Результат интеллектуальной деятельности: Способ атомно-эмиссионного определения олова в полимерах

Изобретение относится к области аналитической химии и может найти применение в лабораториях, осуществляющих аналитический контроль технологических производств, связанных с производством полимеров, имеющих в составе в качестве добавки оловосодержащее соединение.

Известен инверсионный вольтамперометрический способ определения олова в материалах черной металлургии (патент SU №1784094, G01N 27/48). Способ заключается в предварительном кислотном разложении образца, дальнейшем выпаривании, растворении полученных солей, концентрировании олова на поверхности графитового электрода в виде его соединения с фенилфлуороном, растворении соединения с поверхности электрода и регистрации анодной поляризационной кривой. Недостатками данного способа являются многостадийность пробоподготовки, связанная с переводом образца в раствор, и низкая селективность, так как в используемой области потенциалов восстанавливаются также некоторые другие элементы.

Известен способ определения ионов олова (IV), который применим для водных растворов и включает экстракцию ионов олова добавлением в анализируемый раствор антипирина, сульфосалициловой кислоты и хлорида калия (патент РФ №2509167, С22В 25/00, G01N 31/22). После расслоения фаз к экстракту добавляют раствор морина для образования флуоресцирующего комплексного соединения олова с морином и осуществляют измерение флуоресценции полученного раствора с помощью анализатора жидкости «Флюорат 2-3М». Недостатком данного способа является то, что он не может быть использован для определения общего олова и приведет к получению заниженных результатов.

Известен способ определения олова в продуктах питания, который предусматривает предварительное сухое озоление образца, затем производят растворение озоленного остатка в соляной кислоте с одновременной обработкой комплексообразователем 2,3,4,2'-тетраокси-3-сульфо-5'-нит-роазобензолом (ТСНАБ), последующее установление значения оптической плотности раствора фотометрическим методом и определение концентрации олова по последнему (патент SU №1257516, G01N 33/02). Недостатком данного способа является низкая точность анализа, так как на определение анализируемого элемента оказывают влияние посторонние ионы: Mo^VI, W^VI, некоторые анионы.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ определения олова в озоленных при 550°С геохимических образцах атомно-эмиссионным методом с дугой постоянного тока в качестве источника возбуждения и экспозиции 30 с при разбавлении проб 1:1 модификатором (оксид алюминия : сульфид сурьмы : хлорид натрия = 8:1:1). Предел обнаружения по данному способу составляет 10-4 мас. % (Н.Л. Чумакова, А.И. Кузнецов. «Определение олова в геохимических образцах прямым атомно-эмиссионным методом». Аналитика и контроль. 2001. Т. 5. №2. С. 157).

Недостатком прототипа является невозможность определения содержания олова в полимерах на уровне ниже 10-4 мас. %. Кроме того, низкая концентрация минерального остатка в некоторых оловосодержащих полимерах, например, дивинилстирольном каучуке, не позволяет получить достаточное для анализа количество смеси с модификатором состава 1:1.

Технической задачей заявляемого изобретения является разработка способа, который позволил бы получить достаточную для анализа навеску образца и повысить чувствительность определения, снизив предел обнаружения олова до 10-5 мас. %.

Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что в известном способе подготовки проб, включающем предварительное сухое озоление анализируемого образца в муфельной печи при 550°С до минерального остатка, полученный минеральный остаток затем перемешивают с буфером, состоящим из угольного порошка марки осч с добавкой 1,0 - 5,0 мас. % синтезированного углеродного материала, и анализируют методом атомно-эмиссионной спектроскопии.

Углеродный материал синтезируют следующим образом. Берут навеску подсушенного при 100°С графита марки осч с размером частиц 0,5 мм массой 2 г, приливают к ней 10 мл хромовой смеси, затем еще 10 мл концентрированной серной кислоты, помешивают смесь стеклянной палочкой и оставляют на 30 минут. Затем небольшими порциями во избежание вскипания добавляют дистиллированную воду до объема 250 мл, полученный раствор фильтруют на воронке Бюхнера, осадок три раза промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100°С. Полученный материал подвергают термообработке микроволновым излучением частотой 2,45 ГГц и мощностью 800 Вт в течение 60 - 90 секунд.

Содержание олова в минеральном остатке, перемешанном с буфером 1:20, определяют атомно-эмиссионным методом с фотоэлектрической регистрацией спектров. Съемку спектров проводят при следующих условиях: источник возбуждения спектров - дуга переменного тока, сила тока 8 А, экспозиция 40 - 80 с.

