Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

Изобретение относится к способам исследования материалов с использованием инфракрасной спектрометрии (далее ИК-спектрометрия) и может быть использовано в промышленных, экологических и научно-исследовательских лабораториях при исследовании состава и качества любых (сточной, попутной, поверхностной, питьевой) проб воды, а также проб воды, использованных для экстрагирования этиленгликоля с целью его определения в различных твердых, жидких и газообразных (в том числе воздухе) объектах исследования.

Известен фотометрический метод определения содержания этиленгликоля с концентрацией 0,4-3,2 г/л в сточных водах, основанный на окислении его периодатом натрия до формальдегида и определении последнего с феноилгидразином и гексацианофератом, а при меньшей концентрации (10-400 мг/л) требующий дополнительной операции по выпариванию пробы воды на кипящей водяной бане и, наконец, при концентрации этиленгликоля в воде менее 10 мг/л требующий дополнительного извлечения этиленгликоля из пробы воды путем сорбирования этиленгликоля активированным углем, экстракции этиленгликоля в приборе Сокслета из активированного угля спиртоэфирной смесью, выпаривания раствора спиртоэфирной смеси в водяной бане и растворения полученного после выпаривания остатка в дистиллированной воде для последующего фотометрического анализа. При этом мешающими факторами являются метиловый спирт, метилметакрилат и другие соединения, окисляющиеся или разлагающиеся с образованием формальдегида, кроме того, при выпаривании проб в водяной бане теряется порядка 15-20% этиленгликоля [см. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984. - 448 с. - С. 277-285].

Недостатками данного способа являются длительная и сложная процедура анализа, требующая применения химических реактивов, влияние различных мешающих факторов и низкая точность анализа при низких концентрациях этиленгликоля в испытуемой пробе воды.

Известен способ определения содержания этиленгликоля в воде с помощью метода абсорбционной хроматографии, принятый в качестве прототипа, заключающийся в том, что отбирают пробу воды, фильтруют или отстаивают пробу воды для исключения загрязнения хроматографической колонки, отбирают микрошприцем 2-3 мкл воды и вводят ее в хроматограф для получения предварительной хроматограммы, по которой корректируют условия анализа, затем для количественного анализа в мерную колбу вместимостью 25 мл вводят 20 мл пробы воды, прибавляют 1-2 мл стандартного раствора 1,3-бутандиола и доводят водой до метки, после чего проводят хромотографический анализ полученного раствора и определяют искомую концентрацию этиленгликоля по измеренной площади хроматографического пика этиленгликоля, известным значениям калибровочного коэффициента (вычисленного по данным хроматографического анализа калибровочных смесей) и массе стандартного вещества и объема испытуемой пробы воды [см. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984. - 448 с. - С. 277-285].

Недостатками данного способа являются относительно длительная процедура анализа, требующая дополнительной пробоподготовки в виде фильтрации или отстаивания пробы воды для исключения загрязнения хроматографической колонки механическими примесями или высокомолекулярными соединениями, а также необходимость проведения предварительно анализа для получения представления о качественном составе пробы воды и выбора необходимого объема вводимой пробы.

Задачей настоящего изобретения является разработка высокочувствительного экспрессного способа количественного определения этиленгликоля в пробах воды, не требующего трудоемких расчетов и использования математических операций для интерпретации полученных данных.

Технический результат при осуществлении заявленного изобретения заключается в сокращении времени осуществления и упрощении процесса количественного определения этиленгликоля в пробах воды.

