CC BY
332
щение верха изолятора относительно низа не превышало максимально допустимой величины, указанной производителем, при этом чтобы как можно
большее количество времени изолятор проводил в пластической стадии работы (рис. 6).
Библиографический список
1. Бате К., Вильсон Е. Численные методы анализа и метод 3. Пальмов В.А. Колебания упругопластических тел. М.: конечного элемента. М.: Стройиздат, 1982. 447 с. Наука. 1976. 328 с.
2. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. Введение / 4. Филиппов А.Т. Многоликий солитон. М.: Наука,1990. 288 с. пер. с англ. М.: Мир, 1990. 344 с.
УДК 543.43: 543.73
ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИКЕЛЯ С ДИМЕТИЛГЛИОКСИМОМ В ПРИСУТСТВИИ ЙОДА
Г.Н. Дударева1, Нгуен Нгок Ань Туан2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Исследованы особенности взаимодействия никеля с диметилглиоксимом, образование ими нескольких окрашенных соединений, состав и свойства которых зависят от состава среды, присутствия или отсутствия окислителей, порядка смешивания реактивов. Установлено, что реакция в аммиачно-щелочной среде протекает практически мгновенно. Йод ускоряет образование комплексного соединения никеля с диметилглиоксимом и выступает при этом как в роли окислителя, так и дополнительного лиганда. Линейная зависимость светопоглощения комплекса от концентрации никеля соблюдается в широком интервале - от 5 до 50 мкг /50 мл. Разработана методика фотометрического определения никеля в растворах, характеризующаяся простотой, правильностью и хорошей воспроизводимостью. Ил. 2. Табл. 2. Библиогр. 7 назв.
Ключевые слова: никель; фотометрия; диметилглиоксим.
PHOTOMETRIC DETERMINATION OF NICKEL WITH DIMETHYLGLYOXIME IN THE PRESENCE OF IODINE G. N. Dudareva, Nguyen Ngoc Anh Tuan
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors study the features of the interaction of nickel with dimethylglyoxime. The last form several colored compounds, whose composition and properties depend on the composition of the medium, the presence or absence of oxidants, the order of mixing reagents. It is found that the reaction in the ammonia-alkaline medium is almost instantaneous. Iodine accelerates the formation of a complex compound of nickel and dimethylglyoxime and serves both as an oxidizer and an additional ligand at the same time. The linear dependence of light absorption of the complex on the concentration of nickel is observed in a wide range - from 5 to 50 mg / 50 ml. The authors work out the procedure of photometric determination of nickel in solutions. It is simple, accurate and has a good reproducibility. 2 figures. 2 tables. 7 sources. Key words: nickel; photometry; dimethylglyoxime.
Несмотря на широкое использование физических и физико-химических методов определения металлов (атомно-абсорбционный, активационный, рентгено-флуоресцентный, спектральный, электрохимический, кулонометрический), фотометрический метод до сих пор занимает значительное место в контроле производства и в практике работ научно-исследовательских лабораторий. К достоинствам фотометрического метода следует, прежде всего, отнести простоту и доступность приборной базы, экспрессность и избирательность определений, широкий интервал опреде-
ляемых концентраций [1].
Никель является одним из распространенных компонентов, постоянно присутствующих в природных водах. В воду никель может попадать из почв, а также в результате разложения растительных и животных организмов, присутствующих в водоемах. В сине-зеленых водорослях обнаружено повышенное (по сравнению с другими типами водорослей) содержание никеля. Соединения никеля выносятся в водоемы со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фаб-
1Дударева Галина Николаевна, кандидат химических наук, докторант, тел.: (3952) 405763, e-mail: gndudareva@mail.ru Dudareva Galina Nikolaevna, Candidate of Chemistry, competitor for a Doctor's degree, tel.: (3952) 405763, e-mail: gndudare-va@mail.ru
2Нгуен Ань Туан Нгок, аспирант, тел.: (3952) 405763, e-mail: anton_irk83@mail.ru Nguyen Anh Tuan Ngoc, postgraduate student, tel.: (3952) 405763, e-mail: anton_irk83@mail.ru
рик. В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется обычно от 0,8 до 10 мкг/л, в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в литре.
Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являются окислительными катализаторами, находясь в виде металлоорганических комплексов в организме животного и человека. Повышенное содержание никеля оказывает специфическое воздействие на эндотелий сосудов (в особенности мозга и надпочечников), где возникают множественные кровоизлияния. Содержание никеля в воде лимитируется по общесанитарному показателю - до 0,1 мг/л [2].
В производственных и сточных водах многих промышленных предприятий содержатся высокие концентрации тяжелых и цветных металлов, в том числе никеля (II), поэтому определение содержания никеля в производственных водах является актуальной проблемой.
Целью работы является фотометрическое определение никеля в поверхностных природных и производственных сточных водах по его реакции с диме-тилглиоксимом (ДМГ) в присутствии йода. Диметилг-лиоксим как селективный и чувствительный реагент используется в гравиметрическом, титриметрическом и фотометрическом методах анализа. Методика измерения массовой концентрации никеля в сточных водах допущена для государственного экологического контроля [3]. Особенностью взаимодействия никеля с диметилглиоксимом является образование нескольких окрашенных соединений [4], состав и свойства которых зависят от состава среды, присутствия или отсутствия окислителей и, что очень важно, от порядка смешивания реактивов [5]. Все эти факторы влияют на протекание реакции, на воспроизводимость и, в конечном счете, на результаты количественного определения никеля (II).
Экспериментальная часть
Реагенты. Все использованные в работе соединения имели квалификацию х. ч. (химически чистые) и ч. д. а. (чистые для анализа). Исходный раствор никеля (II) готовили из соли М1Б04 7Н20 квалификации х. ч. Навеску 0,956 г соли растворяли в 50 мл дистиллированной воды, приливали несколько капель Н2Б04 (1:1), доводили объём до 100 мл дистиллированной водой. В 1 мл приготовленного раствора содержится 500 мкг никеля (II). Концентрацию никеля в растворе контролировали весовым методом с диметилглиоксимом [7]. Рабочие растворы никеля готовили соответствующим разбавлением исходного раствора. Для создания щелочной среды применяли концентрированный раствор 1МН3 (14М) марки ос. ч. (особо чистый). Раствор №0Н 10 %: 10 г щелочи растворяли в дистиллированной воде и доводили объём до 100 мл. Раствор йода (!2) 0,01 н готовили растворением 0,1269 г металлического йода в 0,25 %-м растворе К!. Раствор 1 %-го диме-тилглиоксима готовили из товарного реактива путём растворения 1 г препарата в 10 %-м растворе №0Н и доводили объём до 100 мл.
Аппаратура. Оптическую плотность растворов измеряли на фотометре КФК-3 в кюветах с толщиной 0,5 и 3 см. Спектры светопоглощения регистрировали на спектрофотометре СФ-46. Значения рН измеряли на универсальном иономере ЭВ-74 со стеклянным электродом.
Результаты и их обсуждение Реакция никеля с диметилглиоксимом в аммиач-но-щелочной среде отличается быстрым развитием окраски комплексного соединения во времени в присутствии йода как окислителя. С другой стороны, аммиак, используемый для проведения реакции, способен образовывать с никелем ряд прочных комплексных аммиакатов, которые могут мешать образованию диоксиматов никеля.
Влияние среды. Для изучения влияния рН среды на образование комплекса проводили следующие исследования. В мерные колбы емкостью 50 мл вводили по 1 мл 1 %-го щелочного раствора диметилглиокси-ма. В первую колбу вводили аликвотную часть стандартного раствора, содержащего 5 мкг/мл никеля (II), и доводили объем раствора до метки. Во вторую колбу вводили 10 мл 10 %-го раствора №0Н, аликвотную часть стандартного раствора, содержащего 5 мкг/мл никеля (II) и доводили объем раствора до метки. Интересно заметить, что в первой колбе сразу образовался осадок.
В присутствии №0Н осадок не образуется, а окраска комплекса Ы1-ДМГ развивается длительное время. Никель при этом переходит из двухвалентного в трёхвалентное состояние [3]. Этот процесс можно описать уравнением
4М1Б04 + 12№ДМГ + О2 + 2Н2О = 41Ч1(ДМГ)3 + 4№2804 + 4№ОН. (1)
В присутствии №0Н образующееся комплексное соединение не выпадает в осадок, так как щелочь создает достаточную ионную силу раствора для сохранения образующегося комплекса в растворенном состоянии. Эксперимент показал, что минимальная ионная сила должна быть не менее 0,6; значение рН при этом находится в интервале 13-14.
