исследуемого раствора от кислорода, что значительно усложняет методику эксперимента; требует дополнительных затрат.Самым близким к изобретению и взятым за прототип является полярографический способ определения ПАВ, основанный45 50 55 деполяризатора кислорода, растворенного в исследуемом водном растворе. Следовательно, кроме того, что не требуется введения дополнительных средств для удаления кислорода из раствора, не требуется и средств для создания специальных условий при работе с ртутным капающим электродом, что значительно упрощает способ определения ПАВ, делает его экспрессным, мобильным, позволяет легко автоматизировать.Ток электровосстановления кислорода в подкисленном водном растворе на Р 1- электроде фиксируется на вольтамперограммах при потенциале Е "О+0,55) В, т,е. в области потенциалов, где адсорбируется большинство ПАВ как катионного, так и анионного типов, а также большинство нейтральных ПАВ. на снятии полярограмм тока кислорода нартутном капающем электроде. В качествефонов используются нейтральные водныерастворы сильных электролитов, в частно 5 сти, 0,01 мол ь/л КС. Способ достаточно чувствителенОднако, одним из главных недостатковэтого способа является использование ртутного капающего электрода, что, во-первых,10 делает такой анализ ПАВ громоздким, требует дополнительных затрат времени, затрудняет автоматизацию, во-вторых, приработе с ртутными электродами необходимо строгое соблюдение техники безопасно 15 сти (вытяжной шкаф, вентиляция,линолеумный пол, герметичность конструкции ячейки и др.). Концентрация ртути ввоздухе при 20 С над поверхностью ртутиравна 0,65 мг/м, тогда как ПДК Нц - 0,01320 мг/м в атмосфере. Таким образом, данныйспособ можно использовать только в специальных химических лабораториях, оборудованных согласно технике безопасности приработе с ртутью.25 Целью изобретения является упрощение способа определения ПАВ, уменьшениевремени анализа,Цель достигается тем, что снимают катодные вольтамперограммы предельного30 тока кислорода в режиме дифференциальной постояннотоковой вольтамперометриина платиновом электроде и фиксируют егопропорциональное уменьшение по мере добавок ПАВ в подкисленном 0,1 моль/л рас 35 творе Ма 2504+0,01;6 НМОзвдиапазоне рН= 3-4 в области потенциалов, Е - О+0,55) В.Преимуществом изобретения по сравнению с прототипом и другими известнымиспособами ПАВ является использованиеМ стационарного платинового электрода одновременно с использованием в качестве45 50 55 Возможность одновременного использования стационарного Р 1-электрода и кислорода в качестве деполяризатораобеспечивается узким диапазоном рН 3-4,Это связано с тем, что кислород в данномдиапазоне рН при восстановлении на Р 1 электроде дает волну предельного тока вобласти потенциалов Е = О+0,55) В, имеющая, опираясь на механизм злектровосстановления 02 в подкисленной среде наР 1-электроде. адсорбционную природу, которая весьма чутко реагирует на присутствие ПАВ в исследуемом растворе,обладающих способностью к прочной хемосорбции с платной. адсорбируясь на ее поверхности.При рН4 уменьшается количествоатомов водорода на поверхности платинового электрода, в связи с этим механизмэлектровосстановления 02 меняется, Этозатрудняет анализ ПАВ данным способом.При рН3 ток восстановления водородазначительно увеличивается, что так же затрудняет анализ ПАВ по току электровосстановления кислорода, делает его менее точным ичувствительным.В изобретении в качестве электродасравнения используется насыщенный каломельный электрод с потенциалом Е = -0,24В относительно стандартного водородногоэлектрода,Добавление ПАВ к фоновому растворуприводит к уменьшению высоты предельного тока растворенного кислорода, котораяпропорциональна содержанию вводимогоПАВ (фиг. 1).