Спектрофотометрическое определение ионов ртути(II)

Spectrophotometric determination of ions mercury(II)
Цитировать:
Турабов Н.Т., Тоджиев Ж.Н. Спектрофотометрическое определение ионов ртути(II) // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2019. № 11 (65). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/8124 (дата обращения: 02.03.2024).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Изучен ряд факторов, влияющих на комплексообразование ионов Hg(II) с 5МПААНS,S-2,4 и найдены оптимальные условия их спектрофотометрического определения. Определены чувствительность и избирательность метода (рН=8,60, ε=52632, Кравн.=9,02810-7, Δλ=105нм). С помощью разработанной спектрофотометрической методики проведен анализ модельных смесей и дана метрологическая оценка полученным результатам. Во всех случаях относительное стандартное отклонение (Sr) не превышает 0,016.

ABSTRACT

Some factors influenced on the complexformation of ions Hg(II) with 5МPААNS,S-2,4 and also optimal conditions of their spectrophotometrical determination were founded. Sensitivity of developed method was determined. (рН=8,60, ε=52632, Кeq.=9,02810-7, Δλ=105nm). By elaborated spectrophotometrical method analysis  of model systems was carried out and also a metrological value of obtained results was given. In all cases the relative standart deviation (Sr) didn’t excess 0,016.

 

Ключевые слова: ртуть(ІІ), органический реагент, чувствительность, устойчивость комплекса

Keywords: mercury (II), organic reagent, sensitivity, stability of the complex

 

Введение. В настоящее время известно свыше тысячи разнообразных областей применения ртути и ее соединений. Они применяются в химической технологии, металлургии, медицине, электропромышленности, химических источниках тока, сельском хозяйстве, производстве  красителей, горном деле и других отраслях современной техники[5, c.17].

Широкое применение и высокие токсические свойства ртути и ее производных объясняют заинтересованность в разработке методов их количественного определения, поэтому аналитическое определение ионов ртути (II) представляет собой важную практическую задачу. К настоящему времени предложено значительное число различных методов анализа. К ним относятся: титриметрические, электрохимические, спектрофотометрические, спектральные, ядерно-физические, радиохимические методы [5, c.17].

Известно, что азореагенты на основе пиридина представляют несомненный интерес для определения многих элементов. Производные пиридина являются избирательными реагентами для спектрофотометрического определения ионов ртути(II) в природных и промышленных объектах. Предварительные опыты показали, что синтезированный по методике [2, с. 65-67, с. 213] органический реагент – мононатриевая соль 5-метил-(пиридил-2-азо)-1,8-аминонафтол-2,4-дисульфокислоты (5МПААНS,S-2,4) также является комплексообразователем и избирательным реагентом на ионы ртути (II). Для контроля чистоты реагента использовали метод cпектрофотометрии. Полученный реагент хорошо растворим в воде, спирте и представляет собой порошок красно – фиолетового цвета [6, с. 11-12].

Экспериментальная часть

Растворы, реагенты и приборы. В работе использовали 0,1% ный водный раствор 5МПААНS,S-2,4 и 5,0·10-6М раствор ртути(II), который готовили поточной навеске Hg(NO3)2×H2O [3,с. 8].Тетраборатный буферный раствор готовили перемешиванием раствора 0,05М тетрабората натрия (12,367 г H3BO3 +100 мл 1 М NaOH в 1 л) с добавлением 0,1М HCI для получения соответствующего значения рН [4, с. 267-275]. Оптическую плотность растворов измеряли на концентрационном фотоколориметре КФК-2, КФК-3 и спектрофотометре СФ-46 в кювете с толщиной поглощающего слоя 1,0 см. Величину рH растворов контролировали с помощью рН-метра-рН/mV/-TEMPMETERP25 (Юж. Корея).

Результаты и их обсуждение

Оптимальные условия образования комплекса ртути(II). Ионы ртути взаимодействуют с новым азореагентом 5МПААНS,S-2,4 в слабощелочной среде (рНопт.=8,0-9,0) в Nа-тетраборатном буферном растворе с образованием соединения, интенсивно окрашенного в фиолетовый  цвет.

Влияние времени. При изучении влияниявремени при рН 8,6 для взаимодействие Hg(II) с 5МПААНS,S-2,4 результаты показали, что при комнатной температуре оптическая плотность комплекса не меняется в течении 70 мин., что свидетельствует об его устойчивости.

Влияние концентрации реагента. Для нахождения минимально-необходимого количества 5МПААНS,S-2,4 к определенному количеству раствора Hg(II) прибавляли 10,0 мл Nа-тетраборатногобуферного раствора со значением рН=8,6, содержащего 40,0 мкг ртути(II) и возрастающие количества 0,1%-ного раствора 5МПААНS,S-2,4 и раствор доводили дистиллированной водой до 25 мл. Растворы перемешивали и измеряли их оптические плотности на КФК-2 со светофильтром № 7 при ℓ=1,0 см относительно раствора холостого опыта. Полученные результаты показали, что полное постоянство оптической плотности наступает при 1,3 мл 0,1 % ного раствора 5МПААНS,S-2,4. Это количество реагента считается достаточным для связывания в комплекс добавленного количества (40 мкг ионов ртути(II)).