Поставленная задача в способе определения этиленгликоля в водных растворах, включающем отбор испытуемой пробы воды в мерную колбу и введение в нее внутреннего стандарта, решается тем, что предварительно готовят градуировочные растворы, в пять мерных взвешенных колб объемом 100 мл помещают по 5 мл внутреннего стандарта, в качестве которого используют любое соединение, растворяющееся в воде и имеющее в водном растворе полосы поглощения в инфракрасном спектре, не совпадающие или частично перекрывающиеся с полосами поглощения в инфракрасном спектре водного раствора этиленгликоля, затем определяют массу внутреннего стандарта, добавляют в мерные колбы с внутренним стандартом соответственно 0; 2; 5; 10 и 20 мл этиленгликоля, мерные колбы взвешивают и дополняют до метки дистиллированной водой, наносят на стекло из бромистого калия и исследуют методом инфракрасной спектрометрии, измеряя на Фурье-спектрометре с разрешением не хуже 1 см^-1 спектр пропускания раствора в области волновых чисел 450-4000 см^-1, рассчитывают для каждого раствора концентрацию внутреннего стандарта С_вс (г/дм³) и концентрацию этиленгликоля С_э (г/дм³) в градуировочном растворе, с помощью программного обеспечения проводят расчет нормализованного на значение концентрации внутреннего стандарта в градуировочном растворе спектра оптической плотности в области выбранной аналитической частоты и методом базисной линии по графику определяют на определенной частоте (см^-1) значение приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг), по полученным значениям приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг) и концентрации этиленгликоля С_э (г/дм³) в растворе строят градуировочный график, откладывая по оси ординат концентрацию этиленгликоля С_э (г/дм³) в градуировочном растворе, а по оси абсцисс соответствующее значение приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг) на определенной аналитической частоте (см^-1), методом наименьших квадратов проводят расчет градуировочной зависимости, затем в предварительно взвешенную мерную колбу для испытуемой пробы воды (далее мерная колба), объемом 100 мл помещают 5 мл внутреннего стандарта, по разнице масс мерной колбы с внутренним стандартом и предварительно взвешенной мерной колбы находят массу внутреннего стандарта, мерную колбу наполняют до метки испытуемой водой, рассчитывают концентрацию внутреннего стандарта С_вс (г/дм³), введенного в испытуемую пробу воды, полученный раствор перемешивают в течение 5 мин, наносят тонким слоем на стекло из бромистого калия и проводят исследования методом инфракрасной спектрометрии, измеряя спектр пропускания пробы воды с введенным внутренним стандартом в области 450-4000 см^-1, с помощью программного обеспечения проводят расчет в области выбранной аналитической частоты нормализованного на значение концентрации внутреннего стандарта спектра оптической плотности и определяют методом базисной линии на выбранной аналитической частоте значение приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг) для испытуемой пробы воды, по градуировочному графику по измеренному значению на аналитической частоте приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг) определяют концентрацию этиленгликоля С_э (г/дм³) в испытуемой пробе воды или по определенной ранее градуировочной зависимости.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:

- отсутствие пробоподготовки испытуемой пробы воды;

- применение метода инфракрасной спектрометрии (далее ИК-спектрометрия), что сокращает при компьютерной обработке инфракрасного спектра в несколько раз время проведения количественно анализа;

- использование в качестве внутреннего стандарта любого соединения, растворяющегося в воде и имеющего в водном растворе полосы поглощения в инфракрасном спектре, не совпадающие или частично перекрывающиеся с полосами поглощения в инфракрасном спектре водного раствора этиленгликоля, например диэтиленгликоля;

- оценка количества этиленгликоля в водном растворе с помощью градуировочного графика или градуировочной зависимости, что позволяет избежать трудоемких расчетов и использования математических операций для интерпретации полученных данных.

Заявленное изобретение поясняется с помощью фиг. 1-3.

На фиг. 1 изображен спектр пропускания водного раствора этиленгликоля с внутренним стандартом, в качестве которого используют диэтиленгликоль, в области волновых чисел 450-4000 см^-1, на фиг. 2 изображен нормализованный на значение концентрации внутреннего стандарта спектр оптической плотности водного раствора этиленгликоля с внутренним стандартом, на фиг. 3 - градуировочный график зависимости концентрации этиленгликоля в водном растворе С_э (г/дм³) от значения приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг).

