Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОЛОТА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ИМПУЛЬСНЫМ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к анализу растворов методом дифференциально-импульсной вольтамперометрии для определения ионов золота, и может быть использовано для его определения в объектах природного и техногенного происхождения.

Разработана методика определения золота с использованием фонового электролита (разбавленной царской водки): 0,1 M HCl + 0,32 M HNO₃. Показана возможность определения золота вольтамперометрическим методом с пределом обнаружения и минимально определяемой концентрации соответственно 4,4×10^-7 M (8,7×10^-5 г/дм³) и 13,1×10^-7 M (2,6×10^-4 г/дм³) [А.М. Bond, S. Kratsis at all. Comparison of the gold reduction and stripping processes at platinum, rhodium, iridium, gold and glassy carbon micro- and macrodisk electrodes // Analyst, 1997, V.122, P.1147-1152; DOI: 10.1039/A702632C]. Недостатком данного метода является использование в качестве электрода платинового диска и высокая скорость сканирования 200 мВ/с.

Для вольтамперометрического определения золота в природных и промышленных объектах была разработана следующая методика [P. Tuzhi, Li Huiping and W. Shuwen. Selective extraction and voltammetric determination of gold at a chemically modified carbon paste electrode // Analyst, 1993, V.118, P.1321-1324 DOI: 10.1039/AN9931801321] (прототип). Определение золота проводят с использованием химической модификации для определения золота в вольтамперометрическом режиме. Чувствительный электрод изготавливали путем смешивания триизооктиламина с сажей и получением углеродной пасты. Получаемый электрод селективен к ионам золота, другие ионы металлов не мешают вольтамперометрическому определению золота. Калибровочные графики линейны в диапазоне концентраций 0,1-10 мкг/мл (0,1-10 мг/дм³), и предел обнаружения составил 0,03 мкг/мл (0,03 мг/дм³) после накопления в течение 15 мин.

В работе была поставлена задача снизить предел и нижнюю границу определяемых содержаний золота (III) по катодному пику, полученному после электроокисления Au на графитовом электроде (ГЭ) методом дифференциально-импульсной вольтамперометрии (ДИВА).

Поставленная задача достигается тем, что ионы золота (III) электрохимически концентрируют на поверхности различных типов графитовых электродов в форме золота с последующим растворением и регистрацией катодных вольтамперных кривых. Проводят накопление ионов золота (III) на поверхности графитового электрода в перемешиваемом растворе в течение 60 с при потенциале электролиза минус 0,8 В. Дальнейшее уменьшение потенциала электролиза вызывает уменьшение высоты пика золота на вольтамперной кривой, что снижает чувствительность определения. Измерения проводили на фоне 0,1 M NaOH, с последующей регистрацией катодных пиков и съемки вольтамперограмм в дифференциально-импульсном режиме при скорости развертки 80 мВ/с. Концентрацию ионов золота (III) определяют по высоте катодного пика в диапазоне потенциалов от минус 0,2 до минус 0,5 В относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода (нас.х.с). Новым в способе является то, что для получения полезного сигнала, зависящего от концентрации золота (III), используется фоновый раствор гидрооксида натрия и дифференциально-импульсный режим.

В предлагаемом способе установлена способность золота накапливаться и растворяться с поверхности различных типов графитовых электродов в фоновом электролите. В качестве индикаторного электрода применяли ГЭ, (в прототипе применяли модифицированный сажевый электрод). Использование таких электродов обусловлено высокой химической и электрохимической устойчивостью графита, широкой областью рабочих потенциалов, а также простотой механического обновления поверхности и требованиям техники безопасности - отсутствием токсичности. Нижняя граница определяемых содержаний золота (III) по данному методу составила 0,01 мг/дм³ (в прототипе 0,1 мг/дм³).

