CC BY
55
УДК 543
СОРБЦИОННО-ИНВЕРСИОННО-ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИСМУТА В ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЯХ
© 2014 Е.В. Дёмина
аспирант каф. химии e-mail: evgeniya-dyomina@yandex. ru
Курский государственный университет.
Описана методика концентрирования висмута полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-(1-азо-1/)-2/-окси-5-хлорбензол с последующим
инверсионно-вольтамперометрическим определением Bi(III) в фосфорных удобрениях. Количественное извлечение элемента происходит в статических условия при рН=3.4-6.6. Правильность методики проверена методом добавок. Относительное стандартное отклонение составляет 0.01-0.03 при определении содержаний Bi (III) n-10"4%.
Ключевые слова: полимерные комплексообразующие сорбенты, висмут,
концентрирование.
Удобрения, производимые из фосфатного минерального сырья, кроме полезных питательных компонентов, могут содержать токсичные элементы, поступающие в них в процессе сернокислотной переработки фосфатного сырья. В виде микропримесей в них могут содержаться практически все элементы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Особое внимание уделяется содержанию
высокотоксичных элементов, к которым в том числе относится и Bi, наличие которого в продукте не должно превышать 10-4-10-5 масс. % [Давыденко и соавт. 2008].
Вероятность загрязнения объектов агроэкосистемы за счет примесей токсичных элементов в фосфорных удобрениях обусловлена практически повсеместным их применением под различные сельскохозяйственные культуры, в том числе имеющие пищевое или кормовое значение. В определенных условиях ионы Bi , присутствующие в фосфорных удобрениях, обладают большой подвижностью в почвах, накапливаются в растениях и по пищевым цепям поступают в организм животных и человека.
Современные физико-химические методы анализа не всегда обеспечивают прямое определение следов Bi(III) из-за влияния матричного состава пробы или низких концентраций определяемого элемента. В связи с этим возникает необходимость поиска и разработки новых, экспрессных и точных способов концентрирования и определения микроколичеств Bi(III). Использование метода предварительного концентрирования с использованием полимерных комплексообразующих сорбентов (ПКС) позволяет выделить определяемые элементы из большого объема солевого раствора сложного состава, снизить предел обнаружения, устранить или значительно снизить влияние фоновых макроэлементов, что повышает точность и чувствительность анализа [Оскотская 2006: 145]. Характерным отличием ПКС от других сорбентов является наличие в полимерной матрице функционально-аналитических групп (ФАГ), способных взаимодействовать с находящимися в растворе ионами элементов с образованием комплексных соединений [Басаргин 1980].
В настоящей работе обсуждаются результаты исследования по извлечению и концентрированию висмута полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол, который оказался наиболее
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
эффективным из ряда изученных сорбентов данного класса для концентрирования микроколичеств висмута [Басаргин 2011].
ОН НО
HC -(C^N = N “(О,
H2C
4 Cl
n
Предлагаемый сорбент был синтезирован на основе сополимера стирола с дивинилбензолом макропористой структуры в Центральной химической лаборатории ИГЕМа. Сорбент представляет собой гранулы размером 0.25-1 мм темно-коричневого цвета, нерастворимые в воде, кислотах, щелочах и органических растворителях. Для исследования был использован очищенный сорбент в Н-форме [Басаргин и соавт. 1992].
Стандартный раствор Bi (III) с концентрацией 1 г/л готовили растворением точных навесок Bi(NO3)3-5H2O в дистиллированной воде, подкисленной азотной кислотой [Коростелев 1980].
Рабочие растворы готовили из стандартных путем последовательного разбавления. Для приготовления водных растворов использовали бидистиллированную воду.
Значения рН растворов контролировали при помощи иономера И-130 с точностью ± 0,05, где в качестве электродов служили индикаторный ЭСЛ-43-11 и хлорсеребряный электрод сравнения.