На фиг. 2 приведен грвдуированныйграфик зависимости плотности тока 02 наплатиновом электроде от содержания ПАВв растворе. Площадь платинового электрода 5 = 0,112 см 2.Объектами анализа были модельныерастворы ПАВ в воде в виде 102 - 10 мд/лрастворов катионного типа ПАВ: цетилпиридиний хлористого (ЦПХ), тетрабутиламмоний бромистого (ТБАБ), анионного типаПАВ: додецилсульфата натрия (ДДСйа),нейтрального типа ПАВ: фенола, синтанола,суммарного стандарта, полученного смешиванием равных количество описанных вышеПАВ ( Х ПАВ).В качестве фонового электролита использовали 0,1 моль/л Ма 2504 + 0,01МИОз, В качестве кислот можно использовать растворы НСОп, Н 2304, НМОз для создания рН = 3-4 в фоновом электролите,Содержание растворенного кислорода в исходном фоновом электролите контролировалось по известной методике,5 10 15 20 25 30 35 40 П р и м е р. В электрохимическую ячейку заливают фоновый электролит: 5 мл 0,1 моль/л Иа 2304+0,1 НМОз. На полярографе ПУснимают катодную вольтамперограмму при скорости развертки потенциала И/ = 20 м В/с исходного фонового электролита.Предварительно проверяют значения рН= 4 в фоновом электролите, Затем добавляют 0,1 мл 0,1 мд/л раствора цетилпиридиний хлористого. Снимают дифференциальную катодную вольтамперограмму полученного раствора в области потенциалов Е - 0- (-0,55) В. Находят величину предельного тока кислорода и по градуировочному графику зависимости плотности тока 02 на платиновом электроде от содержания ПАВ (фиг. 2) определяют концентрацию ЦПХ в исследуемом растворе.Аналогичный эксперимент проводится с остальными стандартными растворами ПАВ со значениями рН=З; 3,5; 4.Предлагаемый способ позволяет анализировать широкий круг ПАВ: катионные (ЦПХ, ТБАБ), анионные (ДДС Ма), нейтральные (фенол, синтанол), адсорбирующиеся на платиновом электроде, Время анализа не превышает 3-5 мин. Для анализа ПАВ данным способом не требуется введения дополнительных веществ, использования дополнительных средств для удаления 02 из раствора и создания специальных условий для работа с ртутью, что значительно упрощает методику эксперимента, позволяет легко автоматизировать способ анализа ПАВ, делает его мобильнымСпособ позволяет определить ПАВ с высокой чувствительностью и точностью в широком диапазоне концентрации 10 змд/л, что делает возможным использование способа для анализа чистых и ультрачистых вод.(56) Оаг А., бопзаез ЯАгечао А. Определение ПАВ методом постоянно-токовой полярографии. / Соест, СгесЬоз. Сает. Саптип., 1987, 52, р, 609.Вебпаг 3 сеасг, Е., СцЫй Е. Усовершенствованный метод определения следов ПАВ путем подавления полярографического максимума 1-го рода, / . Еестгеапа сЬет. 1981, ч, 218, М 1-2, р. 93.Васильев О,Б. Казаринов В,Е. Электрокаталитические методы определения органических примесей в природных и сточных водах. Тез. докл. Всес.конф, Электрохимические средства анализа и охрана окружающей среды, 25-27 июня, 1989, Тарту. ТГУ, с.21..Пе рек аказ 312 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Виноградова Е.Н., Галлай З.Афиногенова З,М. Методы полярографического и амперометрического анализа. ММ ГУ, 1963. с.49-51. Формула изобретения ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО. АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В жидких сРеДАх, заключающийся в снятии 10 катодных вольтамперограмм предельного тока кислорода с последующим определением искомой величины, отличающийся КпозЫта М., КОЬауазЫ ММасзасЬа А.,ВоагоцгарЫс оесегвпабоп о зцг 1 астамз,ВцИ. Самее, Яоз. Зар., 1987, 60, М 3, р. 11951197.тем, что, с целью упрощения способа и уменьшения времени анализа, катодные вольтамперограммы снимают в дифференциальном режиме на стационарном платиновом электроде диапазоне рН 3 - 4 в области потенциалов: Е - 0- (-0,55)В.