CC BY
22
УДК 543
КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ВИСМУТА ПОЛИМЕРНЫМ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИМ СОРБЕНТОМ ПОЛИСТИРОЛ-2-ОКСИ-(1-АЗО-1)-2-ОКСИ-5-ХЛОРБЕНЗОЛ В АНАЛИЗЕ ПРИРОДНЫХ ВОД
© 2014 Е. В. Дёмина1, Н. Н. Басаргин2
1 аспирант каф. химии e-mail: evgeniya-dyomina@yandex. ru
Курский государственный университет.
2 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 концентрирования висмута полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол с последующим инверсионно-вольтамперометрическим определением Bi(III) в природных водах. 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.
В настоящее время большой интерес представляет анализ редких элементов, к которым относится висмут. Сведения о распространенности висмута малочисленны из-за его низких концентраций и аналитических трудностей определения. Анализ природных вод с целью определения в них Bi (III) проводят с использованием различных химических и физико-химических методов анализа. Однако возможности последних не всегда достаточны для определения микроколичеств висмута в объектах сложного состава. В связи с этим важна разработка новых, чувствительных и эффективных методик для определения Bi (III) в природных водах на уровне значительно ниже действующего ПДК (0,1 мг/л). Одним из наиболее перспективных и экологически выгодных методов является сорбционное концентрирование с применением полимерных комплексообразующих сорбентов (ПКС). Сорбенты нетоксичны, устойчивы в растворах и сухом виде при длительном хранении.
В настоящей работе обсуждаются результаты исследования по извлечению и концентрированию микроколичеств висмута полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-(1-азо-1/)-2/-окси-5-хлорбензол, который оказался
наиболее эффективным из ряда изученных сорбентов данного класса для концентрирования микроколичеств висмута [Басаргин 2011]:
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОН
H,C
n
Ло
Cl
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 сорбции висмута.
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-окси-5-хлорбензол 3.4-6.6 1 98 30 21
Установлено, что количественная сорбция наблюдается при постоянном перемешивании на магнитной мешалке в интервале рН 3.4-6.6 (рис. 1).
pH
Рис. 1. Зависимость степени сорбции (R,%) Bi (III) сорбентом полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол от рН среды
Величина 50%-ной сорбции (рН50) висмута с данным сорбентом определена графически из зависимости (R) - рН и равна 1.
Продолжительность сорбции составляет 30 мин, оптимальная температура 20±2 °С (рис. 2).
Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2014. № 1
Дёмина Е. ВБасаргин Н. Н. Концентрирование висмута полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-(1-азо-1/)-2/-окси-5-хлорбензол в анализе природных вод
R,% 100 -|
90 -80 -70 -60 -
3
50 - 4 40 - 1
30 -20 -10 -
0 +
0
20
40
60
80
100
T, мин
Рис. 2. Зависимость степени сорбции (R,%) висмута (III) полистирол -2-окси-азо-2-окси,5-хлорбензолом от времени и температуры (1 - при 200С, 2 - при 400С, 3 - при 600С)
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 HCl (2 моль/л) либо 5 мл раствора HCl (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
Исследована возможность повышения избирательности сорбции с помощью маскирования посторонних элементов, содержание которых превышает установленные допустимые концентрации.
Разработанная методика предусматривает использование различных методов конечного определения висмута. Предпочтение было отдано методу инверсионной вольтамперометрии (ИВА), так как это один из наиболее универсальных методов определения, обладающий высокой чувствительностью и экспрессностью.
Низкий уровень содержания висмута в незагрязненных природных водах дал основание для введения в имеющуюся методику ИВА определения висмута в природных водах (МУ-08-47/13) некоторых коррективов. Введение дополнительного этапа концентрирования с помощью ПКС (минуя стадию упаривания пробы) позволило значительно сократить время анализа, а также снизить нижнюю границу определения висмута в водах, что позволяет вести определение Bi (III) в природных водах на уровне фоновых (кларковых) содержаний.
Определение элемента (после его десорбции из концентрата) проводилось на инверсионно-вольтамперометрическом анализаторе “АКВ-07”, управляемом через персональный компьютер (операционная система Windows ХР, программа Polar).
Разработанную методику использовали в анализе природных вод г. Курска (табл. 2).
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
Таблица 2
Результаты определения висмута в водах рек г. Курска методом ИВА после концентрирования сорбентом полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол (n=5, p= 0.95)
Объект анализа Найдено мг/л Sr
Р. Сейм (выше по течению) 0.0033 0.02
Р. Сейм (ниже по течению) 0.0067 0.01
Р. Тускарь 0.0078 0.03
Правильность определения ионов висмута после концентрирования на сорбенте проверяли методом "введено-найдено" на модельных растворах (табл.3).
Таблица 3
Результаты определения висмута в модельном растворе методом «введено_____________________________найдено» (n=5, p= 0.95)___________________________
Объект анализа Содержание мг/л Введено мг/л Найдено мг/л Sr
Модельный раствор 0.75 0.5 1.2 0.02
Таким образом, предлагаемая новая комплексная, экспрессная методика, включающая в себя предварительное концентрирование висмута полимерным комплексообразующим сорбентом полистирол-2-окси-(1-азо-1)-2-окси-5-хлорбензол с последующим инверсионно-вольтамперометрическим определением, позволяет количественно выделять Bi (III) из большого объема пробы со сложным фоновым составом и обеспечивает надежное, правильное определение его концентрации с достигаемой точностью (Sr = 0,01-0,03).
Библиографический список
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.
Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2014. № 1
