CC BY
50
УДК 543.257.2
А.Ш. Шахабудинов, Е.В. Плохих
НОВЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛОРИДА И НИТРАТА НАТРИЯ С ДВУМЯ ИНДИКАТОРНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
На основе применения ионоселективных электродов (натрий-, хлорид- и нитрат-селективного) предложен метод, позволяющий в два раза повысить крутизну кривых «потенциал - показатель концентрации» солей натрия (ЫаС1 и ЫаЫО3) за счет суммирования ЭДС двух индикаторных электродов, что в свою очередь повышает точность определения названных солей прямой потенциометрией.
Ключевые слова: прямая потенциометрия с двумя индикаторными электродами, натрий-селективный, хлорид-селективный, нитрат-селективный электроды.
Современная медицинская практика опирается на использование лекарственных препаратов, обеспечивающих эффективную и надежную нормализацию состояния больных. Необходимость контроля качества и количественного содержания препаратов, проверки их при определенных условиях хранения требуют работы над усовершенствованием старых и разработки новых методов определения. Исследование биологических жидкостей является основой клинического анализа. Весьма актуальной на сегодняшний день является проблема определения ионов натрия в биологических объектах.
Биологическая роль натрия достаточно весома для человека, так как он выполняет немало функций, которые просто необходимы для нормальной жизнедеятельности нашего организма: помогает регулировать кислотный и водный баланс в организме из внеклеточной среды, способствует нормализации кровяного давления, участвует в транспортной системе клеточной оболочки, необходим для нормальной деятельности нервной и мышечной системы.
Исходя из того, что аналитическая химия соединений натрия не отличается богатым перечнем методов определения, мы предпочли целесообразным повысить точность определения названных соединений, предложив метод потенциометрии с двумя индикаторными электродами.
В большинстве работ, имеющихся в литературе, изучена общая концентрация натрия в биологических жидкостях [2,3]. Определение активности ионов натрия стало возможным благодаря внедрению в практику метода прямого потенциометрического анализа с применением ионоселективных электродов (ИСЭ). Но точность прямого потенциометрического анализа недостаточно велика, поскольку определяемой величиной служит логарифм концентрации (активности), а не сама концентрация: ENacЭ=Econst +
0,059^(а№).
С целью повышения точности определения соединений натрия предлагается новый метод определения не ионов солей, а самих соединений. Это обеспечивается путем использования двух индикаторных электродов: на - натрий-селективный и хлорид-
селективный электроды, на NaNOз - натрий-селективный и нитрат-селективный электроды, что позволяет повысить крутизну кривых «потенциал - концентрация соли натрия» за счет суммирования ЭДС двух индикаторных электродов.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
1) определение важнейших электрохимических характеристик натрий-селективного, нитрат-селективного и хлорид-селективного электродов (электродная функция, ее крутизна, предел обнаружения, время отклика, селективность);
2) определение названных характеристик в двухэлектродных вариантах;
3) сравнительная характеристика результатов определения соединений натрия с одним индикаторным электродом и с двумя.
В основе потенциометрических измерений лежит зависимость равновесного потенциала индикаторного электрода (в нашем случае натрий-селективного) от активности (концентрации) определяемого иона.
Возникновение потенциала мембранного ионоселективного электрода обусловлено ионообменными процессами на границе электрод-раствор. Важнейшей составной частью этих электродов является полупроницаемая мембрана - тонкая пленка, отделяющая внутреннюю часть электрода (внутренний раствор) от анализируемого и обладающая способностью пропускать преимущественно ионы только одного вида.
Специфичность натриевого стеклянного электрода достаточно высока, что и обеспечило его широкое применение в медико-биологических исследованиях [4].
Исследования выполнялись на универсальном иономере ЭВ-74. В качестве индикаторных электродов использовались: а) натрий-селективный электрод марки ЭСЛ-51-07, б) нитрат-селективный марки ЭИ-Ы03-01 и в) хлорид-селективный типа 17-27. Электродом сравнения служил хлорсеребряный электрод.
Для приготовления рабочих растворов нитрата и хлорида натрия были использованы названные соли натрия марки «ч.д.а.». Головные растворы были 2,0 М концентрации. Для
построения градуировочных графиков в координатах «Е - раиона» использовали стандартные растворы названных солей натрия, приготовленные последовательным разбавлением исходных растворов NaNO3 и NaCl.