Соблюдение использования описанной методики синтеза углеродного материала, согласно которой исходный графит последовательно подвергается воздействию окислителя и затем в течение 60 - 90 секунд - микроволнового излучения, дает возможность получить такую углеродную структуру, которая при добавлении ее в буфер в концентрации 1,0-5,0 мас. % позволяет увеличить скорость испарения определяемого олова из кратера электрода в ходе съемки спектров и создать наиболее благоприятные условия для возбуждения элемента в плазме дуги. Перечисленные факторы в совокупности с предложенной экспозицией 40 - 80 с. во время проведения атомно-эмиссионного анализа позволяют достичь целевого предела обнаружения олова 10-5 мас. %. А увеличение разбавления буфером 1:20 против 1:1 в прототипе дает возможность получить навеску образца достаточной массы для съемки спектров (должна быть не менее 0,1 грамма).

Заявляемое изобретение имеет следующие отличительные признаки:

- в качестве добавки к буферу применяют углеродный материал, для синтеза которого используют графит, подвергаемый после обработки последовательно хромовой смесью и серной кислотой воздействию микроволнового излучения в течение 60 - 90 секунд;

- синтезированный углеродный материал добавляют в буфер в концентрации 1,0-5,0 мас. %;

- используют разбавление буфером 1:20;

- атомно-эмиссионное определение олова проводят при экспозиции 40 - 80 с.

Наличие отличительных признаков по сравнению с прототипом свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».

Использование новых отличительных признаков позволяет получить достаточную для анализа навеску образца и добиться определения олова на уровне 10-5 мас. %. Подобный эффект не был достигнут ни в одном аналогичном изобретении и не описан в литературе. Таким образом, введение новых технических признаков позволило получить новый результат, и, следовательно, изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость», что подтверждается нижеприведенным примером конкретного, но не ограничивающего его, выполнения.

Пример 1. В предварительно доведенные до постоянной массы при температуре (550±5)°С и взвешенные три платиновых тигля помещают по (5,0000±0,0005) г дивинилстирольного синтетического каучука, ставят в муфельную печь, нагревают до (200±5)°С со скоростью и выдерживают до окончания выделения паров. Затем температуру поднимают до (550±5)°С и выдерживают до полной минерализации. Тигли вынимают щипцами, охлаждают в эксикаторе с осушителем до комнатной температуры и взвешивают с записью результата в граммах до четвертого десятичного разряда. Прокаливание, охлаждение и взвешивание повторяют до получения расхождения между двумя последовательными взвешиваниями не более 0,0005 г (доведение до постоянной массы). Рассчитывают массу полученного минерального остатка: из массы тигля с навеской остатка вычитают массу пустого прокаленного тигля. Полученный остаток усредняют путем растирания в течение 10 минут в агатовой или яшмовой ступке. Берут навеску усредненного остатка массой (0,0050±0,0005) г и переносят в агатовую или яшмовую ступку. В эту же ступку добавляют (0,1000±0,0005) г буфера, под которым подразумевают угольный порошок с добавкой 1 мас. % заранее синтезированного по описанной выше методике углеродного материала; при этом продолжительность воздействия микроволнового излучения на углеродный материал составляет 60 секунд. Растирают полученную смесь в течение 10 минут и анализируют методом атомно-эмиссионной спектроскопии при времени экспозиции 40 секунд.

Результаты по изменению чувствительности атомно-эмиссионного спектрального анализа образцов, подготовленных по примеру 1 с добавкой в буфер и без добавки, представлены в таблице 1.

Данные, приведенные в таблице 1, подтверждают, что предлагаемый способ повышает чувствительность анализа, и при практическом использовании предел обнаружения олова в полимерах снижается до 1⋅10^-5 мас. %.

Примеры 2-13. В таблице 2 приведены примеры 2-13 осуществления предлагаемого способа аналогично описанному выше в примере 1 при различных значениях заявляемых параметров: продолжительность воздействия микроволнового излучения, массовая доля добавки, время экспозиции.

Таким образом, использование предлагаемого способа определения олова в сравнении с прототипом позволяет получить достаточную для анализа навеску образца и снизить предел обнаружения анализируемого элемента до 1⋅10^-5 мас. %, за счет чего обеспечивается более достоверный контроль за содержанием определяемого элемента в полимерах.