CC BY
12УДК 543.54
К.Э. Магомедов, С.Д. Татаева, Р.З. Зейналов
Сорбционное концентрирование и спектроскопическое определение меди(11) и цинка(П) амберлитом модифицированным диазокрасителем
Дагестанский государственный университет, e-mail: m_kurban@mail.ru
Определены оптимальные условия сорбции Cu2+ и Zn2+ на новой фазе АМБ - ант-2СООН. Предложена методика концентрирования и количественного определения ионов меди и цинка в геотермальных водах. Правильность результатов проверена методом «введено - найдено». Оптимальное стандартное отклонение в пределах 0,01^0,04.
Ключевые слова: адсорбция, десорбция, амберлит, спектроскопия, медь, цинк, методика, геотермальная вода.
Optimum conditions of sorption are determined Cu2+ and Zn2+ on new phase amberlite - ant-2COOH. Method of concentrating and quantitative definition of ions of copper and zinc in thermal waters is offered. Correctness of results is checked with method «is entered - is found». Optimum standard deviation within 0,0R0,04.
Keywords: adsorption, desorption, аmberlite, spectroscopy, copper, zinc, technique, geothermal water.
Для повышения чувствительности определения следовых количеств токсичных веществ в различных объектах окружающей среды и их избирательного концентрирования, разделения и эффективного извлечения широкое применение находят сорбенты с заданными свойствами. Большой интерес химиков-аналитиков привлекает иммобилизация органических хелатных и ряда неорганических реагентов на твердые носители с целью их использования для концентрирования, разделения и определения различных веществ [1]. Одним из вариантов является модификация ионообменников [2]. Большая группа известных органических реагентов иммобилизована на анионообменниках для чувствительного определения многих ионов металлов при анализе объектов окружающей среды сорбционно-спектроскопическими методами [3]. Эти методы выше по чувствительности и селективности по сравнению с экстракционно-фотометрическими [4, 5].
Цель работы - изучение адсорбции меди и цинка на модифицированном сорбенте амберлит - антипирин-2СООН (АМБ - ант-2СООН), с последующим спектроскопическим определением.
Изучали влияние кислотности и времени контакта фаз на степень извлечения ионов металлов модифицированным сорбентом.
Степень сорбции %) рассчитывали по формуле
c — с R,% -^ -100,
где сисх - исходная концентрация реагента, мг/мл; сраен - концентрация реагента после сорбции, мг/мл.
Статическую емкость сорбента по отдельным элементам (СЕСМ"+) рассчитывали методом насыщения, при выбранных оптимальных условиях, по формуле:
C1 — C 2 CECMen+ = g F'
с
исх
где СЕСм"+ - сорбционная емкость сорбента по ионам металла, мг/г; С1 и С2 -концентрация ионов металла в исходном растворе и в фильтрате соответственно,
мг/мл; V- объем фильтрата, мл; g- масса сорбента, г.
R, %
100
Рис. 1. Зависимость степени сорбции ионов меди и цинка фазой АМБ - ант-2СООН от кислотности среды
Как видно из рис. 1, оптимальной кислотностью среды (рНопт) для сорбции ионов меди фазой АМБ - ант-2СООН явилось 5,0-10,0 (рНтах = 5,0). Цинк максимально поглощается при рН 8,5-10,0 (рНтах = 9.0).
Время сорбции ионов исследуемых элементов определяли экспериментально в интервале 10-110 мин. при оптимальной кислотности среды. Анализ рис. 2 показал, что максимальная адсорбция ионов меди и цинка достигается за 20 и 45 мин. соответственно.
Cu
Zn
R, %
100
95 90 85 80 75 70 65 60 55
50 t, МИН
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Рис. 2. Зависимость степени сорбции меди и цинка от времени контакта фаз
Статическая ёмкость сорбента по Cu составляет 7,5 мг/г, по Zn - 3,0 мг/г. Для десорбции ионов металлов с поверхности модифицированного сорбента в качестве элюентов использовали минеральные кислоты: соляную и серную разной молярности (0,5 М, 1 М, 2 М и т. д.).
