Результат интеллектуальной деятельности: Способ извлечения скандия(III) для его последующего определения в системе, содержащей антипирин и сульфосалициловую кислоту

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способам извлечения солей металлов в расслаивающейся системе, состоящей из антипирина (АП), сульфосалициловой кислоты (ССК) и воды. Способ включает экстракцию с использованием в качестве комплексообразователя и экстрагента смеси АП и ССК, взятых в мольном соотношении 2:1. Экстракцию ведут в присутствии 1 моль/л сульфата натрия в качестве высаливателя. После экстракции определяют концентрацию ионов скандия(III) комплексонометрически на автоматическом титраторе Mettler Toledo Т70. Техническим результатом является полнота извлечения ионов скандия, безопасность условий труда вследствие отсутствия летучих органических растворителей, упрощение и удешевление процесса анализа.

Существует ряд способов количественного определения скандия при помощи органических реагентов группы производных пиразолона. Известен экстракционно-титриметрический способ выделения и определения скандия(III) с органическим реагентом диантипирилметаном (ДАМ). Экстракцию элемента проводят при нагревании с последующим разбавлением экстракта ацетоном; содержание Sc³⁺ в органической фазе определяют обратным титрованием избытка динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) сульфатом цинка с эриохромом черным Т (С.А. Денисова, А.В. Головкина, А.Е. Леснов. Извлечение скандия диантипирилалканами из нафталин-2-сульфонатных растворов в экстракционных системах различного типа // ЖАХ. 2015. Т. 70. №2. С. 115-120). Недостатками данного метода является применение токсичных, легко воспламеняемых растворителей, осуществление процесса извлечения при повышенных температурах, а также невозможность определить Sc³⁺ прямым титрованием.

Наиболее близким по технической сущности является способ экстракционно-комплексонометрического определения Sc³⁺ в расслаивающейся системе вода-антипирин-монохлоруксусная кислота (МХУК) (Б.И. Петров, С.И. Рогожников. Аналитическое использование экстракции элементов в расслаивающейся системе вода - антипирин - монохлоруксусная кислота // ЖАХ. 2085. T. XL. Вып. 2. С. 247-252). Этот метод имеет ряд недостатков: в системе с МХУК необходим четырехкратный избыток кислоты по сравнению с АП (в систему вводилось 4 мл 2,5 моль/л АП и 5 мл 8 моль/л раствора МХУК); следует также отметить, что МХУК официально классифицируется как «Токсичное», «Едкое» и «Опасное для окружающей среды» вещество.

Общим с прототипом является использование экстракционных систем с участием АП, а отличием - применение сульфосалициловой кислоты и введение в систему высаливателя. Целями создания изобретения является разработка эффективного способа извлечения и последующего количественного обнаружения ионов скандия(III) в водной расслаивающейся системе АП – ССК - вода, достижение полноты извлечения, безопасности условий труда, удешевления и значительного упрощения процесса анализа.

Способ определения скандия основан на его количественном извлечении в расслаивающейся системе без органического растворителя АП-ССК-Н₂О при рН 2 с последующим растворением экстракта в 100-150 мл дистиллированной воды и титровании ионов Sc раствором ЭДТА с индикатором ксиленоловым оранжевым. Способность экстракта растворяться в воде создает благоприятные условия для прямого комплексонометрического окончания анализа, поскольку исключается стадия реэкстракции или гетерофазное титрование, присущее традиционным экстракционно-титриметрическим методам. В связи с этим представляет интерес определение скандия в присутствии редкоземельных элементов, часто сопутствующих этому металлу.

Пример 1. Экстракционно-комплексонометрическое определение ионов Sc³⁺ в расслаивающейся системе АП – ССК - Н₂О в модельных растворах, содержащих Y, Tb.

Методика определения. В делительную воронку на 50 мл вводили 2 моль/л растворы АП и ССК (3,0 и 1,5 мл соответственно), анализируемый раствор, содержащий 0,75-3,00 г/л скандия(III) и необходимое количество щелочи для нейтрализации 0,5 моль/л H₂SO₄, на которой приготовлен раствор скандия(III). В качестве высаливателя вводили навеску сульфата натрия до концентрации 1 моль/л и доводили общий объем водной системы до 10 мл дистиллированной водой. Делительную воронку встряхивали в течение 3-5 мин, что достаточно для количественного извлечения скандия однократной экстракцией.

После расслаивания органическую фазу количественно отделяли и определяли скандий прямым титрованием 0,025 моль/л раствором ЭДТА при рН=2,0, предварительно разбавив экстракт дистиллированной водой. Для создания необходимого значения рН к растворенному в воде экстракту добавляли 5 мл ацетатного буферного раствора с рН 2,2. Контроль за содержанием ионов Sc³⁺ в экстракте осуществляли также по его остатку в водной фазе по указанному выше методу. В качестве индикатора применяли 0,5 мл 0,1% раствора ксиленолового оранжевого. Изменение окраски (переход красной в желтую) в точке эквивалентности фиксировалось фотометрическим сенсором DP5 Phototrode при 520 нм. Предварительно задавали режим титрования (до точки эквивалентности), скорость перемешивания (30 об/мин), шаг дозирования титранта (0,04 ml) и величину порогового значения (120 mV/ml). С помощью фототрода фиксировалось изменение потенциала от объема введенного титранта, получали кривую титрования и ее первую производную, с помощью которой автоматически идентифицировалась точка эквивалентности. Результаты комплексонометрического определения ионов скандия приведены в табл. 1.

Пример 2. Экстракционно-комплексонометрическое определение ионов Sc³⁺ в расслаивающейся системе АП-ССК-Н₂О в модельных растворах, содержащих La, Yb, Gd.

Методика определения. В делительную воронку вводят 3,0 мл 2 моль/л раствора АП, 1,5 мл 2 моль/л раствора ССК, исследуемый раствор, содержащий 0,75-1,9 г/л скандия(III), прибавляют NaOH для нейтрализации 0,5 моль/л H₂SO₄, на которой приготовлен раствор скандия(III) и Na₂SO₄ до 1 моль/л. Разбавляют полученную смесь дистиллированной водой до общего объема в 10 мл и встряхивают 5 мин. После расслаивания экстракт переносят в стакан для титрования, добавляют 5 мл ацетатного буферного раствора с рН 2,2, дистиллированную воду до 50-60 мл и титруют скандий раствором ЭДТА с индикатором ксиленоловым оранжевым. Процесс титрования проводили на автоматическом титраторе, точка эквивалентности фиксировалось фотометрическим сенсором DP5 Phototrode при 520 нм. Режим титрования: скорость перемешивания (30 об/мин), шаг дозирования титранта (0,04 ml), величина порогового значения (120 mV/ml). Фототрод фиксировал изменение потенциала от объема введенного титранта, точка эквивалентности автоматически идентифицировалась по кривой титрования и ее первой производной. Результаты комплексонометрического определения ионов скандия в модельном растворе приведены в табл. 2.

Из приведенных результатов (табл. 1, табл. 2) следует, что значительные количества введенных солей иттрия, тербия, лантана, иттербия и гадолиния не мешают селективному и количественному выделению (7,50-30,00 мг/10 мл) скандия. При этом относительное стандартное отклонение находится в пределах 0,012-0,022. Относительная ошибка выделения и определения Sc (30,00 мг) не превышает 0,21%, что позволяет получать скандий высокой степени чистоты.