В качестве пояснения к заявленному способу приводим следующее.

Для проведения количественного анализа готовят градуировочные растворы (далее растворы). Для этого в пять мерных предварительно взвешенных колб объемом 100 мл помещают по 5 мл внутреннего стандарта (диэтиленгликоля), колбы взвешивают и по разнице масс колб определяют массу внутреннего стандарта. Далее в мерные колбы с внутренним стандартом добавляют соответственно 0; 2; 5; 10 и 20 мл этиленгликоля, колбы взвешивают и дополняют до метки дистиллированной водой. По разнице масс колб с внутренним стандартом и с этиленгликолем и масс колб с внутренним стандартом определяют массу этиленгликоля в каждом растворе. После чего полученные растворы, начиная с первой колбы (по возрастанию концентрации этиленгликоля), наносят на стекло из бромистого калия и исследуют методом ИК-спектрометрии, измеряя на Фурье-спектрометре с разрешением не хуже 1 см^-1 спектр пропускания раствора в области волновых чисел 450-4000 см^-1. Рассчитывают для каждого раствора по известной массе внутреннего стандарта и объему мерной колбы концентрацию внутреннего стандарта С_вс (г/дм³) и по известной массе этиленгликоля и объему мерной колбы концентрацию этиленгликоля С_э (г/дм³) в растворе. С помощью программного обеспечения проводят расчет нормализованного на значение концентрации внутреннего стандарта в растворе спектра оптической плотности в области выбранной аналитической частоты 1046 см^-1 всех градуировочных растворов (фиг. 2) и определяют методом базисной линии (фиг. 2, прямая "а") на аналитической частоте 1046 см^-1 значение приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг) (фиг. 2, прямая "б"). По полученным значениям приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг) и концентрации этиленгликоля С_э (г/дм³) в растворе строят градуировочный график (фиг. 3, прямая "а"), откладывая по оси ординат концентрацию этиленгликоля С_э (г/дм³) в растворе, а по оси абсцисс соответствующее значение приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг) на выбранной аналитической частоте 1046 см^-1, методом наименьших квадратов проводят расчет градуировочной зависимости, которая для представленной зависимости имеет вид С_э=18,0·D_пр-63,8.

Отбирают испытуемую пробу воды (далее проба), в мерную предварительно взвешенную колбу объемом 100 мл помещают 5 мл внутреннего стандарта, мерную колбу взвешивают и по разнице масс колбы с внутренним стандартом и предварительно взвешенной мерной колбы находят массу внутреннего стандарта, мерную колбу наполняют до метки испытуемой водой. Рассчитывают по известной массе внутреннего стандарта и объему мерной колбы концентрацию внутреннего стандарта С_вс (г/дм³), введенного в пробу воды. Полученный раствор перемешивают в течение 5 мин, наносят тонким слоем на стекло из бромистого калия и проводят исследования методом ИК-спектрометрии, измеряя спектр пропускания пробы воды с введенным внутренним стандартом в области 450-4000 см^-1 (фиг. 1).

С помощью специального программного обеспечения проводят расчет в области выбранной аналитической частоты 1046 см^-1 нормализованного на значение концентрации внутреннего стандарта спектра оптической плотности (фиг. 2) и определяют методом базисной линии (фиг. 2, кривая "а") на аналитической частоте 1046 см^-1 значение приведенной оптической плотности D_пр (дм³/мг) (фиг. 2, прямая "б"), которое для испытуемой пробы воды составляет 7,53 дм³/г. По градуировочному графику (фиг. 3, линия "б") по измеренному значению на аналитической частоте приведенной оптической плотности D_пр 7,53 дм³/мг определяют концентрацию этиленгликоля С_э (г/дм³) в испытуемой пробе воды, которое равно 72 г/дм³.

Аналогичный результат может быть получен по установленной градуировочной зависимости по формуле: С_э=18,0·D_пр-63,8=72 г/дм³.