Концентрацию висмута определяли на вольтамперометрическом анализаторе АКВ-07МК, управляемом через персональный компьютер (операционная система Windows ХР, программа Polar). Для калибровки прибора, а также для приготовления растворов-добавок использовали растворы, приготовленные в соответствии с прилагаемой инструкцией из государственных стандартных образцов (ГСО) с аттестованным содержанием ионов висмута. В таблице 1 приведены аналитические характеристики процесса сорбции висмута. Определены оптимальные условия (рН, температура, время) сорбции ионов висмута изучаемым сорбентом в статических условиях.
Таблица 1
Оптимальные условия сорбции Bi (III) полимерным комплексообразующим сорбентом
полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол (температура 20 ± 20С).
Сорбент РНопт рН50 R.% т. мин СЕСМе. мг/г
полистирол-2-окси-(1 -азо-1/)-2/- 3.4-6.6 1 98 30 21
окси-5-хлорбензол
Установлено, что количественная сорбция наблюдается при постоянном
перемешивании на магнитной мешалке в интервале рН 3.4-6.6 (рис. 1).
Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2014. № 2
Двмина Е. В. Сорбционно-инвереионно-вольтамперометричеекое определение
висмута
в фосфорных удобрениях
pH
Рис. 1. Зависимость степени сорбции (R,%) Bi (III) сорбентом полистирол-2-окси-(1-азо-1/)-2/-окси-5-хлорбензол от pH среды
Величина 50%-й сорбции (pHso) висмута с данным сорбентом определена
графически из зависимости (R) -pH и равна 1.
Продолжительность сорбции составляет 30 мин, оптимальная температура 20±2 °С (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость степени сорбции (R,%) висмута (III) полистирол -З-окси-азо-З^окси,5-хлорбензолом от времени и температуры (1 - при 20°С, 2 - при 40°С, 3 - при 60°С)
Сорбционная емкость сорбента (СЕС) по извлекаемому металлу характеризует количество миллиграммов катиона элемента, сорбируемое граммом сорбента, и составляет 21 мг Bi /г сорбента.
Исследована возможность и определены условия десорбции элемента после концентрирования на предлагаемом сорбенте. Количественно десорбировать ионы Bi с сорбента позволяет промывка концентрата-сорбата на фильтре 10 мл раствора НС1 (2 моль/л) либо 5 мл раствора НС1 (4 моль/л). Степень десорбции составляет 98-100%. Сорбенты способны к кислотной регенерации и не теряют своей эффективности после семикратного проведения циклов сорбции-десорбции, что дает возможность их многократного использования.
Изучение влияния посторонних матричных элементов на сорбцию висмута показало, что данный сорбент обеспечивает количественное извлечение элемента в присутствии п-10 -кратных массовых количеств К , Na , Cl n-10 - Са , Sr , Zn , Pb2+, Cd2+, Co2+, Ni2+; n-102 - Al3+, Fe2+,Fe3+.
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
Ход анализа. 1,0 г подготовленного к анализу удобрения переносят в стакан или коническую колбу вместимостью 250 мл, смачивают 5-10 мл воды и добавляют 50 мл разбавленного раствора (1:2) азотной кислоты. Стакан накрывают часовым стеклом и нагревают сначала медленно, а затем доводят раствор до кипения и медленно кипятят 30 мин., время от времени перемешивая стеклянной палочкой. После кипячения раствор разбавляют водой вдвое и переносят вместе с осадком в мерную колбу вместимостью 250 мл, тщательно обмывая стенки водой. После охлаждения до комнатной температуры объем раствора доводят водой до метки, перемешивают и фильтруют через фильтр «белая лента». К пробе добавляют 0,25 г сорбента полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол в Биформе, устанавливают оптимальную для сорбции величину рН в интервале 3,4-6,6 и перемешивают на магнитной мешалке в течение 30 мин. при t=20±2 °С. Затем сорбент отфильтровывают на фильтре «синяя лента» и промывают 2-3 раза дистиллированной водой общим объемом 15 мл. После этого десорбируют Bi (III), промывая сорбент на фильтре 10 мл раствора HCl (2 моль/л). Элюат переносят в мерную колбу на 25 мл и доводят общий объем до метки раствором фонового электролита. Параллельно проводится холостой опыт, включающий в себя все используемые реактивы и сорбент. Количественное определение концентрации Bi (III) проводят методом инверсионной вольтамперометрии (табл. 2).