Для выяснения возможности определения нитрата и хлорида натрия в объектах натрий-селективный, нитрат-селективный и хлорид-селективный электроды калибровались по растворам NaNO3 и NaCl в интервале концентраций 10-5 - 100 М в элементе без переноса. Натрий-селективный электрод калибровался по следующей схеме:
Ag | Ag, KCl (нас.) : NaCl M | мембрана | NaCl 0,1 M, AgCl | Ag.
По данным калибровки этого индикаторного электрода, равно как и нитрат-селективного и хлорид-селективного электродов, определялись следующие электрохимические характеристики: а) нернстовская область электродной функции, б) крутизна электродной функции (угловой коэффициент наклона градуировочного графика), в) предел обнаружения потенциалопределяющего иона (Cmin,p), г) время отклика.
Результаты калибровки ионоселективных электродов, использованных для определения хлорида натрия в водных растворах. Для построения градуировочных графиков в координатах «Е - раиона» использовали стандартные растворы NaCl, полученные последовательным разбавлением (на порядок) исходного 2М раствора. Из испытанных ионоселективных электродов были выбраны лучшие. Экспериментальные данные калибровки выбранных электродов в водных растворах хлорида натрия представлены в таблицах №1 и №2.
По данным калибровки электродов построены градуировочные графики в координатах «Е - раиона» (рис. 1 и 2). Как следует из этих данных, натрий-селективный электрод проявляет функцию близкую к теоретической в интервале концентраций от 3,0*10- до 2,0 М растворов с угловым коэффициентом 53±2 мВ/pNa. При воспроизведении электродного потенциала 2 мВ в среднем предел обнаружения составляет
3,0*10-3 М.
Что касается хлорид-селективного электрода, как следует из таблицы №2 и рис. 2, он тоже проявляет функцию близкую к теоретической в интервале концентраций хлорид-ионов
растворов. Крутизна функции этого электрода ненамного отличается от крутизны натрий-селективного электрода и составляет 50 мВ.
Таблица №1
Экспериментальные данные для определения важнейших электрохимических характеристик натрий-селективного электрода в водных растворах №С1.
№ СМ NaCl Е, мВ S, крутизна S Диапазон линейности Опт, предел обнаружения Время отклика
1 Растворитель (Н2О) - - 62
2 2*10-4 3,7 -51
3 2*10-3 2,7 -25 51 3,0*10-3-2,0М 3,0*10-3 М 1 мин
4 2*10-2 1,7 26 54
5 2*10-1 0,7 80 59 55
6 2*100 -0,3 139
юо
50 О -50 ЮО -150 -200 -250 -ЗОО -350
Рисунок 1. Электродная функция натрий-селективного электрода в водных растворах хлорида натрия. Электрод сравнения - хлорид серебряный. Таблица №2
Экспериментальные данные для определения важнейших электрохимических характеристик хлорид-селективного электрода в водных растворах NaCl.
№ См NaCl рС1 Е, S, S Диапазон Cmm, предел Время
мВ крутизна линейности обнаружения отклика
1 Растворитель - 207
(Н2О)
2 2*10-4 3,7 222
3 2*10-3 2,7 179 3,0*10-4-2,0М 3,0*10-4 М 1 мин
51
4 2*10-2 1,7 128
50
5 2*10-1 0,7 78 50
50
6 2*100 -0,3 28
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 19, 2010. -\-
Рисунок 2. Электродная функция хлорид-селективного электрода в водных растворах хлорида натрия. Электрод сравнения - хлорид серебряный.
В таблице №3 и рис. 3 приведены результаты опробирования двухэлектродного варианта для определения концентрации хлорида натрия в водных растворах.
Таблица №3
Экспериментальные данные для определения важнейших электрохимических характеристик варианта с двумя индикаторными электродами (натрий-селективный и хлорид-селективный) в водных растворах NaCl.
№ См NaCl рша Е, мВ S, S Диапазон Cmin, предел Время
крутизна линейности обнаружения отклика
1 Растворитель - -337
(Н2О)
2 2*10-4 3,7 -236
3 2*10-3 2,7 -175 8,0*10-4-2,0М 8,0*10-4 М 1 мин
92
4 2*10-2 1,7 -83
102
5 2*10-1 0,7 19 101
108
6 2*100 -0,3 127
Рисунок 3. Градуировочный график для определения концентрации хлорида натрия с двумя индикаторными электродами ^аСЭ и С1СЭ) в водном растворе.