Количественная десорбция Cu2+ и Zn2+ происходит при элюировании их из концентрата 6 мл раствора 4 М HCl или 8 мл раствора 2 М H2SO4. Степень десорбции в этих случаях составляет 92-93 %.
Объектами анализа на содержание меди и цинка в данной работе являются пластовые воды Берикейского и Махачкала - Таркинского месторождений Дагестана.
Cu
Zn
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Сисх, мг Рис. 3. Кривые насыщения АМБ - ант-2СООН ионами меди и цинка
Состав исследуемой геотермальной воды представлен в табл. 1. Геотермальные воды представляют собой сложные солевые растворы, в которых наряду с минеральными макрокомпонентами содержатся органические соединения [6]. Микроэлементы могут находиться в пробе в катионных, анионных, коллоидных формах, в виде нейтральных комплексов или в виде суспензий, могут адсорбироваться на взвешенных частицах. Для извлечения следовых количеств меди и цинка перед процессом концентрирования необходимо перевести их в подвижные ка-тионные формы, которые могут сорбироваться изучаемыми сорбентами в оптимальных условиях. Для разрушения комплексов определяемых элементов с органическими веществами и растворения гидролизованных форм элементов к 1000 мл пробы геотермальной воды добавляют 6 мл разбавленной (1:1) серной кислоты, 1 г персульфата аммония и нагревают до кипения. Пробу оставляют на час, затем избыток кислоты нейтрализуют аммиаком до рН 2.
Таблица 1. Состав пластовых вод изучаемых месторождений по данным Института проблем геотермии г. Махачкалы
8
1
0
Наименование Берикейское Махачкала - Таркинское
показателя месторождение месторождение
Бедит, м3/сут. 4000 120
Т, 0С 40-55 30-35
р, г/см3 1,047 1,017
рН 6,4-6,7 7,4-7,6
Li , мг/дм 39,2 19,9
К+ 590 220
Na+ 24060 107000
Rb+ 3,6 не опр.
Cs+ 0,6 не опр.
Mg2+ 270 83
Ca2+ 1400 473
Sr2+ 260 14
Ba2+ 230 не опр.
Р^общ. 23 23
Cl- 41050 17186,6
Br- 165 93,6
I- 15 42
HCO3- 1350 528
SO42- - 530,3
H3BO3 330 778
H2SiO3 24 -
ХПК, мгО2/дм3 720 1248
Минерализация, мг/л 70486 31938,5
Методика концентрирования элементов фазой АМБ - ant-2COOH, с последующей десорбцией и определением их в элюате методом атомно-абсорбционной спектроскопии, включает в себя следующие этапы:
- отбор проб;
- сорбционное концентрирование катионов определяемых элементов в виде устойчивых комплексов с ФАГ сорбентов в оптимальных для групповой сорбции условиях (рН, время сорбции, масса сорбента и объем раствора для сорбции; наличие сопутствующих ионов и веществ, маскирующих мешающие элементы);
- десорбция ионов элементов раствором минеральной кислоты;
- определение содержания ионов меди и цинка в элюате методом атомно-абсорбционной спектроскопии.
Ход анализа. К 1 л отфильтрованной от механических примесей анализируемой воды добавляли 6 мл разбавленной H2SO4 (1:1) и 1,0 г персульфата аммония для разрушения комплексов меди и цинка с органическими примесями, содержащимися в геотермальной воде. Пробу кипятили 15 минут и отстаивали в течение 60 минут. Избыток кислоты нейтрализовали добавлением 10%-ного раствора аммиака до рН 2,0. Затем добавили 0,5 г модифицированного сорбента, создавали оптимальные рН 0,1 М растворами NaOH и HCl (рНопт. = 8,5). Раствор перемешивали на магнитной мешалке в течение заранее установленного оптимального времени (tcm-r. = 45 мин. для фазы АМБ - ant-2COOH) при комнатной температуре. Затем анализируемую воду с сорбентом пропускали через фильтр «синяя лента» для отделения системы «сорбент - сорбат». Сорбент промывали несколько раз дистиллированной водой, затем элюировали определяемые элементы 6 мл 4 М раствора HCl. Степень концентрирования (SK) равна 167. Содержание определяемых компонентов контролировали методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Для построения градуировочных графиков применяли стандартные растворы Cu и Zn, приготовленные на 4 М HCl.
