RU2089886C1 - Method of photometric determination of chemical pollutant in water - Google Patents

Abstract

FIELD: analytical chemistry, ecology. SUBSTANCE: analyzed water sample is passed through paper ribbon made of natural and chemical fibers and modified with sorbing compositions. Then ribbon is treated with analytical reagent followed by photometry. The used paper carrier made of natural and chemical fibers shows universal sorption properties and high wet strength that ensures to determine different chemical substances in water. EFFECT: high precision of method. 4 cl

Description

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для автоматического непрерывного контроля чистоты воды в коммуникациях и водоемах. The invention relates to the field of analytical chemistry and can be used for automatic continuous monitoring of water purity in communications and reservoirs.

Высокая эффективность контроля чистоты воды может быть достигнута за счет его автоматизации, в особенности путем автоматического определения химических загрязнителей воды в непрерывном режиме непосредственно на объектах, что позволяет оперативно реагировать на превышение допустимых уровней загрязнения. High efficiency of water purity control can be achieved through its automation, in particular by automatically detecting chemical water pollutants in continuous mode directly at the facilities, which allows you to quickly respond to exceeding permissible pollution levels.

Известные зарубежные способы контроля воды в непрерывном режиме на основе фотометрического метода включают операции смешения анализируемой пробы и реагентов, перемешивание, фотометрирование окрашенного раствора в кювете, а устройство для их реализации представляет собой крупногабаритный, стационарный прибор (масса 120 кг), предназначенный для определения ряда химических загрязнителей (14 наименований) при условии смены реагентов, светофильтров, программ. При этом чувствительность и селективность определения химического загрязнителя ограничены возможностями используемого аналитического способа, что не всегда удовлетворяет современным требованиям к этим параметрам. Well-known foreign methods of water control in a continuous mode based on the photometric method include the operations of mixing the analyzed sample and reagents, mixing, photometry of the colored solution in the cuvette, and the device for their implementation is a large-sized, stationary device (weight 120 kg), designed to determine a number of chemical pollutants (14 items) subject to a change of reagents, filters, programs. Moreover, the sensitivity and selectivity of determining a chemical pollutant are limited by the capabilities of the analytical method used, which does not always satisfy modern requirements for these parameters.

Известен эффективный способ повышения чувствительности и селективности фотометрического определения химических элементов твердофазная спектрометрия [1] рационально сочетающая концентрирование и определение, основанная на прямом измерении светопоглощения фазы модифицированного сорбента (ионообменника) после сорбции им элемента (или комплекса элемента с аналитическим реагентом) из раствора. Для концентрирования элемента на сорбенте зерненный сорбент и исследуемый раствор интенсивно перемешивают в статических условиях с помощью механического вибратора, полученной суспензией или отфильтрованным сорбентом заполняют специальную стеклянную кювету. После формирования плотной упаковки сорбента (15-20 мин) измеряют светопоглощение пробы. Описанный способ высокочувствителен и селективен, но трудоемок, длителен и не может быть автоматизирован. There is an effective way to increase the sensitivity and selectivity of the photometric determination of chemical elements solid-phase spectrometry [1] rationally combining concentration and determination based on direct measurement of the light absorption of the phase of the modified sorbent (ion exchanger) after sorption of an element (or complex of an element with an analytical reagent) from a solution. To concentrate the element on the sorbent, the granular sorbent and the test solution are intensively mixed under static conditions using a mechanical vibrator, a special glass cuvette is filled with a suspension or a filtered sorbent. After the formation of a dense sorbent package (15-20 min), the light absorption of the sample is measured. The described method is highly sensitive and selective, but time-consuming, time-consuming and cannot be automated.

Известен способ определения хрома (VI) в воде [2] включающий его концентрирование в потоке на дисках из полиакрилонитрильного волокна, наполненного в процессе формования тонкодисперсным анионообменником (сорбирующем элементе), переведение хрома (VI) в комплекс с аналитическим реагентом дифенилкарбазидом непосредственно в твердой фазе обработкой диска раствором реагента в динамическом режиме и последующее детектирование на поверхности методом спектроскопии диффузного отражения. На основе способа разработана высокочувствительная и селективная методика определения хрома (VI), предложен экспресс-тест для полуколичественного визуального определения в воде. Данный способ не позволяет осуществлять автоматический контроль в непрерывном режиме ввиду множества достаточно сложных операций определения. A known method for the determination of chromium (VI) in water [2] including its concentration in the stream on disks made of polyacrylonitrile fiber, filled during the formation with a finely dispersed anion exchanger (sorbing element), transfer of chromium (VI) into a complex with an analytical reagent diphenylcarbazide directly in the solid phase by processing disk solution of the reagent in dynamic mode and subsequent detection on the surface by diffuse reflection spectroscopy. Based on the method, a highly sensitive and selective method for the determination of chromium (VI) was developed; an express test for semiquantitative visual determination in water was proposed. This method does not allow for automatic control in continuous mode due to the many rather complex operations of determination.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного способа фотометрического определения химических загрязнителей воды, в котором изменен волокнистый материал основы сорбирующего элемента, чем обеспечивается получение таких технических результатов, как улучшение физико-механических свойств сорбирующего элемента, исключение и совмещение ряда операций определения, расширение сорбционных возможностей сорбирующего элемента. За счет этого становится возможным определение в непрерывном автоматическом режиме и расширение номенклатуры контролируемых химических загрязнителей воды. The basis of the invention is the task of improving the known method for the photometric determination of chemical pollutants of water, in which the fibrous material of the base of the sorbent element is changed, thereby providing technical results such as improving the physicomechanical properties of the sorbing element, eliminating and combining a number of determination operations, expanding the sorption capabilities of the sorbing element item. Due to this, it becomes possible to determine in a continuous automatic mode and expand the range of controlled chemical water pollutants.