Таблица 2
Результаты сорбционно-инверсионно-вольтамперометрического определения Bi(III) с использованием сорбента полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол в фосфорных удобрениях (n = 5; Р = 0,95)
Объект анализа Определяемый элемент Найдено, мг/кг Найдено, % Sr
Фосфорно- калийное удобрение Bi (III) 3,5±0,3 3,5-10-4 0,02
Простой суперфосфат Bi (III) 28,6±0,9 28,6-10-4 0,03
Аммофос Bi (III) 7,9±0,5 7,9-10-4 0,02
Результаты проведенных исследований показывают, что содержание Bi(III) в исследуемых фосфорных удобрениях находится в интервале от 3,5 до 28,6 мг/кг.
Правильность определения Bi(III) в фосфорных удобрениях с предварительным концентрированием на сорбенте полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол проверена методом «введено-найдено» с применением стандартных растворов и использованием всех вышеописанных процедур (табл. 3).
Таблица 3
Результаты проверки сорбционно-инверсионно-вольтамперометрического определения Bi(III) в фосфорных удобрениях (n = 5; Р = 0,95)
Используемый сорбент Определяемый элемент Исходное содержание компонента, мг/кг Введено, мг/кг Найдено, мг/кг Sr
Фосфорно-калийное удобрение
полистирол-2-окси-(1- 10 13,5±0,1 0,01
азо-1/)-2/-окси-5- Bi (III) 3,5±0,3
хлорбензол 20 23,5±0,1 0,01
Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2014. № 2
Двмина Е. В. Сорбционно-инверсионно-вольтамперометрическое определение
висмута
в фосфорных удобрениях
Простой суперфосфат
полистирол-2-окси-(1 - 10 38,7±0,2 0,01
азо-1/)-2/-окси-5- Bi (III) 28,6±0,9
хлорбензол 20 48,6±0,1 0,01
Аммофос
полистирол-2-окси-(1 - 10 17,8±0,1 0,02
азо-1/)-2/-окси-5- Bi (III) 7,9±0,5
хлорбензол 20 27,9±0,1 0,01
Таким образом предлагаемый метод определения висмута в анализе фосфорных удобрений, включающий в себя предварительное концентрирование висмута полимерным комплексообразующим сорбентом - полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол, с последующим инверсионно-вольтамперометрическим определением, позволяет выделять определяемый элемент из фосфорных удобрений, содержащих высокие концентрации матричных элементов. Данная методика обеспечивает надежное и правильное определение Bi(III) с воспроизводимостью Sr = 0,01-0,03, и ее можно использовать для определения висмута и в других фосфорных удобрениях.
Библиографический список
Давыденко В.В., Бушуев Н.Н., Сырченков А.Я., Зайцев П.М. Современные возможности химического и фазового анализов минеральных удобрений // Научноинформационный бюллетень: Мир серы, N, P и К. 2008. Вып. №6. С. 3-9.
Оскотская Э.Р., Басаргин Н.Н., Карпушина Г.И. Теоретические и практические аспекты применения ПХС с о-окси-карбокси-ФАГ в анализе объектов окружающей среды на содержание Pb, Zn, Cd, Cu, Co, Ni, V, Cr, Mn. Т. 2. Орел, 2006. 145 с.
Басаргин Н. Н. Органические реагенты и хелатные сорбенты в анализе минеральных объектов. М., 1980. С. 82-116.
Басаргин Н.Н., Демина Е.В., Аникин В.Ю., Кометиани И.Б. Исследование процесса сорбции Sr(II) полимерными комплексообразующими сорбентами на основе полистирола с о-гидрокси-азо-о-гидрокси функциональной группой // Журнал неорганической химии. 2011. Т. 56. №12. С. 2108-2112
Басаргин Н.Н., Розовский Ю.Г., Чернова Н.В. Синтез, исследование и применение хелатообразующих сорбентов для концентрирования и определения микроколичеств элементов в природных и сточных водах // Журн. аналит. химии. 1992. Т. 47. № 5. С. 787-793
Коростелев П.П. Особочистые вещества и реактивы. М.: Наука, 1980. 85 с.
