Концентрирование стронция полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-азо-2 /-окси-3,5-дисульфобензол в анализе минеральных вод Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 543

КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ СТРОНЦИЯ ПОЛИМЕРНЫМ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИМ СОРБЕНТОМ ПОЛИСТИРОЛ-2-ОКСИ-АЗО-2-ОКСИ-3,5-ДИСУЛЬФОБЕНЗОЛ В АНАЛИЗЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

© 2013 Е. В. Дёмина1, О. В. Мирошниченко2, Н. Н. Басаргин3

1 аспирант каф. химии e-mail:[email protected]

2ст. преподаватель каф. химии e-mail: [email protected]

Курский государственный университет.

3 докт. хим. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ e-mail:basargin. nik@mtu-net. ru

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Описана методика сорбционно-спектрофотрометрического определения стронция в минеральной воде, основанная на предварительном концентрировании полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-азо-27-окси-3,5-дисульфобензол. Количественное извлечение элемента происходит в статических условиях при рН=3.1-7.5. Правильность методики проверена методом добавок. Относительное стандартное отклонение составляет 0.01-0.03 при определении содержаний Sr (II) и-10"5%.

Ключевые слова: полимерные комплексообразующие сорбенты, стронций, концентрирование.

Анализ природных объектов сложного химического состава, содержащих микроколичества стронция, является актуальной задачей современной аналитической практики. Стронций относится к группе токсичных элементов и способен включаться в процессы обмена веществ у животных и человека. Избыток стронция в организме человека приводит к поражению костной ткани и печени. Токсичность этого элемента требует быстрых и точных методов его определения.

Прямое определение стронция в природных объектах в присутствии мешающих фоновых элементов приводит к снижению точности и чувствительности определения современными физико-химическими методами анализа. Поэтому в настоящее время перспективны исследования, направленные на повышение чувствительности и избирательности инструментальных методов анализа.

В последнее время для концентрирования и выделения различных элементов из объектов окружающей среды широко используются полимерные комплексообразующие сорбенты (ПКС). Важной характеристикой ПКС является наличие в их структуре химически активных функциональных аналитических групп (ФАГ), реагирующих с определяемым ионом микроэлемента с образованием комплекса. Применение сорбентов позволяет значительно снизить пределы обнаружения элементов, устранить влияние матричных компонентов, повысить при этом точность, воспроизводимость и чувствительность анализа, сократить время пробоподготовки.

В настоящей работе обсуждаются результаты исследования по извлечению и концентрированию микроколичеств стронция полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-азо-2-окси-3,5-дисульфобензол, который оказался наиболее эффективным из ряда изученных сорбентов данного класса для концетрирования микроколичеств стронция [Басаргин 2011]:

НО

НО §ОзИ 4 8ОзИ

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 1992].

В таблице 1 приведены аналитические характеристики процесса хемосорбции стронция.

Таблица 1

Оптимальные условия сорбции стронция (II) полимерными хелатными сорбентом полистирол-2-окси-азо-2 -окси-3,5-дисульфобензол (температура 20 ± 2 С).

Сорбент РНопт рН50 Я.% т. мин СЕСМе. мг/г

полистирол-2-окси-азо-2'-окси-3,5-дисульфобензол 3.1-7.5 1.3 100 20 18

Установлено, что количественная сорбция (Я>97%) наблюдается при постоянном перемешивании на магнитной мешалке в интервале рН 3,1 - 7,5 (рис. 1).

100 -| 90 -80 -70 -60 -50 40 30 20 -10 -0

-•—♦-

0 1 2 3 4 5 6 7

-1-1-1-1-1-1-Г-

8 9 10

рн

Рис. 1. Зависимость степени сорбции (Я,%) стронция (II) сорбентом полистирол-2-окси-азо-2-окси-3,5-дисульфобензол от рН среды

Величина 50%-ной сорбции (рН50) стронция с данным сорбентом определена графически из зависимости (Я) - рН и равна 1.3.

6

Дёмина Е. В., Мирошниченко О. В., Басаргин Н. Н. Концентрирование стронция полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-азо-2/-окси-3,5-дисульфобензол

в анализе минеральных вод

Продолжительность сорбции составляет 20 мин., оптимальная температура 20±2 °С (рис. 2).

R,%100 и 90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -0 -

0

20

40

60

80

♦ 1

100 Т,мин

Рис. 2. Зависимость степени сорбции (Я,%) стронция (II) от времени и температуры сорбентом полистирол-2-окси-азо-2 -окси-3,5-дисульфобензол (1- при 200С, 2- при 40 с, 3 - при 600С)

Сорбционная емкость сорбента (СЕС) по извлекаемому металлу, характеризует количество миллиграммов катиона элемента, сорбируемое граммом сорбента, и составляет 18 мг Бг/г сорбента.