Поставленная задача решается тем, что в способе фотометрического определения химических загрязнителей воды, содержащем модификацию волокнистого материала сорбирующим составом, концентрирование на волокнистом материале (сорбирующем элементе) загрязнителя путем пропускания через него пробы воды, добавление на волокнистый материал аналитического реагента и его фотометрирование, согласно изобретению в качестве волокнистого материала используют бумажную ленту из натуральных и искусственных волокон. The problem is solved in that in the method for the photometric determination of chemical water pollutants containing a modification of a fibrous material with a sorbent composition, concentration of a pollutant on a fibrous material (sorbing element) by passing water samples through it, adding an analytical reagent to the fibrous material and photometric measuring it according to the invention in As a fibrous material, paper tape made from natural and artificial fibers is used.

В качестве сорбирующего состава используют ионообменные смолы, неорганические оксиды, полисахариды. As the sorbent composition, ion-exchange resins, inorganic oxides, polysaccharides are used.

Предложенный волокнистый материал, содержащий в своем составе химические синтетические волокна (например, поливинилспиртовое волокно), характеризуется повышенной влагопрочностью (разрывное усилие не менее 3 H), что позволяет осуществлять прокачку через него больших количеств воды и эксплуатировать в виде ленты при механических нагрузках в лентопротяжных механизмах. Применение волокнистого материала в виде ленты исключает операции по формированию сорбирующего элемента (изготовление дисков), позволяет совмещать операции доставки в узел прокачки и к измерительному блоку в каждом цикле, чем обеспечивается возможность автоматизации анализа. The proposed fibrous material containing chemical synthetic fibers (for example, polyvinyl alcohol fiber) is characterized by increased moisture resistance (breaking strength of at least 3 N), which allows pumping large amounts of water through it and exploiting it in the form of a tape under mechanical loads in tape drives . The use of a fibrous material in the form of a tape eliminates the operation of forming a sorbent element (manufacturing disks), allows you to combine the operation of delivery to the pumping unit and to the measuring unit in each cycle, which makes it possible to automate analysis.

Наличие в составе волокнистого материала кроме синтетических натуральных и искусственных волокон (например, целлюлозы и вискозы) расширяет комплекс его физико-химических и механических свойств (возможность варьирования пористой структурой, количеством) и характером функциональных групп, гидравлическим сопротивлением). Это в свою очередь расширяет сорбционные возможности материала, создавая хорошую впитывающую способность как в отношении воды, так и в отношении различных органических растворителей и композиций на их основе, тогда как сорбционные возможности прототипа ограничены свойствами одного полиакрилонитрильного волокна. The presence in the composition of the fibrous material in addition to synthetic natural and artificial fibers (for example, cellulose and viscose) expands the complex of its physicochemical and mechanical properties (the possibility of varying the porous structure, quantity) and the nature of the functional groups, hydraulic resistance). This, in turn, expands the sorption capabilities of the material, creating good absorbency both with respect to water and various organic solvents and compositions based on them, while the sorption capabilities of the prototype are limited by the properties of a single polyacrylonitrile fiber.

Универсальность сорбционных свойств бумаги из химических и натуральных волокон обеспечивает возможность ее модификации сорбирующими составами, содержащими ионообменные смолы, неорганические оксиды, полисахариды. The universality of the sorption properties of paper made of chemical and natural fibers makes it possible to modify it with sorbent compositions containing ion-exchange resins, inorganic oxides, polysaccharides.

Кроме того, номенклатура сорбирующих составов может быть расширена и включать также ряд других сорбентов и материалов (полимерные, хелатообразующие и др.), модификация осуществляется различными способами: сухого напыления, включения на стадии изготовления бумаги, химической сшивкой и другими. Это позволяет использовать для концентрирования и определения веществ различной химической природы ряд однотипных (одинаковая форма, размеры, близкие физико-механические свойства) сорбирующих элементов, что в свою очередь определяет возможность создания базовой модели переносного автоматического водоанализатора. In addition, the range of sorbent compositions can be expanded to include a number of other sorbents and materials (polymer, chelating, etc.), modification is carried out in various ways: dry spraying, inclusion at the stage of papermaking, chemical crosslinking and others. This makes it possible to use for the concentration and determination of substances of various chemical nature a series of sorbent elements of the same type (the same shape, size, similar physical and mechanical properties), which in turn determines the possibility of creating a basic model of a portable automatic water analyzer.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет реализовать высокую чувствительность и селективность, отличающие способ твердофазной спектрофотометрии для автоматического определения в непрерывном режиме широкой номенклатуры химических загрязнителей воды. Thus, the proposed method allows for the implementation of high sensitivity and selectivity, distinguishing the method of solid-phase spectrophotometry for automatic determination in continuous mode of a wide range of chemical water pollutants.