Подчинение закону Бугера-Ламберта-Бера. Изучение подчинения растворов комплекса Hg(II) с 5МПААНS,S-2,4 закону Бугера-Ламберта-Бера проводили в найденных оптимальных условиях. Для этого приготовили растворы в мерных колбах на 25,0 мл: 10,0 мл Nа-тетраборатного буферного раствора со значением рН=8,6; переменной концентрацией растворы Hg(II), по 1,3 мл реагента (0,1% ного) и объем доводили до метки дистиллированной водой. Растворы перемешивали и измеряли их оптические плотности на КФК-2 со светофильтром № 7 при ℓ=1,0 см относительно раствора холостого опыта. Полученные экспериментальные данные показали, что в интервале 1,0 - 40,0 мкг ионов ртути(II) в 25,0 мл раствора наблюдается подчинение закону Бугера-Ламберта-Бера, что даёт возможность количественно определять Hg(II) в этом интервале концентраций.

Спектры поглощения реагента(HR) и его комплекса с Hg(II). Сняты спектры светопоглощения реагента 5МПААНS,S-2,4 и его комплекса с Hg(II). Результаты представлены на рисунке 1, можно выбрать одну рабочую длину волны 645 нм для комплекса ртути(II) (lHR=540 нм) при рН 8,6, которая показала высокую чувствительность и контрастность (Dl=105 нм).

 

 

Рисунок1. Спектры поглощения реагента 5МПААНS,S-2,4 (1) и его комплекса с Hg(II) (2)

Рисунок 2. Определение мольных соотношений комплекса ртути(II) с 5МПААНS,S-2,4 методом  прямой линии Асмуса

 

Определение состава комплекса Hg-5МПААНS,S-2,4. Стехиометрия комплекса ртути с реагентом была изучена методами Остромысленского - Жоба (метод изомолярных серий) [1, с. 241-244] и прямой линии Асмуса[1, с. 251] (Рис.2). Излом на кривой в методе изомолярных серий наблюдается при соотношении Hg:HR=1:2, а при методе прямой линии Асмуса зависимость (1/V)n  от ℓ/А линейна при n=2, что свидетельствует о том, что в обоих случаях комплекс состава HgR2.

Определение истинного коэффициента молярного светопоглощения и константы равновесия при оптимальной кислотности среды. При определении истинного коэффициента молярного светопоглощения и константы равновесиякомплекса Hg(II)–5МПААНS,S-2,4 по методу Толмачева [1, с. 286-287] в мерные колбы емкостью 25,0 мл приливали 10,0 мл Nа-тетраборатного буферного раствора со значением рН=8,6, растворы реагента и металла в стехиометрическом соотношении при равных концентрациях (2,000×10-4 моль/л) и объемы доводили дистиллированной водой до метки. Растворы перемешивали и измеряли оптическую плотность на КФК-3 при l=645 нм, l=1,0 cм относительно  раствора холостого опыта. По полученным данным строили график зависимости 1/e×10-n от 1/. Взяв экстраполяцией точку пересекаемую с осью ординат, рассчитывали истинный коэффициент молярного светопоглощения. Из полученных данных рассчитывали eист. и Кравн., которые соответственно равны 52632 и 9,028∙10-7.

Определение константы устойчивости комплекса ртути(II)с 5МПААНS,S-2,4. Одними из важнейших характеристик комплексных соединений, определяющих их прочность и возможность применения в спектрофотометрическом анализе являются Кнест и Куст. Константа устойчивости комплекса Hg(II) определени по методу Бабко (методом разбавления). При этом использовали растворы с равными концентрациями: СHg2+: CHR= 2,000·10-4 моль/л [1, с. 267-269].

Методика определения: в мерные колбы емкостью 25,0 мл приливали 10 мл Nа-тетраборатного буферного раствора с рН=8,60; в стехиометрическом соотношении реагирующие компоненты (Me2+:R-) и объем доводили до метки дистиллированной водой. Растворы перемешивали и измеряли оптическую плотность на КФК-3, при ℓ=1 см. В качестве раствора сравнения использовали раствор холостого опыта.Затем растворы комплексов последовательно разбавляли 2 раза, измеряли оптическую плотность после каждого разбавления. Раствор сравнения дистиллированная вода. Результаты измерений и полученные расчетные данные представлены в таблице 1.

По полученным данным табл. 1 найдено среднее значение lgКуст. (lgβk) комплекса Hg (II), равное 22.07.

Таблица 1.

