CC BY
27Определение меди и висмута на ртутно-пленочном углеситалловом электроде методом инверсионной вольтамперометрии
А.И. Каменев, Р. Катенаире, А.А. Ищенко [email protected])
Московская Государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова
Инверсионная вольтамперометрия находит все большее применение при определении потенциально опасных для здоровья микропримесей в объектах окружающей среды, в частности висмута и меди. Большинство работ, посвященных определению этих элементов методом инверсионной вольтамперометрии (ИВ), выполнено на стационарных ртутных капельных электродах [1-13], использование которых в настоящее время ограничено из-за физиологического действия металлической ртути. Другими ограничивающими эффективность инверсионно-вольтамперометрического определения факторами являются: необходимость удаления кислорода из исследуемого раствора, малая скорость развертки напряжения (0,5 - 2 мВ/с), длительность концентрирования (10 - 20 мин) и использование сравнительно узких диапазонов потенциалов для этого процесса (например, от -0,4 до -0,2 В отн. хлоридсеребряного электрода, х.с.э.). Нами предложено использование такого фонового электролита, как NH4Cl, что позволило в известной мере устранить вышеуказанные ограничения.
Экспериментальная часть
Работа выполнена на компьютеризованном комплексе АВА-2 (НПО «Буревестник», г. Санкт-Петербург) с использованием трехэлектродной ячейки: рабочий дисковый электрод из углеситалла (геометрическая площадь поверхности 0,125 см2), электроды сравнения и вспомогательный, соответственно х.с.э. и платиновый. Фоновый электролит готовили
насыщением 0,1 М НС1 (х.ч.) хлоридом аммония (х.ч.). Рабочие фоновые растворы в интервале концентраций от 0,1 до 1,4 М готовили разбавлением дистиллированной водой. В качестве исходных растворов использовали ГСО № 7764-2000 для меди (II), № 7743-96 для ртути (II) и растворы металлического висмута (ос.ч.) в НЫ03 (ос.ч.) с концентрацией 1мг/см3. Рабочие стандартные растворы деполяризаторов готовили разбавлением дистиллированной водой.
Модифицирование углеситалловой подложки рабочего электрода и формирование ртутного микрокапельного покрытия проводили путем градиентного осаждения ртути из раствора 1,510-5 М ртути (II) при потенциалах -0,9, -1,15 и -1,4 В (отн. х.с.э.) Каждое измерение (цикл) состояло из четырех стадий: регенерации, осаждения, успокоения и регистрации аналитического сигнала с использованием анодной линейной развертки напряжения. Потенциал и время регенерации и успокоения варьировали соответственно от +0,5 до -0,1 В и от 10 до 30 с (с интервалом 5 с). Скорость развертки напряжения изменялась от 0,1 до 0,5 В/с. Каждое измерение включало 3 последовательных цикла. Средний результат из трех измерений использовался при статистической оценке параметров соответствующих пиков: высоты пика, его потенциала Еп и полуширины (а).
Результаты и их обсуждение
Оптимальными условиями измерений по данным проведенного эксперимента были: концентрация фона 0,7 М (рН 2), Еэ = -0,75 В, Еусп = -0,45 В, Ерег = 0,05 В, V = 0,1 В/с, tэ = 60 с, что обеспечило четкое разделение пиков меди и висмута, полученных при растворении электрохимического концентрата. Согласно критерию Х.З. Брайниной [14] Жп/д1nv электрохимические процессы разряда-ионизации для исследованных деполяризаторов на хлоридаммонийных фонах близки к обратимым. Выбранные значения времен успокоения и регенерации 20-25с позволили проводить длительную эксплуатацию модифицированного ртутью углеситаллового электрода без смены ртутного покрытия.
