СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОТ ЖЕЛЕЗА (III)

Изобретение относится к области аналитической химии железа, а именно концентрированию железа(III) из воды и водных растворов осаждением с целью очистки и количественного определения железа(III) в концентрате.

Известен способ экстракции железа(III) из перхлоратных растворов диантипирилметаном в хлороформ ил дихлорэтан [Т.Б. Москвитинова Экстракция ионов металлов диантипирилметаном из перхлоратных растворов. Дис… канд. хим. наук. - Пермь: ПГУ, 1981. С. 55, 60]. Способ (аналог) основан на экстракции катионного комплекса железа(III) с диантипирилметаном в присутствии перхлорат ионов в качестве аниона партнера хлороформом или дихлорэтаном.

Несмотря на количественное извлечение железа(III) в дихлорэтан, аналитического применения эти результаты не имеют.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту прототипом является [Экстракционно-фотометрическое определение железа(III) в водной расслаивающейся системе содержащей антипирин и монохлоруксусную кислоту / Б.И. Петров, С.И. Рогожников // Журнал аналитической химии, 1984, T. 39, №10, С. 1848-1852].

Способ выделения железа(III) из водных растворов жидкостной экстракцией в системе вода - антипирин - монохлоруксусная кислота.

В делительную воронку вводят анализируемый раствор, содержащий 5-30 мкг железа(III), 4,00 мл 2,5 M раствора антипирина, 5,00 мл 8 M раствора монохлоруксусной кислоты, 0,5 мл концентрированного аммиака до pH 2,2, разбавляют водой до 20,00 мл и встряхивают в течение 1 минуты. После отстаивания нижнюю фазу переносят в кювету с L=3 мм и измеряют оптическую плотность на ФЭК-56М со светофильтром №3 относительно экстракта контрольного опыта. В случае помутнения экстракта кювету перед фотометрированием выдерживают на водяной бане при 30-40°C до получения прозрачного раствора.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- использование в качестве компонента расслаивающейся системы токсичной монохлоруксусной кислоты;

- узкий интервал pH (1,5-3,5), в котором существует область расслоения, следовательно, возможность выделения железа(III) в органическую фазу ограничена;

- зависимость объема органической фазы от солевого фона водного раствора, что вызывает ухудшение метрологических характеристик результатов анализа;

- возможность помутнения экстракта вызывает необходимость выдерживания кюветы перед фотометрированием на водяной бане при 30-40°C до получения прозрачного раствора.

Изобретение относится к области аналитической химии железа, а именно концентрированию железа(III) из воды и водных растворов осаждением с целью их очистки или дальнейшего количественного определения железа(III) в концентрате. Для измерения содержания железа(III) в жидких объектах анализа применен метод комплексонометрического титрования или фотометрирования растворов, полученных растворением концентрата железа(III) в пропиленкарбонате.

Общим для прототипа и заявляемого изобретения является применение в качестве комплексообразователя антипирина.

Отличается от прототипа тем, что:

1. в заявляемом изобретении применены производные пиразолона-антипирин и перхлорат иона в качестве иона осадителя;

2. расширяется интервал кислотности, в котором происходит количественное выделение железа(III), исключается возможность изменения объема концентрата при изменении солевого фона водной фазы, либо помутнения экстракта при фотометрировании;

3. повышается безопасность и экологичность за счет исключения токсичной монохлоруксусной кислоты.

Сущность предлагаемого способа очистки водных растворов от железа(III), заключается в том, что железо(III) из водного раствора осаждают в твердую фазу двухфазной системы вода-минеральная кислота-антипирин-перхлорат натрия, вводят в стеклянную пробирку пробу, подкисляют хлороводородной или серной кислотой из расчета создании концентрации ионов водорода 0,1-0,2 моль/л в конечном объеме 20,00 мл, затем равные объемы по 5,00 мл водных растворов 0,4 M антипирина и 2 М перхлората натрия, разбавляют дистиллированной водой до 15,00 мл, затем пробирку плотно закрывают пробкой, интенсивно встряхивают в течение 10 минут, отстаивают при комнатной температуре, отфильтровывают от осадка очищенный от железа(III) маточный раствор.

Концентрирование железа(III) происходит из жидкой пробы в режиме «in situ», то есть в процессе формирования новой фазы - осадка. Определяют содержание железа(III) в концентрате (осадке) известными методами.

Осуществление изобретения.