Влияние концентрации ЫН4ОН. Если вместо №0Н использовать К1Н40Н комплекс Ы1-ДМГ тоже образуется, но реакция протекает не однозначно. Зависимость оптической плотности от времени при разных концентрациях К1Н40Н показана на рис. 1. Установлено, что при концентрации К1Н40Н меньше 0,56 х 10-3 М образуется осадок (возможно вследствие недостаточной ионной силы раствора).
Влияние порядка добавления реактивов. В литературе [4] часто указывается, что порядок сливания реактивов играет важную роль в образовании окрашенного соединения никеля. При использовании в качестве средообразующего реагента раствора 1МН3 этот факт действительно имеет определяющее значение. По данным [3, с. 13] логарифмы констант устойчивости аммиакатов никеля имеют значения от 5,04 до 8,74.
Эти данные сравнимы с показателями логарифмов констант устойчивости комплексов Ы1-ДМГ, определенными методом распределения [3, с. 26]: 8.6 -
-2.8 х 10-3 М
■1.4 х 10-3 М
-0.56 х 10-3 М
t (мин)
Рис. 1. Зависимость оптической плотности от времени при разных концентрациях ЫЩОИ, КФК-3,1 = 0.5 см
9.18. Если раствор ионов никеля прибавить к раствору аммиака, то образовавшийся аммиакат никеля уже не разрушается при добавлении диметилглиоксима и окраска раствора не развивается или развивается незначительно. Но если изменить схему смешивания и к раствору аммиака добавлять диметилглиоксим, а затем раствор никеля, то окраска быстро развивается и может быть представлена схемой, описываемой уравнением (1).
Влияние концентрации йода. При определении никеля в сложных по составу объектах во многих источниках [6] и в стандартизированных методиках [5] рекомендуется использовать йод или бром в качестве окислителя. Мы провели исследование по следующей методике. В двухмерные колбы емкостью 50 мл вводили по 10 мл концентрированного раствора К1Н4ОН. В первую колбу вводили аликвотную часть стандартного раствора, содержащего 5 мкг/мл никеля(11), 1 мл 1%-го щелочного раствора диметилглиоксима, 1 мл 0,01 н раствора 12 и доводили объем смеси до метки. Во второй колбе поменяли порядок добавления никеля и диметилглиоксима. Установлено, что йод способствует образованию комплекса № с ДМГ независимо от исходного состава соединений К1Н4ДМГ или № (МН3)П. Окраска комплекса развивает практически мгновенно, что очень важно для фотометрического процесса. Однако, если раствор йода прибавлять перед никелем,
то сразу образуется осадок. Таким образом, йод следует прибавлять последним для предотвращения образования осадка. В работе [6] показано, что комплексное соединение имеет максимальное светопо-глощение при соотношении компонентов - никель : ДМГ : окислитель = 1 : 3 : 3. Наше исследование показывает, что йод участвует в образовании комплекса N11—ДМГ, выступая не в роли окислителя, а является дополнительным лигандом, т.е. входит в состав комплексного соединения в качестве противоиона.
Таблица 1
Воспроизводимость и правильность определения концентрации никеля (п = 7, Р = 0,95)
Введено КН2+, мкг Найдено КН2+, мкг Эг
1 1,006 ± 0.054 0,05
30 28,85 ± 1.41 0,03
80 80,14 ± 1.67 0,02
Результаты свидетельствуют, что прямолинейная зависимость оптической плотности от концентрации компонентов сохраняется до концентрации 5 мг/50 мл никеля. В сильно щёлочной водной среде (рН 13-14), создаваемой гидроксидом аммония, комплекс ДМГ— N1—12 не выпадает в осадок, и окраска соединения развивается сразу после смешивания компонентов. От-
A
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Л
0,7
Рис. 2. Градуировочный график, КФК-3,1 = 3 см
Таблица 2
Результаты определения никеля в производственных сточных водах (п =4, 095:3 = 3,18)
№ Найдено никеля, мг/дм3 S"r S"r F
п/п Исполнитель 1 Исполнитель 2
1 0,13 +0,04 0,11 +0,03 0,057 0,053 1,91
2 0,024 +0,007 0,027 +0,005 0,074 0,071 2,72
3 0,059 4+ 0,007 0,059 +0,004 0,064 0,061 2,14
носительно концентрации никеля был построен гра-дуировочный график (рис. 2).
