CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1971
Том 174
ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ЖЕЛЕЗА И ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ЕГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ЦЕРАЛИТОМ FF
Р. Д. ГЛУХОВСКАЯ, ю. Л. ЛЕЛЬЧУК, Е. Д. ЛУККЕР (Представлена кафедрой аналитической химии)
В предыдущих наших работах [1, 2, 3] приводились результаты подробного изучения условий хроматографического отделения и концентрирования следов железа на анионите АН-2Ф. Железо в элюате определялось фотоколориметрическим методом в виде красного комплекса с 2,2'-дипиридилом [4]. В результате исследований были разработаны высокочувствительные методы определения следов железа в люминофоре «Л-34» и в различных материалах его производства (соляной кислоте, карбонате кальция, гидрофосфатах аммония и кальция).
Целью настоящей работы является изучение условий отделения и концентрирования следов железа на анионите марки «Цералит FR>. Последний представляет собой сильно-основной однофункциональный анионит, основанный на поперечно-связанном полистироле, содержащем в себе четвертично-аммониевые группы. Этот анионит обладает большой обменной емкостью, легко очищается от примесей железа, удобен в работе.
Для выяснения оптимальных условий концентрирования следов железа нами была изучена сорбция и десорбция железа и определен коэффициент его распределения.
Сорбционная способность цералита FF определялась на растворах ! мкг железа в соляной кислоте различной концентрации по методике, описанной нами ранее [1]. Из рис. 1 видно, что железо полностью сорбируется из 8—11 N растворов HCl. С уменьшением концентрации кислоты сорбция железа постепенно понижается и начиная с 2N совсем прекращается.
Величину сорбционной способности элемента по отношению к тому или другому иониту можно определять различными способами. Многие считают, что наиболее простым и удобным в практическом отношении является метод определения коэффициента распределения элемента между раствором и ионитом. Этот метод мы использовали в нашей работе.
Цералит FF, очищенный от примесей железа, переводили в С1-фор-му и высушивали до воздушно-сухого состояния. После определения влажности, помещали в колбочки с притертыми пробками по 0,5 г смолы (из расчета на сухое вещество), заливали 50 мл стандартного раствора Fe3 + или Fe2+ в соляной кислоте различной концентрации и через 5 суток, по достижении равновесия, в растворах над смолой
89
Ге, миг
2 ч Ь в 10 12. нормальность на
Рис. 7. Зависимость сорбции железа цералитом РБ от концентрации НС!
» ■ *
* 6 8 10 /2 /4
0,1 N нее, мл
Рис. 2. Кривая элюирования железа 0,1 и. НС1
определяли железо. По результатам опытов рассчитывали коэффициент распределения по формуле [5]:
^ Мл V М — Мх т
где М\ — количество железа, сорбированное смолой, мг;
М — общее содержание железа в первоначальном растворе, мг;
V — объем расвтора над смолой, мл\
т — масса смолы, г.
В табл. 1 и на рис. 2 приводятся величины коэффициентов распределения трехвалентного железа в растворах HCl различной концентрации. По двухвалентному железу устойчивых данных мы не получили. Таким образом, было установлено, что наибольшую сорбцию железо проявляет в растворах 8—10 N соляной кислоты.
Кривая десорбции (рис. 3) показывает, что железо полностью вымывается 8—10 мл ОД N HCl.
Проведенные исследования легли в основу разработанного нами метода хроматографического концентрирования и фотометрического определения следов железа в различных материалах производства люминофоров.
Методика определения
В случае определения железа в соляной кислоте последнюю разбавляют до 8—10 N концентрации и пропускают через заранее подготовленную колонку, заполненную очищенным от примесей железа це-ралитом РР с величиной зерен в ОД—0,25 мм, заряженную в С1-форму. Скорость пропускания раствора 2—3 мл в минуту. Сорбированный комплекс промывают три раза особо чистой соляной кислотой той же концентрации, полученной изотермической перегонкой с последующей хроматографической очисткой [2]. Вымывают железо ОД N соляной кислотой. По мере прохождения разбавленной кислоты изменяется цвет анионита из темно-бурого для концентрированной НС1 в светло-крас-ный для ОД N раствора.
Когда высота темного кольца уменьшится до 0,5—1 см, закрывают кран, обмывают нижнюю часть колонки водой и в мерную колбу на 25 мл собирают 8—10 мл элюата.
В полученном растворе определяют железо фотометрическим методом с 2,2'дипиридилом. Для этого добавляют 2—3 капли фенолфталеина, аммиака дс розовой окраски раствора, соляную кислоту до обесцвечивания, 5 мл ацетатной буферной смеси для поддержания рН в пределах 3,3-4,5 и 1 мл 10%-ного солянокислого гидроксиламина.
Раствор перемешивают, нагревают до 50—60°С, добавляют 0,5 мл 2%-ного 2,2'-дипиридила, охлаждают, доводят объем водой до метки и измеряют оптическую плотность на фотоколориметре — нефелометре при толщине слоя 50 мм и зеленом светофильтре с максимумом пропускания в 508 ммк. Раствором сравнения служит вода. Одновременно замеряют оптическую плотность холостой пробы и вводят соответствующую поправку. Калибровочный график строят таким же образом.