Результаты определения констант устойчивости комплексов иона ртути (II)

VHg2+, мл

VHR, мл

С1∙10-6

А1

С2∙10-6

А2

Кнест. (MeR)

Куст.(MeR)

k)

lgКуст.(MeR)

(lgβk)

1

1,0

2,0

8,0

0,235

4,0

0,110

2,00∙10-22

5,00∙1021

21,70

2

1,5

3,0

12,0

0,354

6,0

0,175

2,57∙10-24

3,89∙1023

23,59

3

2,0

4,0

16,0

0,474

8,0

0,243

5,26∙10-23

1,90∙1022

22,28

 

Для оценки правильности и воспроизводимости спектрофотометрического определения ионов ртути(II) реагентом 5МПААНS,S–2,4 проводили определение ее различных количеств в оптимальных условиях при трёхкратном повторении. Результаты опытов показали, что относительное стандартное отклонение при определении 1,0-40 мкг ртути(II) не превышает 0,017. Рассчитано уравнение градуировочного графика [1, c. 312-319] методом наименьших квадратов, при этом a=0,0033 и b=0,0055; по полученным расчетным данным построен градуировочный график зависимости Урасч (Yi) от  СHg, мкг (Xi).

Определение ионов ртути (II) с помощью 5МПААНS,S-2,4в присутствии посторонних ионов. С целью выяснения возможности использования реагента в анализе и избирательности метода проводили определение ионов ртути(II) в присутствии посторонних ионов. Определение проводили по выше указанной методике в оптимальных условиях, с той лишь разницей, что в раствор вводили различные количества посторонних ионов, изучение влияния которых представляло интерес. На определение ионов ртути(II) не мешают ионы щелочных (1:800) и щелочноземельных (1:600) металлов, Al3+, CH3COO- (500); Аg+, V5+, NO3- (1:100); Zn2+, Tl3+, NH4+, F-, SCN-, SO4 - (1:50); Ni2+ (1:40); Cu2+,Pb2+, Bi3+, (1:33); Cr3+ и Co3+ (1:30). Мешают ионы Sn2+, Pd+ (1:33); Cd2+, Fe2+, Fe3+ (1:10); Br-, J- (1:3); Cl- (1:1) и др. Изучено влияние посторонних ионов и маскирующих веществ [1, c. 143-148] на комплексообразование Hg(II) с 5МПААНS,S-2,4. При сравнении избирательности известных из литературы [2, с. 66-67] реагентов для определения иона ртути(II) видно, что синтезированный реагент является более избирательным. Данные по избирательности позволяют применить разработанную методику для спектрофотометрического определения ионов ртути(II) в сложных объектах.

Определение ртути(II) с 5МПААНS,S-2,4 в модельных смесях. Разработанная методика определения ртути(II) с 5МПААНS,S-2,4 апробирована в анализе модельных смесей по вышеуказанной методике с добавлением маскирующих агентов. Результаты измерений и их метрологические данные приведены в нижеприведенной таблице 2.

Таблица 2.

Определение количества ртути (II) в исскуственнных смесях

Состав искуст. смесей (соотн.)

Введено Hg2+,

мкг,

А645

Найдено

Hg2+,мкг

∆Х

S

Sr

∆Х

Отн.

ошиб., %

K+,Na+ (500)

Ba2+, Al3+ (200)

V5+, Ag+ (100)

Ni2+,Cu2+, Cr3+ (30)

Zn2+ (50)

30,00

0,164

0,166

0,165

0,168

0,170

29,22

29,58

29,40

29,95

30,31

0,464

0,016

29,69±0,58

1,03

 

Как видно из полученных данных (Табл. 2.) спектрофотометрическое определение ионов ртути(II) в сложных модельных смесях, имитирующих реальные объекты, вполне возможно, причём Sr не превышает 0,016, что говорит о хорошей воспроизводимости и правильности разработанной методики

 

Список литературы:
1. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим и спектрофотометрическим методам анализа. –Л. :Химия,–1986,–432 с.
2. Бусев А.И. Синтез новых органических реагентов для неорганического анализа. –М.:МГУ,–1986,–432 с.
3. Коростелев П.П. Приготовление растворов для химико – аналитических работ. - М.:–Химия,–1964,–386 с.
4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. 6-е изд., –М.: Химия. –1989. –448 с.,
5. Хабаров Ю.Г., Яковлев М.С.Спектрофотометрический метод определения катионов ртути. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология . –2007. –Т. 50. №. 5 –С. 17-20.
6. Турабов Н.Т., Тоджиев Ж.Н. Абсорбционная фотометрия как метод определения микросодержаний меди(II) новым оксиазореагентом // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 5(47). С.11-16. URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5826 (дата обращения: 25.10.2019).

 

Информация об авторах

канд. хим. наук, профессор химического факультета Национального Университета Узбекистана, 100174, Узбекистан, г. Ташкент, район Алмазарский, ул. Университетская, 4

Professor of the Chemistry Department, the National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,1 00174, Uzbekistan, Tashkent, district of Almazar, University st., 4

доцент химического факультета Национального университета Узбекистана, Узбекистан, г. Ташкент, Вузгородок, НУУз

Associate Professor of the Chemistry Department, the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent, Vuzgorodok NUU

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top