Для этого в мерные колбы емкостью 50 мл вводили по 10 мл концентрированного раствора К1Н3. В каждую колбу прибавляли 1 мл 1 %-й раствор ДМГ и али-квотную часть стандартного раствора, содержащего от 5 до 50 мкг никеля. В последнюю очередь прибавляли 3 мл раствора Ь 0,01 н и доводили объем раствора до 50 мл дистиллированной водой. Оптическую плотность контролировали в течение 30 мин через каждые 5 мин при длине волны Лтах= 460 нм на фоне холостого раствора. Время процессов регистрировали секундомером, температуру поддерживали в изотермическом варианте при 23±1 оС. Окраска растворов, через 5-7 мин достигнув определенной величины, в дальнейшем почти не изменяется. Градуировочный график линеен в интервале концентрации никеля от 5 до 50 мкг/50мл. Важно соблюдать указанный порядок прибавления реактивов для получения воспроизводимых результатов (табл.1). Математически градуировочный график описывается уравнением: С № = 77,5 А. Относительное стандартное отклонение не превышает 0,05.
Библиографический список
На основании полученных данных разработана методика определения никеля в растворах с диме-тилглиоксимом в присутствии йода. Проведено определение содержания никеля в образцах производственных сточных вод локомотивного депо (табл. 2, исполнитель 1).
Методика. В мерные колбы емк. 50 мл вводят по 2 мл 20 %-й винной кислоты, 10 мл концентрированного раствора 1МН3, 1 мл 1 %-го раствора ДМГ. Затем прибавляют аликвотную часть подготовленного анализируемого раствора никеля, содержащего не более 50 мкг никеля. В последнюю очередь добавляют 3 мл 0,01 н раствор I и доводят объем раствора до 50 мл дистиллированной водой. Оптическую плотность измеряют через 10 мин при длине волны Лтах= 460 нм на фоне холостого раствора.
Таким образом, предложенная методика характеризуются простотой, достаточно высокой чувствительностью, правильностью, хорошей воспроизводимостью, а также экспрессностью и точностью, поэтому может быть с успехом использована при анализе природных и производственных сточных вод.
1. Гурьева Р.Ф., Саввин С. Б. Спектрофотометрические методы определения благородных металлов // Журн. ана-лит. химии. 2002. т. 57. С. 1158.
2. Влияние различных химических веществ, содержащихся в воде, на живые организмы и человека. Режим доступа: http://asdemo.iatp.by/ecologie_6.html.
3. ПНД Ф 14.1.46-96. Методика выполнения изменений массовой концентрации никеля в сточных водах фотометрическим методом с диметилглиоксимом. М, 1996. 11 с.
4. Бабко А. К. О реакции иона никеля с диметилглиоксимом в присутствии окислителей // Журн. аналит. химии. 1948. т. 3. С. 284.
5. Пешкова В. М, Савостина.В. М. Аналитическая химия никеля. М.: Наука, 1966. 204 с.
6. Степин В. В., Силаева. Е. В., Курбатова В. И., Федорова Н. Д., Поносов В. И. Анализ цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1977. С. 79.
7. Пешкова В. М., Савостина В. М., Иванова Е. К. Оксимы. М.: Наука, 1977. 127 с.
УДК 628.356
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАЕКТОРИЙ И СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ НА ПОВЕРХНОСТИ АЭРОТЕНКА
В.Д. Казаков1, Н.Д. Пельменёва2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты экспериментальных исследований гидродинамики потоков жидкости на поверхности аэ-ротенка-вытеснителя. Ил. 4. Библиогр. 1 назв.
1 Казаков Вячеслав Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, проректор по экономике, тел. (3952) 405030, e-mail: kazakov@istu.edu
Kazakov Vyacheslav Dmitrievich, Candidate of Physical and Mathematical sciences, Pro- Rector on Economics, tel.: (3952) 405030, e-mail: kazakov@istu.edu
2Пельменёва Наталья Дмитриевна, доцент, декан факультета среднего профессионального образования, тел. (3952) 405852, e-mail: pel@istu.edu
Pelmeneva Natalia Dmitrievna, associate professor, Dean of the Faculty of Secondary Vocational Education, tel.: (3952) 405852, email: pel@istu.edu
