Исследование электрохимического поведения индия (III) и кадмия (II) экстракционно-вольт-амперометрическим методом для определения их в стандартных образцах и латуни Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

28

• ••

Известия ДГПУ, №1, 2015

УДК 543.253

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ИНДИЯ (III) И КАДМИЯ (II) ЭКСТРАКЦИОННО-ВОЛЬТ-АМПЕРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ИХ В СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦАХ И ЛАТУНИ

THE ELECTROCHEMICAL STUDY BEHAVIOR OF INDIUM (III) AND CADMIUM (II) WITH THE EXTRACTION-VOLTAMMETRIC METHOD TO DETERMINE THEM IN THE STANDARD

SAMPLES AND BRASS

© 2015 Магомедов А. Г.

Дагестанский государственный педагогический университет

© 2015 Magomedov А. G.

Dagestan State Pedagogical University

Резюме. Изучено влияние различных факторов и элементов на экстракционно-вольтамперо-метрическое определение индия и кадмия с использованием диантипирилметана, что позволило разработать методики определения этих металлов в стандартных образцах и латуни.

Abstract. The author of the article study influence of different factors and elements for extraction-voltammetric determination of indium and cadmium using diantipyrylmethane that allowed him developing a methodology for determining these metals in certified reference materials and brass.

Rezjume. Izucheno vlijanie razlichnyh faktorov i jelementov na jekstrakcionno-vol'tampero-metricheskoe opredelenie indija i kadmija s ispol'zovaniem diantipirilmetana, chto pozvolilo razrabo-tat' metodiki opredelenija jetih metallov v standartnyh obrazcah i latuni.

Ключевые слова: экстракция, вольтамперометрия, вольтамперограмма диантипирилме-тан, иодидные комплексы, индий, кадмий.

Keywords: extraction, voltammetry, voltamperogram, diantipyrylmethane, iodide complexes, indium, cadmium.

Kljuchevye slova: jekstrakcija, vol'tamperometrija, vol'tamperogramma diantipirilmetan, iodidnye

kompleksy, indij, kadmij.

Экстракционно-

вольтамперометрический метод является перспективным в работе контрольноаналитических служб, так как имеет довольно низкий предел обнаружения непосредственно в экстракте [2; 3]. В настоящей работе этим методом исследовалось электрохимическое поведение иодидных комплексов индия и кадмия с применением в качестве экстракционно- вольтамперометрического реагента диантипирилметана

(ДАМ) после экстракции из водных сернокислых сред в хлороформ [5].

Исходные растворы индия и кадмия готовились в соответствии с рекомендациями работы [4].

Диантипирилметан и комплексные гало-генидные анионы индия и кадмия образуют ионные ассоциаты, которые мало растворяются в воде и хорошо экстрагируются органическими растворителями. Экстракция галогенидных комплексов других элементов с производными пиразолона (хло-

Естественные и точные науки •••

роформом, дихлорэтаном, бензолом) была изучена в работе [1].

Хлороформные экстракты индия и кадмия проявляют вольтамперометрическую активность, причем чувствительность электрохимического сигнала йодидных комплексов индия (III) и кадмия (II) значительно выше хлоридных и бромидных.

Нами изучено влияние кислотности водной фазы, кинетических факторов, концентрации экстрагента, фонового электролита на электрохимические характеристики пиков индия и кадмия.

Концентрация кислоты (серной) не влияет на величину вольтамперограмм в интервале кислотности от 0,25 М до 6 М для индия и от 2,5 М до 3 М для кадмия. Зависимость максимального тока от концентрации диантипирилметана достигает относительного насыщения в интервале от 4 до 6 % для индия и кадмия. Установлено, что иодидные комплексы Jn(III) и Cd(II) с ДАМ переходят в хлороформ достаточно быстро (проверено встряхиванием от 5 секунд до 2 минут), что согласуется с электростатической природой данных ассоциа-тов. Расслаивание фаз происходит за 15 секунд, и при дальнейшем совместном отстаивании двух фаз (проверено от 2 минут до 2 часов) волны индия и кадмия не изменяются, что очень упрощает методику проведения эксперимента. Высоты пиков достигают максимальных значений в пределах концентраций фонового электролита (LiCl в этаноле) от 0,8 М до насыщенного раствора для индия и от 0,4 М до 1 М для кадмия.