Результаты определения золота (III) на ГЭ в искусственных смесях приведены в таблице 1, и результаты определения золота (III) в технологических сливах приведены в таблице 2. Как видно из таблиц, максимальная погрешность измерений составляет порядка 26%, в технологическом растворе она составила 27%. Расчет определяемых концентраций золота (III) проводится по методу «Введено-найдено».

На фиг.1 представлены вольтамперные кривые восстановления золота, предварительно электрорастворенного с поверхности графитового электрода на фоне 0,1 M NaOH. 1 - фон 0,1 M NaOH; 2 - C_Au(III)=0,2 мг/дм³; 3 - C_Au(III)=0,4 мг/дм³.

Таким образом, установленные условия впервые позволили количественно определять содержание ионов золота (III) с использованием графитового электрода.

Предлагаемый вольтамперометрический способ позволил существенно улучшить метрологические характеристики анализа золота (III); повысить чувствительность определения (0,01 мг/дм³), что на порядок ниже по сравнению с прототипом.

Примеры конкретного выполнения:

Пример 1. Искусственная смесь. Измерения были проведены на искусственных смесях. 10 мл фонового электролита (0,1 M NaOH) помещают в кварцевый стаканчик. Не прекращая перемешивания, проводят электролиз раствора, при Е_э=-0,8 В и при τ_э=60 с. Проводят задержку потенциала при Е=1,0 В и снимают катодную вольтамперную кривую при скорости развертки 80 мВ/с в дифференциально-импульсном режиме. Отсутствие пиков на вольтамперной кривой в интервале от минус 0,2 до минус 0,5 В свидетельствует о чистоте фона. Затем добавляют аликвотную часть 1-2 мл исследуемого раствора в фон, проводят электроконцентрирование при потенциале накопления -0,8 В и электроокисление золота. Потом проводят задержку потенциала и снимают катодную вольтамперную кривую при скорости развертки 80 мВ/с в дифференциально-импульсном режиме. Затем вносят добавку стандартного раствора золота (III) 0,02 мл из 0,1 мг/дм³ и снова регистрируют аналитический сигнал золота при аналогичных условиях (таблица 1). По разнице высот катодных пиков вычисляют концентрацию ионов золота (III) в растворе. Пик золота регистрируют в диапазоне потенциалов от -0,2 до -0,5 В (отн. нас.х.с.э.).

Пример 2. Реальная проба. Измерения были проведены на технологических сливах. 10 мл фонового электролита (0,1 M NaOH) помещают в кварцевый стаканчик. Не прекращая перемешивания, проводят электролиз раствора, при Е_э=-0,8 В и при τ_э=60 с. Проводят задержку потенциала и снимают катодную вольтамперную кривую при скорости развертки 80 мВ/с в дифференциально-импульсном режиме. Отсутствие пиков на вольтамперной кривой в интервале от минус 0,2 до минус 0,5 В свидетельствует о чистоте фона. Затем добавляют аликвотную часть 1-2 мл исследуемого раствора, предварительно нейтрализованного до pH - 7 в фон, проводят электроконцентрирование при потенциале накопления -0,8 В и электроокисление золота. Далее проводят задержку потенциала и снимают катодную вольтамперную кривую при скорости развертки 80 мВ/с в дифференциально-импульсном режиме. Затем вносят добавку стандартного раствора золота (III) 0,05 мл из 0,1 мг/дм³ и снова регистрируют катодный пик золота при аналогичных условиях (таблица 2). По разнице высот катодных пиков вычисляют концентрацию золота (III) в растворе. Высоту пика золота регистрировали в диапазоне потенциалов от -0,2 до -0,5 В (отн. нас.х.с.э.).

Таким образом, впервые установлена способность количественного анализа золота по катодным пикам на поверхности графитового электрода в дифференциально-импульсном режиме. Предложенный способ прост и может быть применен в любой химической лаборатории, имеющей компьютеризированные анализаторы типа СТА, ТА или полярограф.

Предложенный способ может быть использован для определения золота в объектах природного и техногенного происхождения.