Ионселективные электроды для контроля состава сложных технологических сред Т.В. Великанова, А.Н. Титов Лаборатория по разработке ионселективных электродов. Химический факультет Уральского государственного университета Институт физики металлов УрО РАН

Оперативный, часто непрерывный и желательно автоматизированный Дискретный, выборочный, требует точности, определения нескольких компонентов, выполняется в лаборатории

Характеристика аналитических методов Метод Определяемое содержание, % Применение Гравиметрия10 -3 – 1 г большие количества вещества, высокая точность Титриметрия10 -4 – – большие количества вещества (визуальная индикация КТТ), - малые количества вещества (инструментальная индикация КТТ) Кулонометрия10 -9 – 1 Определение любых веществ, способных изменять степень окисления (высокая точность) Ионометрия10 -6 – Малые и следовые содержания ионов в растворах Молекулярная спектроскопия – Наиболее распространенный метод определения малых и следовых содержаний веществ Атомно- абсорбционная спектроскопия – Определение следовых и малых количеств веществ

Ионометрия Достоинства метода Анализ смесей или индивидуальных веществ: - определение макрокомпонентов с высокой прецизионностью - определение микроколичеств примесей с достаточной надежностью и экспрессностью Экспрессность анализа Простота аппаратурного оформления, дешевизна Автоматизация анализа - создание автоматических титраторов; - создание проточно-инжекционных систем

Применение серийно выпускаемых ионселективных электродов Электрод Определяемое вещество Объект исследования Cl-ИСЭхлоридыГальванические ванны I-ИСЭиодидыГорные породы и почвы CN-ИСЭцианидыГальванические ванны F-ИСЭфторидыГальванические и травильные растворы, руды Cl-ИСЭхлоридыГальванические ванны Pb-ИСЭсвинецГальванические ванны, руды Ag-ИСЭсереброГальванические ванны, руды Cu-ИСЭмедьГальванические ванны

Определение состава многокомпонентных смесей с фторидселективным электродом Кривая комплексонометрического титрования в присутствии индикаторных количеств F - -ионов Последовательность конкурирующих реакций комплексообразования: Me 3+ + F - = MeF 2+ Me 3+ + H 2 Y 2- = MeY - + 2H + MeF 2+ + H 2 Y 2- = MeY - + 2H + + F -

Проанализированы следующие материалы: YBa 2 Cu 3 O 7 La 1-x Sr x CoO 3 La 2-x Sr x CuO 4 Y 3-x La x Fe 5 O 12 YAlO 3 Y 3-x Nd x Al 5 O 12 (1-x)ZrO 2 * ½ x Y 2 O 3 xZrO 2 * y Y 2 O 3 *(1-x-y)Al 2 O 3 Сплавы на основе Fe-Al Относительное стандартное отклонение при определении Zr, Fe(III), La, Cu составляет 0,006-0,008; Сo, Y, Al - 0,008 – 0,01; Sr – 0,01

Нами разработаны ИСЭ на основе интеркалатных соединений дихалькогенидов титана М x TiX 2, X=S,Se,Te; М= Fe, Co, Ni, Cr, Cu, Ag, Gd… *патент РФ «Состав мембраны ИСЭ» 2004 г. А.Н.Титов, Т.В.Великанова Красные кружки – атомы халькогена Черные кружки - Ti звездочка – позиция, доступаная для интеркалированных металлов

Электродные характеристики ИСЭ на основе интеркалированных дихалькогенидов титана * ЭлектродОпредe- ляемый ион Область линейности функции E = f(pC Pb ), M Крутизна электродной функции, мВ/pC Рабочий интервал pH (PbS) 1,18 TiS 2 Pb(II) (26 1) 3,5 -5,0 Cr 0.1 TiSe 2 Cr(III) (57 2) 2,75 – 4,7 Co 0.25 TiTe 2 Co(III) (29 1) 4,5 – 6,5 * патент РФ «Состав мембраны ИСЭ» А.Н. Титов, Т.В. Великанова Fe 0.15 TiTe 2 Fe(III) (53 2) 1,3 – 2,6

Электродная функция Cr-СЭ на основе Cr x TiSe 2 1 – Cr 0.1 TiSe 2 2 – Cr 0.25 TiSe 2 3 – Cr 0.33 TiSe 2 4 – Cr 0.25 TiTe 2 pH 3,5

Кривая потенциометрического титрования Сr(III) Кривая потенциометрического титрования ммоль Cr(III) раствором KMnO 4 {c(1/5KMnO 4 ) = M} при pH 3.2.

Результаты определения хрома(III) титриметрическим методом (титрант KMnO 4 ) с использованием Cr-СЭ n=3, P=0,95 Введено Cr 3+, мг Найдено Cr 3+, мг Sn Sn X±ΔХ Sr Sr * ± В присутствии К 2 Cr 2 O 7 (Cr(III) : Cr(VI) = 1:50) * ±

Сопоставление результатов определения хрома(III) перманганатометрическим методом с использованием Cr-СЭ (метод I) и с визуальной индикацией к.т.т. (метод II) n=3, P=0.95 введен о Cr 3+, ммоль НайденоF-критерийt-критерий метод Iметод II SnSn SnSn расч.табл.расч.табл * * XX

Сопоставление результатов определения содержания железа (III) в промышленной воде Метод IМетод IIFt C С, мг/л S n ИСЭ C С, мг/л S n Расч. Табл. Расч. Табл. 10,75 0,13 0,103 Fe-СЭ (1) 10,67 0,08 0,116 1,273 6,16 1,250 2,179 Fe-СЭ (2) 10,85 0,08 0,107 1,091 6,16 1,653 2,179 Метод I – фотометрический метод с сульфосалициловой кислотой; Метод II - титрование ЭДТА с Fe-селективными электродами (метод добавок). n 1 =5 n 2 =9 P=0,95

Заключение Разработка ионселективных электродов для анализа ионов, ранее не определявшихся ионометрически, открывает возможность комплексного анализа сложных технологических и природных сред методами ионометрии как с использованием набора ионселективных электродов ИСЭ, разработанных в Лаборатории по разработке ИСЭ химического факультета Уральского госуниверситета, так и серийно выпускаемых. Особо следует подчеркнуть возможность автоматизации этого процесса с выводом на компьютер.