В результате исследования выбраны оптимальные условия экстрагирования и снятия вольтамперограмм. Установлено, что процессы восстановления Jn(III) и Cd(II) обратимы и носят диффузионный характер. На основании изучения концентрационной зависимости пикового тока, проведенного в оптимальных условиях экстракций, предложены экстракционные системы:

I. Jn (III), 1М H2SO4, 1М KJ -

6% ДАМ, CHCI3

II. Cd(II), 2,5 М H2SO4, 3%KJ -4% ДАМ, CHCl3

В оставшейся после двукратной экстракции водной фазе не удалось обнаружить индий и кадмий. Это говорит о полноте экстракции, следовательно, при количественных определениях нужно извлекать эти элементы двумя объёмами экстрагента.

29

В оптимальных условиях экстракции величины максимальных токов прямо пропорциональны концентрации Jn(III) и Cd(II) в диапазоне концентраций от 5х10-6 до 1,7х10-4 моль/литр в водной фазе. В этих условиях экстракции индия, элементы Al(III), Cu(II), Zn(II), Mn(II), Co(II), Fe(III), Fe(II), Ga(III) не экстрагируются в виде ио-дидных комплексов с ДАМ. Tl(III) экстрагируется, но его вольтамперограмма появляется при соотношении Jn:Tl как 1:10, определению индия не мешает и форму волны не искажает. Cd(II) экстрагируется, мешает определению индия при соотношении Cd:Jn как 7:1. Bi(III) экстрагируется, проявляет вольтамперометрическую активность, но не мешает определению, так как потенциал его пикового тока равен: -0,140 В.

При экстракции йодидного диантипи-рилметанового комплекса кадмия не экстрагируются Al(III), Pb(II), Zn(II), Fe(III), Fe(II), Cu(II). Таллий (III) и висмут (III) экстрагируются и проявляют вольтамперометрическую активность, но не мешают определению кадмия из-за разности в потенциалах восстановления. Индий (III) мешает определению кадмия (II) при соотношении 1:1.

Изучение влияния различных элементов на экстракционно-вольтамперометри-

ческое определение индия и кадмия с диан-типирилметаном позволило разработать методики определения их в стандартных образцах и латунях.

Определение индия в стандартном образце

При определении индия навеску образца 1,75 г, которая содержит 4.10-2 % индия, растворяют в смеси 5 мл концентрированной HCl и 5 мл концентрированной H2SO4, нагревают до появления паров серной кислоты, разбавляют водой до 5 мл. В мерную колбу ёмкостью 25 мл помещают аликвотную часть 1,4 мл, добавляют 12 мл 2М KJ и доводят до метки 2 М H2SO4. Приготовленный таким образом раствор переносят в делительную воронку ёмкостью 100 мл, добавляют 2,5 мл 6 %-го раствора ДАМ в хлороформе, встряхивают 1 минуту и после 2-хминутного отстаивания сливают органическую фазу. Повторяют экстракцию. Из объединённых экстрактов отбирают аликвотную часть 2 мл, добавляют 3 мл фонового электролита, в течение 5 минут удаляют кислород током аргона и снимают анодную

30

• ••

Известия ДГПУ, №1, 2015

вольтамперограмму при следующих условиях: скорость подачи поляризующего напряжения 0,5 В/с, начальное напряжение 0,85 В, амплитуда развёртки 0,5 В, величина задержки не менее 3/4 периода капания капилляра. Неизвестное количество индия

определяют по градуировочному графику. Продолжительность анализа не превышает 10-15 минут после растворения пробы. Пример определения индия в стандартном образце представлен в таблице 1.

Таблица 1

Результаты определения индия в стандартном образце (n=8)

Содержание по паспорту, % Определено - C, % Стандартное выборочное отклонение -S Относительное стандартное отклонение - Sr Доверительный интервал -д, доверительная вероятность —(p=0,95) C± б %

0,04 0,0390 0,0013 0,0013 0,039 ± 0,0018

Определение кадмия в сплаве ЦАМ

Навеску сплава 5 г вносят в стаканчик на 50 мл, приливают 10 мл азотной кислоты 1:1 и кипятят до полного растворения. Затем раствор количественно переносят в мерную колбу ёмкостью 25 мл, охлаждают и доводят до метки водой. Аликвотную часть 2 мл приготовленного раствора вносят в мерную колбу ёмкостью 25 мл, доводят до метки 2,5 М H2SO4 и 3 % KJ. Переносят в делительную воронку ёмкостью 100 мл, добавляют 2,5 мл 4 %-го раствора ДАМ в хлороформе, встряхивают 1 минуту, отстаивают 2 минуты и сливают органическую фазу. Экстракцию повторяют. Из объединенных экстрактов отбирают 2 мл, добавляют 3 мл фонового раствора (0,8М LiCl в этаноле), в течение 5 минут удаляют кислород аргоном и снимают катодную вольтамперограмму при следующих условиях: скорость подачи поляризующего напряжения 0,5 В/с, начальное напряжение 0,45 В, амплитуда развертки 0,5 В. Содержание кадмия определяют методом добавок и рассчитывают по формуле:

Сх A ix / i 1 —iX ,

где A - концентрация кадмия, введённого в раствор;

ix - высота вольтамперограммы кадмия, без добавки;

i1 - высота вольтамперограммы, после введения добавки.