Известная структура ФАГ, установленные корреляции рК'ОН' - 1§Р, рН50 - о позволяют предложить наиболее вероятную структуру образующегося комплекса стронция с ФАГ сорбентов:

НО ^^

£ - 0 ^н

^П 4 8°зН

где • - Sr2+ .

В данной структуре комплекса катион стронция связан валентной связью с атомом фенольного кислорода, координационной - с атомом азота азогруппы и второй координационной связью - с кислородом фенольной группы. Один заряд « + » на атоме стронция компенсируется анионом буферного раствора.

Изучение влияния посторонних матричных элементов на сорбцию стронция показало, что данный сорбент обеспечивает количественное извлечение элемента в присутствии и-105 кратных массовых количеств K+, Na+, NH4+, NO3"; n-104 - Ca2+, Mg2+, Ba2+, Cl"; n-103 - Cu2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+, SO42"; ^102 - Al3+, Bi3+, Cr3+.

Исследована возможность и определены условия десорбции стронция после концентрирования на предлагаемом сорбенте. Количественно десорбировать стронций с сорбента позволяет промывка концентрата на фильтре 20 мл 2М HCl. При этом

возможно многократное использование регенерированного сорбента для процессов концентрирования, при этом сорбционная емкость сорбента не изменяется.

Исследована возможность повышения избирательности сорбции с помощью маскирования посторонних элементов, содержание которых превышает установленные допустимые концентрации.

Ход анализа. В коническую колбу вместимостью 250 см3 отмеривают 100 мл минеральной воды, кипятят 5 мин с обратным холодильником для удаления двуокиси углерода. Раствор охлаждают до температуры 200 С. Пробу воды консервируют путем добавления 1 см3 азотной кислоты, разбавленной в отношении 1:5.

К пробе добавляют 0.1 г сорбента полистирол-2-окси-азо-2-окси-3,5-дисульфобензол в Н-форме, устанавливают оптимальную для сорбции величину рН в интервале 3.1-7.5 и перемешивают на магнитной мешалке в течение 20 мин. при температуре 20±2 °С. Сорбент отфильтровывают на фильтр «синяя лента» промывают 2-3 раза дистиллированной водой. Далее десорбируют Бг (II), промывая сорбент на фильтре 20 мл раствора соляной кислоты (2 моль/л). Параллельно проводят холостой опыт, включающий все используемые реактивы и сорбент. Количественное определение Бг (II) в полученном растворе проводят спектрофотометрическим методом с реагентом нитхромазо [Крешков, Кузнецов 1968].

Правильность определения стронция после концентрирования проверяли методом добавок на стандартных образцах водных растворов (табл. 2).

Таблица 2

Проверка правильности концентрирования ионов стронция сорбентом полистирол-2-окси-азо-2-окси-3,5-дисульфобензол в минеральной воде методом

добавок (п=5, р= 0.95)

Элемент Содержание мг/л Введено мг/л Найдено мг/л Бг

Бг 6.25 2 8.2 0.02

Результаты анализа минеральных вод разработанным комплексным методом приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты сорбционно-спектрофотометрического определения стронция сорбентом полистирол-2-окси-азо-2-окси-3,5-дисульфобензол в минеральных водах

(п=5, р= 0.95)

Объект анализа Найдено мг/л Бг

Минеральная вода «Нарзан» 12.2 0.02

Минеральная вода «Архыз» 17.5 0.01

Минеральная вода «Ессентуки 4» 2.2 0.03

Минеральная вода « Славяновская» 3.5 0.03

Таким образом, предлагаемая новая комплексная экспрессная методика, включающая в себя предварительное концентрирование стронция полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-азо-2 -окси-3,5 -дисульфобензол, позволяет количественно выделять стронций из большого объема пробы со сложным фоновым составом и обеспечивает надежное, правильное определение его концентрации с достигаемой точностью (Бг = 0.01-0.03).

Дёмина Е. В., Мирошниченко О. В., Басаргин Н. Н. Концентрирование стронция полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-азо-2/-окси-3,5-дисульфобензол

в анализе минеральных вод

Библиографический список

Басаргин Н.Н., Демина Е.В., Аникин В.Ю., Кометиани И.Б. Исследование процесса сорбции Бг(П) 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.

Басаргин Н.Н., Оскотская Э.Р., Симакова О.Е., Дорофеева Е.А. Теоретические и практические аспекты применения полистирол-азо-замещенных сорбентов с о,о'-диокси-азогруппировкой в анализе объектов окружающей среды на содержание Бе,Сё, Бс, У, Со, N1. Орел: ОГУ; М.: ИГЕМ РАН; М.:ООО «Картуш», 2006. Т. 1. 173 с.

Крешков А.П., Кузнецов В.В. Фонометрическое определение Бг2+ с реагентом нитхромазо в солях бария // Заводская лаборатория. 1968. Т. 34. № 2. С. 134-136.