Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РОДАНИДА

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к методам определения роданида, и может быть использовано при их определении в буровых и пластовых водах.

Известен «Способ количественного определения роданид ионов» (RU2301989). Способ заключается в последовательной обработке раствора, содержащего роданид, сульфатом меди, затем раствором N-этил-N-(2-гидроксиэтил)-1,4-фенилендиаммония сульфатом с образованием окрашенного соединения, которое экстрагируют добавкой ацетона. Диапазон определяемых концентраций при максимуме оптической плотности 528 нм составляет 15-45 мг/л роданида. Недостатком данного способа являются неустойчивость окраски, связанная с концентрацией роданида при испарении легколетучего ацетона, и связанные с этим погрешности измерения.

Известен способ определения роданида («Массовая концентрация цианидов и тиоцианатов. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с барбитуровой (тиобарбитуровой) кислотой» РД 52.24.519-2011 от 05.11.2011 г.). Способ определения основан на превращении роданида под действием активного хлора в хлорциан, реагирующий с пиридином с образованием глютаконового альдегида, который, в свою очередь, образует с барбитуровой кислотой и ее производными интенсивно окрашенные полиметиновые красители. Оптическую плотность полученного окрашенного раствора измеряют в диапазоне длин волн 570-580 нм. Способ отличается высокой чувствительностью и способен определять роданид до 0,004 мг/л. Недостатком данного способа является многостадийность и необходимость использовать ядовитые химические реактивы, такие как ледяная уксусная кислота и свободный хлор.

Известен ряд кинетических способов определения роданида по скорости окисления в его присутствии красителей метилового оранжевого, метилового красного, метиленового синего, кристаллического фиолетового, януса зеленого (Данилина Е.И., Абдулзалилова Р.Р. Модификация кинетического метода определения тиоцианат-иона по реакции Ландольта метилоранжа с броматом калия // Вестник ЮУрГУ. Серия Химия. 2013. Т.5, №3, с.18-27). Определение проводится по изменению оптической плотности растворов в максимуме поглощения, соответствующего каждому красителю. Недостатком метода является его длительность, необходимость использования математического аппарата для связи скорости реакции окисления и концентрации роданида. Существенным недостатком также представляется невозможность использования способа в окрашенных растворах или содержащих твердые примеси, способные служить центрами адсорбции.

Известен пиридин-пиразолоновый, пиридин-бензидиновый и пирридин-сульфанилатный способы определения роданида, основанные на окислении роданида, а затем взаимодействии с пиридином в присуствии дополнительных веществ (Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Химический анализ производственных сточных вод. – М.: Госхимиздат, 1963. С. 99). Способ характеризуется высокой чувствительностью, однако требует приготовления реактивов непосредственно перед применением. Кроме того, растворы реагентов неустойчивы во времени.

Известен способ спектрофотометрического определения роданида в пластовых водах [RU 2275619 C2, МПК G01N21/17 (2006.01), опубл. 27.04.2006], выбранный в качестве прототипа, в котором пробу из нефтедобывающей скважины отделяют от нефти, водный раствор очищают от механических примесей и осветляют центрифугированием. В полученный раствор для определения роданида калия на 10 мл подготовленной пробы добавляли 0,2 мл HCl с плотностью 1,125 г/мл и 0,2 мл FeCl₃ с концентрацией 0,12 г/мл. При этом ионы Fe³⁺ в кислой среде рН≤0,2 образуют комплексные соединения с роданидом, окрашенные в красный цвет. Раствор перемешивали и выдерживали 10 мин. Затем измеряют оптическую плотность, зависящую от концентрации, при длине волны 490 нм. Анализ проводят по результатам трех оптических измерений в пробе пластовой воды, который осуществляют интерполяционным методом по результатам трех анализов - исходной пробы без добавки и исходной пробы с двумя добавками, сначала фиксированного количества роданида, затем фиксированного количества пластовой воды. Недостатком этого способа является необходимость троекратного проведения подготовки каждой пробы к анализу, что связано с увеличением времени анализа и дополнительными трудозатратами. Кроме того, в ходе проведения осветления пробы окрашенный комплекс роданида с дополнительными реагентами не образуется, так как происходит коагуляция взвесей.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого, нетрудоемкого, экспрессного способа определения роданида с низким пределом обнаружения и различными вариантами детектирования аналитического сигнала и оценки содержания роданида. В настоящее время достаточно перспективными и активно развивающимися являются методы, основанные на определении элементов с органическими реагентами на твердой фазе. Как правило, их преимущество заключается в сочетании концентрирования и повышения избирательности и чувствительности по сравнению со спектрофотометрическими методами. Кроме того, использование твердых носителей зачастую обеспечивает экологическую безопасность анализа из-за значительного уменьшения объемов токсичных реагентов и возможности их включения в фазу твердого носителя.