В этом случае вместо электрода сравнения в электрохимической ячейке, наряду с индикаторным натрий селективным, подключался хлорид-селективный электрод. Как следует из полученных результатов (таблица №3 и рис. 3), преимущество двухэлектродного варианта очевидно. Действительно, наклон градуировочного графика при этом возрастает примерно в два раза, что предполагает возрастание чувствительности этой электрохимической ячейки на изменения концентрации хлорида натрия. Предел обнаружения составляет 8,0*10-4 М, а крутизна в среднем 101 мВ.
Результаты калибровки ионоселективных электродов, использованных для определения нитрата натрия в водных растворах. Как и в случае определения хлорида натрия, предварительно была проведена калибровка ряда нитрат-селективных электродов и выбран среди них лучший (Б = 46 мВ, диапазон линейности 10-4М - 1М, СШт = 10-4 М). Затем, собрав устройство, позволяющее определить крутизну кривых «потенциал -показатель концентрации NN03» за счет суммирования ЭДС натрий-селективного и нитрат-селективного электродов, испытали его на водных растворах №а№03.
Таблица №4
Экспериментальные данные для определения важнейших электрохимических характеристик варианта с двумя индикаторными электродами (натрий-селективный и нитрат-селективный) в водных растворах №а№03.
№ СМ №а№03 р№аШ3 Е, мВ 8, Б Диапазон Ст1П, предел Время
крутизна линейности обнаружения отклика
1 Растворитель - - 405
(Н2О)
2 10-5 5 -337
3 10-4 4 -327 10-4-100 М 10-4 М 1 мин
71
4 10-3 3 -256
101
5 10-2 2 -155 91
101
6 10-1 1 -54
94
7 10° 0 40
Рисунок 4. Градуировочный график для определения концентрации нитрата натрия с двумя индикаторными электродами ^аСЭ и NOзСЭ) в водном растворе.
Как следует из таблицы №4 и рис. 4 двухэлектродный вариант намного предпочтительнее, поскольку средняя крутизна составляет 91 мВ, что делает этот метод более точным. Что касается диапазона (интервала прямолинейности зависимости потенциала от концентрации ионов соли), то он примерно на 2 порядка шире, чем при одноэлектродном варианте. Из рис. 4 видно, что линейная зависимость концентрации нитрата натрия от ЭДС неодинаковой крутизны по всему диапазону. Следовательно, большие концентрации NaNO3 могут быть определены с меньшей погрешностью, чем малые.
Разработанный способ прямого потенциометрического определения хлорида и нитрата натрия с двумя индикаторными электродами (№СЭ и С1СЭ - в первом случае, №СЭ и NOзСЭ - во втором) позволяет повысить чувствительность на изменения концентраций названных солей в растворах примерно в два раза. Если в литературе приводятся сведения о селективных электродах на конкретные ионы, то изученные нами пары электродов работают в комплексе для определения веществ в целом.
Библиографический список
1. Деркасова В.Г., Москаленко Л.А., Квадиева Г.И. ЖАХ, 1990, №4, с. 773.
2. Иванов В.М., Семененко К.А., Прохорова Г.В. и др. Натрий. Аналитическая химия элементов. Монография. Москва: Наука, 1986, 255 с.
3. Никольский Б.П., Матерова Е.А. Ионоселективные электроды. - Л.: Химия, 1980, 240 с.
4. Стась И.Е., Недякина И.А., Шипунов Е.А. ЖАХ, 2003, №10, с. 1072.
A S. Shakhabudinov, E. V. Plokhih
Some aspects of the Potentiometrie methods for determining sodium compounds
On the basis of ion-selective electrodes (sodium, chloride and nitrate-selective) proposed a method that allows twice to increase the slope of the curves "potential - concentration index" of sodium salts through the summation EMF of two indicator electrodes, which in turn increases the accuracy of these salts direct potentiometry.
Keywords, direct potentiometry with two indicator electrodes, sodium-selective, chloride-selective, nitrate-selective electrodes.
Шахабудинов Абдулзапир Шахабудинович (р.1947) доцент кафедры аналитической химии химического факультета Дагестанского государственного университета. Кандидат химических наук (1972). Окончил Дагестанский государственный университет (1969). Область научных исследований: электрохимические методы анализа. Автор более 40 научных трудов.
Плохих Екатерина Владимировна (р.1987) аспирантка кафедры химии технологического факультета Дагестанского государственного технического университета. Окончила Дагестанский государственный университет (2009). Область научных исследований: химия гетероциклических соединений.