Для концентрирования железа(III) вводят пробу, подкисляют хлороводородной или серной кислотами до концентрации ионов водорода 0,1-0,2 моль/л в общем объеме 20,00 мл, добавляют 5,00 мл 0,4 M водного раствора антипирина «фармакопейного» (брутто формула C₁₁H₁₂N₂O, температура плавления 113°C, молярная масса 188,23 г/моль), разбавляют дистиллированной водой до 15,00 мл, затем вводят 5,00 мл 2 M водного раствора перхлората натрия (ТУ 6-09-3605-74, брутто формула NaClO₄*H₂O, молярная масса 140,45 г/моль) для образования осадка, который является концентратом железа(III), затем пробирку плотно закрывают пробкой и интенсивно встряхивают в течение 10 мин, для установления равновесия между водной фазой и осадком, отстаивают 5 минут при комнатной температуре, отфильтровывают очищенный водный раствор от осадка железа.

Предварительно методом введено-найдено определяют оптимальные условия осаждения железа(III) в данной системе из модельных водных растворов с добавками 0,05 M раствора сульфата железа(Ш) стандартизованного комплексонометрически. Растворы с меньшей концентрацией железа(III) готовят последовательным разбавлением. Для выделения твердой фазы (осадка) используют 0,4 M антипирина «фармакопейного» и 2 M раствор перхлората натрия одноводного. Общий объем системы равен 20,00 мл. Количественное выделение (≥99%) обеспечивают: 0,1-0,2 моль/л концентрация ионов водорода (рис. 1); 20 кратный и более (0,8 г и более) избыток антипирина (рис. 2); 5 кратный и более избыток перхлорат ионов (рис. 3). Степень выделения железа(III) в осадок ≥99%, что позволяет использовать вышеназванную систему для очистки воды и водных растворов от железа(III). После отфильтровывания осадка сигнал железа(III) для маточного раствора соизмерим с сигналом контрольного опыта в фотометрическом методе с сульфосалициловой кислотой (около 0,1 мкгFe/мл).

При растворении комплексообразователя - антипирина в объекте анализа (водном растворе, содержащем макро- или микроколичества железа(III)), образуется ярко окрашенный катионный водорастворимый комплекс железа(III) с антипирином. На растворимость комплекса, следовательно, на полноту осаждения железа(III), влияет природа анионного фона водного раствора. Анионы с высокой энергией гидратации (сульфат, хлорид, нитрат) не осаждают катионный комплекс, в отличие от перхлорат иона, имеющего низкую энергию гидратации. При ассоциации с катионным комплексом образуется значительный по размеру, объемный ионный ассоциат, нарушающий упорядоченную структуру воды, что служит причиной его выделения в твердую фазу. Из водного раствора количественно осаждаются как макро- (2*10^-4 моль), так и микроколичества (до 1*10^-7 моль) железа(III). Окончание аналитической процедуры заключается в определении железа(III) в осадке комплексонометрическим титрованием макроколичеств железа(III) и фотометрическим методом микроколичеств железа(III). Для расширения интервала определяемых фотометрических концентраций железа(III) строят два градуировочных графика. Для этого используют различные объемы (1,00-10,00 мл) стандартного (1,6*10^-3 моль/л) раствора железа(III), выполняют его осаждение в системе вода-минеральная кислота-антипирин-перхлорат натрия. Выделившийся осадок отфильтровывают, промывают жидкостью, полученной в контрольном опыте, растворяют в пропиленкарбонате, раствор количественно переносят в мерную колбу вместимостью 20,00 мл, разбавляют до метки пропиленкарбонатом, тщательно перемешивают. Полученный раствор переносят в кювету с L=3 см и фотометрируют при λ=540 нм. По результатам фотометрирования строят градуировочный график (рис. 4). Для увеличения чувствительности фотометрических определений к раствору антипиринового комплекса железа(III) в пропиленкарбонате добавляют 0,50 мл 7 M раствора тиоцианата натрия и фотометрируют при λ=540 нм в кювете с L=3 см. Градуировочный график строят (рис. 5), используя различные объемы (0,25-10,00 мл) стандартного раствора железа(III) меньшей концентрации (4*10^-4 моль Fe/л). Методом введено-найдено исследуют влияние посторонних ионов на осаждение железа(III). Результаты представлены в таблицах 1 и 2.

В зависимости от количества железа(III) в концентрате содержание определяют методом комплексонометрического титрования либо фотометрированием раствора, полученного растворением осадка в пропиленкарбонате. Достигается возможность очистки воды и водных растворов солей различных металлов от железа(III), определения железа(III) различными методами в выделенном осаждением концентрате, упрощение процесса, повышение безопасности, экологичности.