Решение указанной задачи достигается тем, что при определении роданида используют реакцию роданида с железом (III), образование красного окрашивания и измерение оптической плотности раствора, зависящей от концентрации роданида, при длине волны 490 нм. Новым является то, что реакцию проводят в полиметакрилатной матрице с иммобилизованным железом (III), а в качестве аналитического сигнала дополнительно используют интенсивность окраски полиметакрилатной матрицы, оценивая содержание роданида визуально по тестовым цветовым таблицам.

На Фиг. 1 приведены спектры поглощения хлорида железа, иммобилизованного в полиметакрилатную матрицу, после контакта с раствором роданида, мг/л: 1 – 10; 2 –15; 3 – 20; 4 – 25; 5 – 30.

На Фиг. 2 показано сканированное изображение образцов полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным железом (III) после контакта с раствором роданида.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем: находящийся в анализируемом растворе роданид извлекают полиметакрилатной матрицей с иммобилизованным железом (III). При взаимодействии роданида с железом (III), иммобилизованным в полиметакрилатной матрице, наблюдается возникновение красной окраски, интенсивность которой пропорциональна увеличению концентрации роданидов в растворе. Реакция роданида с иммобилизованным в полиметакрилатную матрицу железа (III) протекает в кислой среде с рН от 2 до 5,5.

Иммобилизацию железа (III) в прозрачную полиметакрилатную матрицу размером 6,0×8,0×0,6 мм проводили путем сорбции из раствора соли железа, предпочтительно хлорида, нитрата, ацетата с концентрацией 0,04 М в течение 10 мин в статическом режиме при рН от 2 до 5,5, при этом матрица приобретала желтоватый цвет с сохранением прозрачности.

В исследуемый раствор, содержащий роданид, вносили полиметакрилатную матрицу с иммобилизованным железом (III), тщательно перемешивали в течение 5 мин, вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой, измеряли аналитический сигнал с последующим установлением зависимости величины аналитического сигнала от содержания роданида в анализируемом растворе и его оценкой. При контакте с раствором роданида происходило красное окрашивание полиметакрилатой матрицы вследствие образования комплекса роданида железа (III) в твердой фазе. Спектры поглощения полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным железом (III) после контакта с раствором роданида представлены на фиг. 1.

Ниже представлены примеры осуществления заявленного изобретения.

Пример 1. Измерение поглощения полиметакрилатной матрицы и определение содержания роданида по градуировочному графику.

В 50 мл анализируемого раствора с содержанием роданида 0,5-20 мг/л, рН 2, помещали пластинку полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным железом (III) и перемешивали в течение 5 мин, затем вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой и измеряли поглощение при 490 нм. Содержание роданида находили по градуировочной зависимости, построенной в аналогичных условиях. Диапазон линейности градуировочной зависимости составляет 8,0 - 110,0 мг/л. Предел обнаружения, рассчитанный по 3s-критерию, равен 4,6 мг/л.

Пример 2. Визуально-тестовое определение содержания роданида

Для визуально-тестового определения роданида предварительно получена цветовая шкала путем сканирования образцов, полученных при построении градуировочной зависимости. Визуальное тест-определение выполняли аналогично методике, описанной в примере 1, с тем отличием, что после контакта с раствором роданида поглощение полиметакрилатных матриц не измеряли, а проводили сравнение их окраски с цветовой шкалой (фиг. 2) и полуколичественно определяли концентрацию роданидов.

Пример 3. Определение содержания роданида по градуировочному графику в пластовой и буровой жидкости в сравнении с прототипом

Определение роданида способом по изобретению выполняли аналогично примеру 1.

Таблица - Результаты определения роданида (n=3; P=0,95)

Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения роданида вследствие исключения мешающего влияния примесей буровой или пластовой жидкости, снижение предела обнаружения роданида вследствие использования в качестве реакционной среды прозрачной полиметакрилатной матрицы. Кроме того, значительным преимуществом заявляемого способа по сравнению с известными является простота выполнения определения роданида и высокая экспрессность.