Способ количественного определения хрома (iii) в присутствии алюминия (iii) и железа (iii)

 

Использование: изобретение относится к бумажной хроматографии неорганических веществ, хрома, железа и алюминия. Сущность изобретения: анализ проводят на хроматографической бумаге FN-3 в элюенте, представляющем собой смесь ацетона, ацетонитрила и воды при их соотношении (2,5 3,5) (0,15 0,25) 1. 3 табл.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к хроматографическому определению хрома (III) в присутствии железа (III) и алюминия (III).

Определение содержания хрома в присутствии алюминия и железа является важной аналитической задачей, так как известно мало способов определения хрома и особенно в присутствии посторонних ионов.

Известен способ тонкослойной хроматографии при разделении Ni, Co, Mn, Cr в виде пятен. В качестве подвижной фазы использовали смесь ацетон-соляная кислота. После опрыскивания рубеановой кислотой качественно устанавливали наличие ионов. Погрешность определения 9-22% (Рябчиков Д.И. Волынец М.П. и Копнева Л.А. Тонкослойная хроматография в неорганическом анализе. IV. Микрохимический анализ космической пыли. ЖАХ, 24, 72, 1969).

Однако известный способ неселективен, длителен, имеет низкую чувствительность и большую погрешность определения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ хроматографического разделения Fe, Al, Cr на бумаге ватман N 1 или N 4 в виде пятен. В качестве подвижной фазы использовали ледяную уксусную кислоту с 25% -ным метанолом. Проявление образовавшихся пятен проводят последовательно на двух половинках листа бумаги из-за близких значений Rf. (Burstall F.H. Davies G.R. Linstead R.P. Wells R.A. Chem. Soc. 1950, с. 516; Хайе И.М. и Мацек К. Хроматография на бумаге. М. ИЛ, с. 693).

Недостатком известного способа является сложность, большая продолжительность определения, многостадийность хроматографирования и фотоколоpиметрирования. Способ неизбирателен, малочувствителен и имеет значительную погрешность (10-15%).

Задачей изобретения является разработка количественного определения хрома в присутствии алюминия и железа, упрощение способа, повышение чувствительности, точности и экспрессности.

Это достигается тем, что анализируемую пробу, содержащую ионы хрома (III), растворяют в воде и хроматографируют полученный раствор. Хроматографирование ведут на необработанной хроматографической бумаге с развитием хроматограммы в смеси ацетон:ацетонитрил:вода при объемном соотношении компонентов (2,5-3,5): (0,15-0,25): 1 с последующим проявлением бесцветных пиков определяемых ионов протягиванием хроматографической полоски бумаги через 0,015-0,025% -ным спиртовый раствор дитизона. Определяют содержание хрома (III) по высоте проявленных пиков, пик хрома окрашен в оранжевый цвет.

Хроматографирование на хроматографической бумаге FN-3 упрощает способ, так как отпадает необходимость длительной подготовки бумаги. В предлагаемом способе на одно определение уходит 30-50 мин, а в известном способе 12-20 ч, минимальное определяемое количество (чувствительность) для ионов хрома (III) составляет 0,150 мкг, а в известном способе 20 мкг.

Погрешность определения в предлагаемом способе при определении 0,90 мкг хрома 4% (в пересчете на предлагаемый способ погрешность определения хрома меньше 0,1% ). Предлагаемый способ экспрессен, так как определение хрома в присутствии алюминия и железа не требует их предварительного разделения при нанесении растворов на хроматографическую бумагу. Наличие алюминия не мешает определению хрома и железа, и наоборот, присутствие железа не мешает определению алюминия и хрома, что говорит о селективности способа.

Высота и форма пиков хрома (III) зависит от содержания ацетона в подвижной фазе, которая содержит смесь ацетон:ацетонитрил:вода в соотношении (2,5-3,5):(0,15-0,25):1. Уменьшение ацетона в подвижной фазе меньше 2,5 приводит к плохому формированию пиков, вершины пиков хрома сильно вытянуты и их практически невозможно отметить. Увеличение ацетона в подвижной фазе больше 3,5 приводит к снижению высоты пиков, а следовательно, к увеличению погрешности определения.

Из литературных источников не известно применение подвижной фазы смеси ацетон: ацетонитрил:вода при соотношении компонентов (2,5-3,5):(0,15-0,25):1 (об/об) для определения хрома в присутствии алюминия и железа на хроматографической бумаге.

Из литературы не известно применение 0,015-0,025%-ного спиртового раствора дитизона для проявления пиков хрома (III) на хроматографической бумаге в присутствии алюминия и железа.

Только использование смеси ацетон:ацетонитрил:вода в соотношении компонентов (2,5-3,5): (1,5-2,5): 1 (об/об), а в качестве проявителя пиков ионов хрома (III) 0,015-0,025%-ного спиртового раствора дитизона дает неожиданный положительный эффект поставленной задачи.