Предлагаемую методику проверяли при анализе сплава типа ЦАМ 266х, результаты которого представлены в таблице 2.

Проведенные исследования показывают перспективность экстракционно—вольтампе— рометрического метода изучения металлов для их определения непосредственно в экстрактах с применением диантипирилмета-на, обеспечивающего высокую селективность и чувствительность определений.

Наряду с высокой селективностью и чувствительностью достоинством разработанных нами методик является их экс-прессность. Во всех методиках время анализа не превышает 10-15 минут после растворения пробы. Кроме того, все данные, полученные в наших исследованиях, могут быть применены и для анализа других объектов, что делает эти методики, на наш взгляд, привлекательными.

Таблица 2

Результаты определения кадмия в сплаве марки Ца М 266х(п=8)

Содержание по паспорту, % Определено - C,% Стандартное вы-б орочное отклонение - S Относительное стандартное отклонение -Sr Доверительный интервал -д, доверительная вероятность -(p=0,95)c ± б %

0,018 0,0175 0,0001 0,0057 0,0175 ± 0,0006

Литература

1. Акимов В. К. Бусев А. И. Применение антипирина и некоторых его производных в аналитической химии // Журнал аналитической химии. 1971. Т. 26. С. 964-974. 2. Будников Г. К., Троепольская Т. В., Улахович Н. А. Электрохимия хелатов металлов в неводных средах. М. : Наука, 1980. С. 169-186.

3. Игнатенко Е. Л., Игнатенко Е. Г. Экстракционно-осциллополярографическое определение сурьмы с ди-антипирилметаном // Физико-химические методы контроля производства. Ростов-на-Дону, 1975. С. 12.

4. Коростелев П. П. Реактивы и растворы в металлургическом анализе. М. : Металлургия, 1977. С. 400

Естественные и точные науки

• ••

31

5. Петров Б. И. Диантипирилметаны как экстракционные реагенты // Журнал аналитической химии. 1983. Т. 36. Вып. 11. С. 2051.

References

1. Akimov V. K. Busev A. I. Application of antipyrine and some of its derivatives in the analytical chemistry // Journal of analytical chemistry. 1971. Vol. 26. P. 964-974. 2. Budnikov G. K., Troepolsky T. V., Ulakhovich N. A. Electrochemistry of metal chelates in non-aqueous media. M. : Nauka, 1980. P. 169-186. 3. Ignatenko E. L., Ignatenko E. G. Extraction-oscillatoriaceae determination of antimony with diantipyrylme-thane // Physico-chemical methods of control of production. Rostov-on-Don, 1975. P. 12. 4. Korostelev

P. P. Reagents and solutions in metallurgical analysis. M. : Metallurgy, 1977. P. 400. 5. Petrov B. I. Dianti-pyrylmethane as extraction reagents // Journal of analytical chemistry. 1983. Vol. 36. Issue 11. P. 2051. Literatura

1. Akimov V. K. Busev A. I. Primenenie antipirina i nekotoryh ego proizvodnyh v analiticheskoj himii // Zhur-nal analiticheskoj himii. 1971. T. 26. S. 964-974. 2. Budnikov G. K., Troepol'skaja T. V., Ulahovich N. A. Jelektrohimija helatov metallov v nevodnyh sredah. M. : Nauka, 1980. S. 169-186. 3. Ignatenko E. L.,

Ignatenko E. G. Jekstrakcionno-oscillopoljarograficheskoe opredelenie sur'my s dian-tipirilmetanom // Fizi-ko-himicheskie metody kontrolja proizvodstva. Rostov-na-Donu, 1975. S. 12. 4. Korostelev P. P. Reaktivy i rastvory v metallurgicheskom analize. M. : Metallurgija, 1977. S. 400. 5. Petrov B. I. Diantipirilmetany kak jekstrakcionnye reagenty // Zhurnal analiticheskoj himii. 1983. T. 36. Vyp. 11. S. 2051.

Статья поступила в редакцию 10.02.2015 г.