В табл. 2 приведены результаты анализа соляной кислоты квалификации «х.ч.» образцов этой кислоты после очистки ее изопиестиче-ским методом и образцов этой кислоты, полученной однократной хроматографической очисткой. Как видно из приведенных данных, особо чистая кислота, практически полностью очищенная от следов железа, получается при последовательной ее очистке изотермическим и хрома-
Таблица 1
Сорбция железа анионитом марки «Цералит FF>
HCl, N Железо, мг Коэффициент распределения ,
добавлено сорбировано
0,5 3,08 не сорбируется
1,0 3,08 не сорбируется
3,0 3,08 0,06 1,9
4,0 3,08 0,68 28,3
5,0 6,16 2,16 54,0
6,0 9,24 5,84 171,7
7,0 30,12 23,02 324,2
8,0 30,12 24,52 437,8
9,0 30,12 26,37 703,2
10,0 30,12 26,72 785,9
11,0 30,12 25,32 527,5
нормальность
Рис. 3. Зависимость коэффициента распределения железа от концентрации HCl
тографическим способами или при двух- и более кратном пропускании кислоты квалификации «х.ч.» через хроматографическую колонку.
Таблица 2 Определение следов железа в соляной кислоте
Квалификация Взято для Количество Найдено железа, %
кислоты анализа, мл определений
X. ч.
Образец 1 Образец 2
14,5 525
5,2-Ю-6 7,7-Ю-6
х. ч., очищенная изотермическим способом
Образец 1 100 ,3 1,1 ю-6
Образец 2 270 1 1,7 ю-7
Образец 3 290 2 2,1 ю-7
Образец 4 275 1 6,7 ю-7
Образец 5 500 2 6,4 ю-7
х. ч. после однокроТ.ю? очистки цералитом РР
Образец 1 100 6 7,8 ю-7
Образец 2 100 6 1,7 ю-7
Образец 3 100 6 2,6 ю-7
Образец 4 100 2 3,4, ю-7
Образец 5 150 2 2,7 ю-7
х. ч. после двукратной очистки цератитом Р Р
Образец 1 100 6 нет
Образец 2 100 6 нет
Образец 3 150 2 нет
х. ч. посла последовательной однократной очистки уз )термическим способом и цералитом И Р
Образец 1 Образец 2 Образец 3
100 270 275
мет нет нет
При определении следов железа в карбонате кальция, гидрофосфатах аммония и кальция и люминофоре «Л-34», навеску анализируемого образца разлагают 8-10 N особо чистой соляной кислотой и полученный раствор пропускают через колонку с анионитом по методике, описанной выше. Результаты опытов приведены в табл. 3.
Таблица 3
Определение железа в продуктах производства люминофоров
Объект анализа, квалификация Навеска, г Количество определений Найдено железа, %
СаСОз, «ч" 1,0 9 4,76- кг4
СаС03, заводской 1,0 18 2,38 ю-4
(МН4)2НР04, кальбаум 1,0 8 0,94 10"4
ЫН4)2 НР04, ч. д. а. 0,5 10 7,78 10"4
(МН4)2НР04, заводской 0,5 2 2,38 ю-2
(ЫН4)2НР04) заводской 0,01 8 2,34 10"2
СаНР04, „ч\ 1,0 10 2,74 10"4
СаНР04, заводской 0,5 6 5,00 Ю-4
СаНР04, заводской 1,0 10 5,13 Ю-4
Люминофор „Л-34" 0,1 12 2,33 1(Г3
Выводы
Разработай высокочувствительный метод определения следов железа в некоторых материалах производства люминофоров, основанный на хроматографическом отделении и концентрировании железа в виде его хлоридного комплекса на сильноосновном анионите марки «Цера-лит FF» и фотоколориметрическом его определении с 2,2/-дипиридилом. Чувствительность метода 1.10 е—1.10- 7. Продолжительность анализа 1,5—2 часа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Р. Д. Г л у х о в с к а я, Ю. Л. Л е л ь ч у к. III научн. конф. Томского отд. ВХО им. Д. И. Менделеева. Томск, 1966.
2. Ю. Л. Лельчук, Р. Д. Г л у х о в с к а я. Изв. ТПИ, 148, 68, 1966.
3. Р. Д. Глуховская, Ю. Л. Лельчук. Тезисы докл. совещ. по анал. химии полупроводниковых веществ. Кишинев, 1965.
4. Ю. Л. Лельчук, П. В. Криста лев, Л. Л. С к р и п о в а, Л. Б. Криста-л е в а. Промышленность химических реактивов. Информационный бюллетень ИРЕА, 4, 109, М., 1964.
5. И. П. А л и м а р и н, Т. А. Б е л я в с к а я. Хроматография, ее теория и применение. 372. Изд. АН СССР. М., 1960.