Для проявления пиков хрома использовали 0,015-0,025%-ный спиртовый раствор дитизона. При использовании раствора красителя меньше 0,015% например 0,001% вершины пиков хрома отметить трудно, так как они окрашены слабо. При использовании концентрации больше 0,025% например 0,030% пики хрома невозможно отметить, так как они сливаются с интенсивно окрашенным фоном бумаги.

Определение проводят следующим образом.

Хроматографическую бумагу FN-3 нагревают размером 160х170 мм. Графитовым карандашом на расстоянии 5 мм от нижнего края проводят линию погружения и параллельно ей на расстоянии 20 мм стартовую линию. На стартовую линию наносят карандашом точки центры будущих пятен.

Навеску образца соли нитрата хрома (III) растворяют в воде, отбирают из полученного раствора капилляром аликвотную часть, наносят ее на стартовую линию, опускают хроматографическую бумагу до линии погружения в кювету с ацетоно-ацетонитрило-водным раствором. Подъем жидкой фазы раствора способствует превращению пятен в пики, высоты которых пропорциональны концентрации хрома в пробе. Высота подъема фронта должна быть на 20 мм выше самых высоких пиков, чтобы пики были четко сформированы. Подъем раствора на более высокий уровень не оказывает влияния на точность определения. После подъема жидкой фазы бесцветные пики соединения хрома на бумаге проявляют протягиванием хроматографической полоски в течение 2-3 с через 0,015-0,025%-ный раствор дитизона (в 50 мл проявляющего раствора обрабатывают не более 3 хроматограмм). Высоту проявленного пика измеряют от линии старта до вершины пика хрома с помощью циркуля и линейки. Точность измерения этого параметра 0,1 мм. По полученным данным, используя метод наименьших квадратов, строят градуировочный график в координатах: концентрация хрома (мкг/пробе) высота пиков хрома (мм), по которому в дальнейшем и определяют содержание хрома в анализируемых пробах (Физико-химические методы анализа/Под ред. В.Б.Алесковского. Л. Химия, 1988).

П р и м е р 1. Навеску анализируемого раствора, содержащего ионы хрома, растворяют в воде. Для построения градуировочного графика на стартовую линию хроматографической бумаги капилляром емкостью 0,0015 мл наносят 10 проб стандартных растворов с содержанием иона хрома 0,150, 0,450, 0,600, 1,050, 1,350 мкг/пробе (по 2 пробы каждой концентрации). Хроматограмму опускают до линии погружения в кювету со смесью ацетон:ацетонитрил:вода 3:0,2:1. После развития хроматограммы пики проявляют 0,02%-ным раствором дитизона. Измеряют высоты проявленных пиков и строят градуировочный график.

Результаты измерений и расчетов представлены в табл.1.

П р и м е р 2. Для анализа промышленных образцов готовят раствор исследуемых ионов хрома концентрацией 0,40-0,60 мг/мл. Для этого навеску хрома растворяют в воде в мерной колбе и доводят водой до 25 мл (в примере взята навеска, содержащая 15,0 мг хрома; концентрация анализируемого раствора составляла 0,60 мг/мл; 0,90 мкг/пробе). На хроматограмму рядом с пробами, предназначенными для построения градуировочного графика, капилляром емкостью 0,0015 мл наносят 3-5 проб исследуемого раствора хрома. Хроматограмму опускают до линии погружения в кювету со смесью ацетон:ацетонитрил:вода раствором 3: 0,2: 1. После развития хроматограммы пики проявляют 0,20%-ным раствором дитизона, замеряют высоты пиков и по среднему значению высоты пика определяют содержание хрома в образце, пользуясь градуировочным графиком, рассчитанным по методу наименьших квадратов.

Экспериментальные данные представлены в табл.2.

П р и м е р 3. Для исследования влияния раствора проявителя пиков иона хрома на стартовую линию хроматографической бумаги капилляром емкостью 0,0015 мл наносят 2-5 проб хрома рядом с пробами, предназначенными для построения градуировочного графика (приготовление раствора по примеру 2, концентрация 0,60 мг/мл; 0,90 мкг/пробе). Хроматографируют в смеси ацетон: ацетонитрил:вода 3:0,2:1. После развития хроматограммы пики проявляют 0,025% -ным раствором дитизона. Измеряют высоту пиков, определяют содержание хрома в образце, пользуясь рассчитанным градуировочным графиком. Содержание хрома 0,904 мкг/пробе.

П р и м е р 4. Капилляром наносят 3-5 проб ионов хрома рядом с пробами, предназначенными для построения градуировочного графика (приготовление раствора по примеру 2, концентрация его 0,60 мг/мл; 0,90 мкг/пробе). После хроматографирования в смеси ацетон:ацетонитрил:вода 3:0,2:1 пика проявляют 0,015%-ным раствором дитизона. По среднему значению высоты пика рассчитывают содержание хрома в образце, пользуясь рассчитанным градуировочным графиком. Содержание в примере хрома составляет 0,91 мкг/пробе.

П р и м е р 5. На стартовую линию хроматографической бумаги капилляром наносят 3-5 проб раствора ионов хрома (приготовление раствора по примеру 2). После хроматографирования в смеси ацетон:ацетонитрил:вода 3:0,2:1 пики проявляют 0,010% -ным раствором дитизона. Пики окрашены слабо и их вершины практически нельзя отметить.