Правильность нового комплексного способа определения микроколичеств меди и цинка после группового концентрирования доказана методом добавок на образцах геотермальной воды (табл. 2).
Таблица 2. Результаты определения меди и цинка в геотермальных водах
Дагестана
Название месторождения Название сорбента Элемент Метод добавок Sr
введено, мг/л найдено, мг/л
Берикейское АМБ - ant-2COOH Cu 0 0,61 0,04
0,10 0,73 0,02
0,20 0,79 0,01
Zn 0 15,8 0,03
10,0 25,6 0,02
20,0 35,9 0,01
Махачкала -Таркинское АМБ - ant-2COOH Cu 0 0,033 0,01
0,01 0,045 0,03
0,02 0,049 0,02
Zn 0 0,092 0,03
0,01 0,101 0,01
0,02 0,109 0,01
Разработанная методика группового концентрирования ионов меди и цинка амберлитом, модифицированным органическим реагентом класса 2,7-бис-азо-производных хромотроповой кислоты (антипирин-2СООН), позволила с достаточной точностью (Sr = 0,02-0,04) определить содержание ионов элементов с концентрациями порядка n-10-1 мг/л в больших объёмах проб геотермальной воды сложного состава.
Предложенная методика расширит ассортимент методов определения содержания меди и цинка в различных водах с использованием фазы АМБ - ant-2COOH, повышая чувствительность, в среднем на порядок, по сравнению с определением этих же элементов с использованием наиболее часто практикуемого экстракционного варианта концентрирования [5].
Выводы
2+ 2+
1. Определены оптимальные условия сорбции Cu и Zn на новой фазе АМБ
2+
- ант-2СООН. Медь количественно извлекается за 20 мин. при рН 5-10; СЕССи =
7,5 мг/г, а количественное извлечение ионов цинка наблюдалось при
2+
рН 8,5-10 за 45 мин., СЕС^ = 3 мг/г. Можно применить данный метод для анализа меди и цинка в различных объектах.
2. Количественная десорбция Cu2+ и Zn2+ происходит при элюировании их из концентрата 6 мл раствора 4М HCl или 8 мл раствора 2М H2SO4. Степень десорбции в этих случаях составляет 92-93 %.
3. Предложена методика концентрирования и количественного определения ионов меди и цинка в геотермальных водах. Правильность результатов проверена
методом «введено - найдено». Оптимальное стандартное отклонение в пределах Бг = 0,01-0,04.
Литература
1. Зайцев В.Н. Комплексообразующие кремнеземы: синтез, строение привитого слоя и химия поверхности. - Харьков: Фолио, 1997. - 239 с.
2. Татаева С.Д., Алиева З.Ш., Гамзаева У.Г. Иммобилизация амберлита некоторыми производными хромотроповой кислоты с целью концентрирования цинка и меди // Всероссийская конференция «Аналитика России» (Москва. 27 сент. - 1 окт. 2004). - ??? С. 127.
3. Савин С.Б., Михайлова А.В. Модифицированные реагенты // Журнал аналитической химии. 1996. Т. 51, № 1. - С. 52.
4. Татаева С.Д., Татаев О.А., Керимова К.Н. Получение и изучение комплексов меди с производными 3-амино-антипирина // Межвузовский сборник. Физико-химические методы анализа и контроля производства. - Махачкала, 1981. - С. 48-51.
5. Татаева С.Д., Татаев О.А., Басаргин Н.Н., Розовский Ю.Г. Экстакционно-фотометрическое определение меди с антипириновыми красителями и их применение в аналитической химии // Тезисы докладов. Пиразолоны в аналитической химии. - Пермь, 1980. - С. 87.
6. Рамазанов А.Ш. Химико-технологические проблемы комплексного использования геотермальных вод Дагестана. Стандартизация геотермических исследований в тектонически активных районах // Сборник научных трудов. Институт проблем геотермии ДагФАН СССР. - Махачкала, 1987. Вып. 7. - С. 164-168.
