Результат интеллектуальной деятельности: ЦВЕТОРЕАГЕНТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУЛЬФИД-ИОНОВ

Изобретение относится к аналитической химии и касается цветореагентов, предназначенных для определения концентрации сульфид-ионов.

Сероводород и неорганические сульфиды являются широко распространенными соединениями, которые находят широкое применение в различных отраслях.

В больших количествах сульфид натрия используется в целлюлозно-бумажной промышленности. Он, наряду с гидроксидом натрия, является реагентом, который входит в состав белого и зеленого щелоков. Определение концентрации сульфида натрия является важной задачей, так как Na₂S влияет на свойства получаемой сульфатной целлюлозы.

Для определения концентрации сероводорода и сульфид-ионов разработано большое число различных методов [Бусев А.И., Симонова Л.Н. Аналитическая химия серы. - М.: Наука. - 1975. - 272 с.].

В фотометрических способах определения сероводорода и сульфид-ионов используют различные цветореагенты: нитропруссид натрия, дитиопиридины, пара-амино-N,N-диметиланилин, метиленовый голубой [Reese B.K., Finneran D.W., Mills H.J., at al. Examination and Refinement of the Determination of Aqueous Hydrogen Sulfide by the Methylene Blue Method // Aquatic Geochemistry. - 2011. - Vol.17, № 4-5. - P.567-582].

Предлагается использовать в качестве цветореагента для определения сульфид-ионов 2,4-динитрофенол.

Известны различные направления использования 2,4-динитрофенола:

1) В качестве ингибитора коррозии металлов [Пат. 2299270 РФ. Летучий ингибитор коррозии. МПК C23F 11/02 (2006.01) Авторы: Алферов В.А., Долгов В.В., Панченко И.В., Хлебникова С.Ф. Заявка: №2006110836/02, 05.04.2006], ингибитора полимеризации стирола [Пат. 2391328 РФ. МПК С07С 7/20, C08F 2/42, C08F 2/40, С09К 15/04. Ароматические сульфоновые кислоты, амины и нитрофенолы в комбинации с соединениями, содержащими нитроксильный радикал, или с С-нитрозоанилинами в качестве ингибиторов полимеризации. Авторы: Косовер В., Фэбьян Д.Р., Липпаи И., Бинейдж Б., Абрускато Д.Д. Заявка РСТ: US 2005/030673 20050826. Публикация РСТ: WO 2006/062563 20060615];

2) В органическом синтезе для синтеза 2,4-диаминофенола (амидола) [Ворожцов Н.Н. Основы синтеза промежуточных продуктов и красителей. - М.: Гос. Тех. Хим. Издат. ОНТИ / - 1934. - 534 с.], 2-амино-4-нитрофенола (подсластителя) [Крутошикова А., Угер М. Природные и синтетические сладкие вещества. - М.: Мир. - 1988. - 120 с.], пикриновой кислоты [Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. - Л.: Химия. - 1973. - 688 с.], красителей [Zollinger, H. Color Chemistry. Synthesis, Properties and Applications of Organic Dyes and Pigments, 3rd ed. Weinheim: Wiley-Helvetica Chimica Acta, 2003. - 637 p.]; средств, предназначенных для сельского хозяйства (гербицидов, пестицидов и фунгицидов) [Пат. 2435369 РФ. МПК A01N 25/14 (2006.01) A01P 13/00 (2006.01). Гербицидные композиции. Авторы: Дженсен Д.Л., Грандкола Д.X., Фостер Н.А. Заявка РСТ: US 2007/016837 20070726. Публикация заявки РСТ: WO 2008/013904 20080131];

3) Как компонент антисептирующих составов для пропитки древесины [Richardson Barry A. Wood preservation. 2nd ed. - New York: by E. & F.N.Spon. - 1993. - 226 p.];

4) Как стимулятор роста растений [А.с. 1208613 СССР. МПК⁶ A01N 33/22. Стимулятор роста растений. Автор: Иванов И.Д. Заявка: 3650951/153650952/153650953/15, 14.10.1983]. Биологическая активность 2,4-динитрофенола проявляется и в снижении веса человека [Tewari A., Ali Т., Ali A. et al. Weight Loss and 2,4-Dinitrophenol Poisoning // British journal of anaesthesia. - 2009. - Vol.102, Issue 4. - P.566-567];

5) Благодаря взрывчатым свойствам он использовался как детонатор динамита [Urbanski Т. Chemistry and technology of explosives. Vol.1. - Pergamon Press. - 1964. - 635 p.].

Для оценки возможности применения 2,4-динитрофенола в качестве цветореагента был выполнен эксперимент, в котором с помощью цветной реакции 2,4-динитрофенола с сульфид-ионами определена концентрация сульфида натрия в образцах производственных белого (БЩ) и зеленого (ЗЩ) щелоков. Концентрации сульфида натрия (г/л) определены с помощью иодометрического титрования:

- белый щелок 26,3;

- зеленый щелок 24,6.