П р и м е р 6. Аналогичен предыдущему примеру. Пики проявляют 0,030%-ным раствором дитизона. Пики хрома сливаются с интенсивно окрашенным в темный цвет фоном бумаги.

П р и м е р 7. Для исследования влияния соотношений компонентов в подвижной фазе на результат анализа готовят раствор хрома по примеру 2 (концентрация 0,60 мг/мл; 0,90 мкг/пробе). На стартовую линию хроматографической бумаги капилляром емкостью 0,0015 наносят 3-5 проб анализируемого раствора. Данные анализа приведены в табл.3.

П р и м е р 8. Для исследования влияния ионов железа (III) на результат анализа хрома готовят раствор смеси ионов железа (III) и хрома (III) 1:1 (в примере взята навеска 15,0 мг железа, 15,0 мг хрома). Навеску смеси ионов растворяют в воде в мерной колбе 25 мл и доводят до метки. На стартовую линию хроматографической бумаги капилляром емкостью 0,0015 мл наносят 3-5 проб раствора ионов хрома (приготовление раствора по примеру 2) и 3-5 проб раствора смеси ионов железа и хрома. Хроматографируют в смеси ацетон:ацетонитрил: вода 3: 0,2: 1. Проявляют пики 0,2%-ным раствором дитизона. Измеряют высоту пиков обеих серий. Средние высоты пиков оказались равны соответственно 18,9 и 19,0 мм для хрома, что соответствует содержанию 0,893 и 0,904 мкг/пробе для хрома. Погрешность определения хрома 4,1% П р и м е р 9. Для исследования влияния иона алюминия (III) на результат анализа хрома готовят раствор смеси ионов алюминия (III) и хрома (III) 1:1 (а в примере взята навеска 15,0 мг алюминия и 15,0 мг хрома). Навеску смеси ионов растворяют в воде мерной колбе и доводят до 25 мл водой до метки. На стартовую линию хроматографической бумаги капилляром емкостью 0,0015 мл наносят 3-5 проб раствора ионов хрома (приготовление раствора по примеру 2) и 3-5 проб раствора смеси алюминия и хрома. Хроматографируют в смеси ацетон: ацетонитрил:вода 3:0,2:1. Пики проявляют 0,2%-ным раствором дитизона. Измеряют высоту пиков. Средние высоты пиков обеих серий оказались равны соответственно 18,9 и 19,1 мм для хрома, что соответствует содержанию 0,893 и 0,91 мкг/пробе для хрома. Погрешность определения хрома 4,1% П р и м е р 10. Для исследования влияния ионов алюминия и железа на результат анализа хрома готовят раствор смеси ионов алюминия (III), железа (III) и хрома (III) 1:1:1 (в примере взята навеска 15,0 мг алюминия, 15,0 мг железа, 15,0 мг хрома). Навеску смеси ионов растворяют в воде в мерной колбе и доводят до 25 мл водой до метки. На стартовую линию хроматографической бумаги емкостью 0,0015 мл капилляром наносят 3-5 проб раствора ионов хрома (приготовленного по примеру 2) и 3-5 проб раствора смеси ионов алюминия, железа и хрома. Хроматографируют в смеси ацетон:ацетонитрил:вода 3:0,2:1. Проявляют пики 0,2%-ным раствором дитизона. Средние высоты пиков обеих серий оказались равны соответственно 19,0 и 19,1 мм для хрома, что соответствует содержанию 0,904 и 0,91 мкг/пробе для хрома. Погрешность определения 4% Минимальное определяемое количество (чувствительность) предлагаемого способа для хрома составляет 0,150 мкг, а в известном способе 20,0 мкг. Предлагаемый способ прост при проведении определения, в известном способе на одно определение затрачивается 12-20 ч, а в предлагаемом 30-40 мин, т.е. в 10 раз времени требуется меньше на одно определение, чем в известном.

Погрешность определения в предлагаемом способе для хрома составляет 4,10% а в известном способе 15% т.е. более чем в 3,5 раза точность предлагаемого способа выше известного.

Предлагаемый способ селективен, так как наличие ионов алюминия и железа не мешает определению хрома. Предлагаемый способ не требует сложного аппаратурного оформления и особенно удобен при серийных определениях хрома в присутствии ионов алюминия и железа и как микрометод требует малых затрат реактивов.

Формула изобретения

СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХРОМА (III) В ПРИСУТСТВИИ АЛЮМИНИЯ (III) И ЖЕЛЕЗА (III) путем растворения анализируемой пробы с нанесением ее на хроматографическую бумагу, хроматографированием анализируемой пробы смесью, содержащей органический растворитель, и обработкой разделенных компонентов проявителем, отличающийся тем, что хроматографирование проводят в смеси, содержащей ацетон-ацетонитрил-воду при их объемном соотношении 2,5-3,5 0,15-0,25 1,0, а в качестве проявителя используют 0,015-0,025-ный раствор дитизона.

РИСУНКИ

Рисунок 1