Т а б л и ц а 1
Параметры аналитических сигналов меди(11) и висмута (III)*
Медь (II) Висмут (III)
c107, M 1п, мкА -Еп, В а, В 1п, мкА -Еп, В а, В
1,6 1,5 0,245 0,034 6,7 0,086 0,031
3.1 3,2 0,228 0,044 7,2 0,082 0,032
4,4 4,9 0,214 0,043 7,2 0,081 0,031
6,3 6,2 0,210 0,043 7,5 0,080 0,030
7,8 8,2 0,201 0,045 7,6 0,079 0,031
* Условия измерений: Еэ = -0,75 В, Еусп = -0,45 В, Ерег = 0,05 В, 1, = 60 с, 1усп = 20 с, 1рег = 25 с, V = 0,1 В/с, е(Б1) = 4,810-7М
Постоянство градуировочных зависимостей высот пиков меди и висмута от концентрации деполяризатора (табл. 1), несмотря на изменение соотношений компонентов в изученном диапазоне концентраций, свидетельствует о сравнительно малом взаимодействии висмута и меди (рис. 1-3). Этот факт позволяет использовать выбранные оптимальные условия для оценки содержания микропримесей висмута (III) и меди (II) в пробах воды.
Рис. 1. Зависимость высоты пика меди(П) от концентрации при наличии в растворе 4,8.10" М висмута(Ш). Условия эксперимента(табл. 1).
Рис. 2. Зависимость высоты пика висмута(Ш) от концентрации при наличии в растворе 6,3.10-7 М меди(П). Условия эксперимента(табл. 1).
Рис. 3. Инверсионные волтамперограммы (условия эксперимента см. табл.1): 1. Проба питьевой воды с добавкой 10 мкг/л висмута(Ш). 2. Проба с добавками 10 мкг/л меди(П) висмута(Ш). 3. В пробу 2 введено дополнительно по 10 мкг/л меди(П) висмута(Ш).
Так как в изученных условиях измерений сигнал висмута не наблюдался, в пробу вводили известную концентрацию данного деполяризатора (табл. 2).
Т а б л и ц а 2
Результаты определения меди(11) и висмута(Ш) в пробах воды*
Элемент Н айдено в пробах, мкг/л Sr
1 2 3 4 5 6
Медь(11) 8,4 8,8 10,4 8,4 7,6 8,7 0,11
Висмут(Ш) 8,0 8,4 9,0 7,9 8,5 8,1 0,05
* условия эксперимента см. табл. 1
Найденные содержания микропримесей 8,72 + 0,97 и 8,31 + 0,92 мкг/л для меди(11) и висмута (III) при величинах относительного стандартного отклонения соответственно 0,11 и 0,05 (n = 6) подтверждают возможность получения инверсионно-вольтамперометрических оценок наличия вышеуказанных примесей в водах с приемлемой погрешностью измерений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Gillian G., Dyckaerts G. // Anal. Chim. Acta. 1979. 106. P. 23.
2. Ghoneim M.M., Hassanein M.A., Hamman E. // Fresenius J. Anal. Chem. 2000. 367. P. 378.
3. Kauffmann M.J., Patriarche J.G., Christian D.G. // Anal. Chim. Acta. 1981. 14. P. 1209.
4. Kinard T.J. // Anal. Chim. Acta. 1977. 10. P. 1147.
5. Zhao J., Jin W. // J. Electroanal. Chem. 1995. 256. P. 181.
6. Kauffmann M.J., Patriarche J.G., Laudet A. // Anal. Chim. Acta. 1989. 135. P. 153.
7. Gilbert R.T., Hume D.N. // Anal. Chim. Acta. 1989. 65. P. 451.
8. Jagner D., Kryger L. // Anal. Chim. Acta. 1975. 80. P. 255.
9. Alemu H., Chandravanshi S.B. // Anal. Chim. Acta. 1998. 368. P. 165.
10. Shams E. // Electroanalysis. 2001. 13. P. 1140.
11. Выдра Ф., Штулик К., Юлакова Э. Инверсионная вольтамперометрия. М., 1980.
12. Tercier, M.L., Parthasarathy N., Buffle J. // Electroanalysis. 1995. 7. P. 55.
13. Capelo S., Mota M., Gonzalves S.M.L. // Electroanalysis. 1995. 7. P. 563.
14. Брайнина Х.З., Нейман Е.Я. Твердофазные реакции в электроаналитической химии. М., 1982.