При выполнении анализов щелока были предварительно разбавлены в 2,5 раза.

Определение проводили следующим образом. 0,5 г 2,4-динитрофенола растворяли в 1 М растворе NaOH в мерной колбе вместимостью 50 мл. В пробирку вносили 2 мл раствора 2,4-динитрофенола и известный объем белого или зеленого щелока. Пробирку нагревали на кипящей водяной бане в течение 10 мин. Затем реакционную смесь охлаждали и количественно переносили в мерную колбу вместимостью 25 мл, объем раствора доводили до метки дистиллированной водой. Полученный раствор перед фотометрированием дополнительно разбавляли дистиллированной водой в 50 раз (1 мл в мерной колбе вместимостью 50 мл). Фотометрирование проводили в кюветах с толщиной рабочего слоя 5 см при 440 нм. В кювете сравнения находилась дистиллированная вода.

Пример 1. 0,5 г 2,4-динитрофенола растворяли в 1 М растворе NaOH в мерной колбе вместимостью 50 мл. В пробирку вносили 2 мл раствора 2,4-динитрофенола и 0,1 мл белого щелока. Пробирку нагревали на кипящей водяной бане в течение 10 мин. Затем реакционную смесь охлаждали и количественно переносили в мерную колбу вместимостью 25 мл, объем раствора доводили до метки дистиллированной водой. Полученный раствор перед фотометрированием дополнительно разбавляли дистиллированной водой в 50 раз (1 мл в мерной колбе вместимостью 50 мл). Фотометрирование проводили в кюветах с толщиной рабочего слоя 5 см при 440 нм. В кювете сравнения дистиллированная вода. Величина оптической плотности при 440 нм равна 0,956. Масса сульфида в растворе, взятом на анализ 1,052 мг.

Пример 2. Фотометрическую реакцию с 0,2 мл белого щелока проводили в условиях примера 1. Величина оптической плотности при 440 нм равна 1,143. Масса сульфида в растворе, взятом на анализ, 2,104 мг.

Пример 3. Фотометрическую реакцию с 0,3 мл белого щелока проводили в условиях примера 1. Величина оптической плотности при 440 нм равна 1,322. Масса сульфида в растворе, взятом на анализ, 3,159 мг.

Пример 4. Фотометрическую реакцию с 0,4 мл белого щелока проводили в условиях примера 1. Величина оптической плотности при 440 нм равна 1,442. Масса сульфида в растворе, взятом на анализ, 4,208 мг.

Пример 5. Фотометрическую реакцию проводили в условиях примера 1 без добавления белого щелока. Величина оптической плотности при 440 нм равна 0,783.

Пример 6. 0,5 г 2,4-динитрофенола растворяли в 1 М растворе NaOH в мерной колбе вместимостью 50 мл. В пробирку вносили 2 мл раствора 2,4-динитрофенола и 0,1 мл зеленого щелока. Пробирку нагревали на кипящей водяной бане в течение 10 мин. Затем реакционную смесь охлаждали и количественно переносили в мерную колбу вместимостью 25 мл, объем раствора доводили до метки дистиллированной водой. Полученный раствор перед фотометрированием дополнительно разбавляли дистиллированной водой в 50 раз (1 мл в мерной колбе вместимостью 50 мл). Фотометрирование проводили в кюветах с толщиной рабочего слоя 5 см при 440 нм. В кювете сравнения дистиллированная вода. Величина оптической плотности при 440 нм равна 0,935. Масса сульфида в растворе, взятом на анализ, 0,984 мг.

Пример 7. Фотометрическую реакцию с 0,2 мл зеленого щелока проводили в условиях примера 6. Величина оптической плотности при 440 нм равна 1,138. Масса сульфида в растворе, взятом на анализ, 1,968 мг.

Пример 8. Фотометрическую реакцию с 0,3 мл зеленого щелока проводили в условиях примера 6. Величина оптической плотности при 440 нм равна 1,301. Масса сульфида в растворе, взятом на анализ, 2,952 мг.

Пример 9. Фотометрическую реакцию с 0,4 мл зеленого щелока проводили в условиях примера 6. Величина оптической плотности при 440 нм равна 1,442. Масса сульфида в растворе, взятом на анализ, 3,936 мг.

Из приведенных примеров видно, что оптическая плотность при 440 нм хорошо коррелирует с массой сульфида натрия, взятого на анализ (см. четеж). Результаты, полученные с использованием белого и зеленого щелоков, хорошо укладываются в единую прямолинейную зависимость. Следовательно, Na₂CO₃, являющийся основным компонентом зеленого щелока, не мешает определению сульфида натрия с помощью 2,4-динитрофенола.

Преимуществом использования 2,4-динитрофенола для определения сульфид-ионов является быстрота выполнения анализа, который проводится в щелочной среде, что исключает выделение в воздух дурно пахнущего и токсичного сероводорода, как это имеет место при проведении определения в нейтральной или кислой среде.