Пример 1. Определение содержания хрома (VI) в питьевой воде
Бумажную ленту, изготовленную из бумаги, ТУ 13-7308001-85, содержащей 25% целлюлозы, 68% вискозы, 7% поливинилспиртового волокна, модифицируют сорбирующим составом, содержащим 3% сильноосновного анионита марки АВ-17-8 чс.Example 1. Determination of chromium (VI) in drinking water
A paper tape made of paper, TU 13-7308001-85, containing 25% cellulose, 68% viscose, 7% polyvinyl alcohol fiber, is modified with a sorbent composition containing 3% strongly basic AB-17-8 anion exchange resin brand.

Рулон с модифицированной лентой помещают в автоматическое устройство, включающее узел лентопротяжного механизма, узел концентрирования (прокачки воды через ленту), узел дозирования аналитического реагента, фотометрический блок, блок управления (электроники). The modified ribbon roll is placed in an automatic device including a tape drive unit, a concentration unit (water pumping through the tape), an analytical reagent dosing unit, a photometric unit, a control unit (electronics).

Анализируемую воду прокачивают через зону концентрирования при скорости потока 12 см/мин. затем зону концентрирования перемещают под дозатор, заполненный аналитическим реагентом, содержащим 0,17% дифенилкарбазида, добавляют каплю (0,055 см) реагента и перемещают под фотоблок. В это время начинается прокачка воды через новый участок ленты. Через 2 мин измеряют коэффициент отражения (аналитический сигнал) зоны концентрирования при длине волны 560 нм. The analyzed water is pumped through the concentration zone at a flow rate of 12 cm / min. then the concentration zone is moved under a dispenser filled with an analytical reagent containing 0.17% diphenylcarbazide, a drop (0.055 cm) of reagent is added and transferred under a photoblock. At this time, water begins to pump through a new section of the tape. After 2 min, measure the reflection coefficient (analytical signal) of the concentration zone at a wavelength of 560 nm.

По градуировочному графику зависимости аналитического сигнала от концентрации хрома, построенному ранее при тех же условиях с использованием стандартных растворов хрома (VI), находят концентрацию хрома (VI) в анализируемой пробе. According to the calibration graph of the dependence of the analytical signal on the chromium concentration, built earlier under the same conditions using standard solutions of chromium (VI), the concentration of chromium (VI) in the analyzed sample is found.

Способ обеспечивает определение хрома (VI) в автоматическом непрерывном режиме в диапазоне концентраций 0,02 0,1 мг/дм при прокачке 15 см пробы в течение 3 мин; в диапазоне 0,002 0,02 мг/дм при прокатке 150 см пробы в течение 15 мин. The method provides for the determination of chromium (VI) in an automatic continuous mode in the concentration range of 0.02 0.1 mg / dm when pumping 15 cm of the sample for 3 min; in the range of 0.002 0.02 mg / dm when rolling 150 cm of the sample for 15 minutes

Пример 2. Определение алюминия в питьевой воде
Бумажную ленту, как в примере 1, модифицируют сорбирующим составом, содержащим 2% диоксида кремния.Example 2. Determination of aluminum in drinking water
The paper tape, as in example 1, is modified with a sorbent composition containing 2% silicon dioxide.

Все операции анализа производят на автоматическом устройстве, описанном в примере 1. All analysis operations are performed on the automatic device described in example 1.

Аналитический реагент содержит 0,025% индикатора хромазурола S и буферный раствор, обеспечивающий pH 4,1. Аналитический сигнал измеряют через 3 мин после добавления аналитического реагента при длине волны 620 нм. The analytical reagent contains 0.025% of chromazurol S indicator and a buffer solution providing a pH of 4.1. The analytical signal is measured 3 minutes after adding the analytical reagent at a wavelength of 620 nm.

Способ обеспечивает определение алюминия в диапазоне концентраций 0,1 - 1,0 мг/дм при прокачке 5 см пробы в течение 5 мин. The method provides the determination of aluminum in the concentration range of 0.1 - 1.0 mg / DM when pumping 5 cm of the sample for 5 minutes

Пример 3. Определение остаточного активного хлора в питьевой воде
Бумажную ленту, изготовленную из бумаги, ТУ 13-0248643-823-91, содержащей 46,5% целлюлозы, 46,5% вискозы, 7% поливинилспиртового волокна, модифицируют сорбирующим составом, содержащим 3% растворимого крахмала.Example 3. Determination of residual active chlorine in drinking water
A paper tape made of paper, TU 13-0248643-823-91, containing 46.5% cellulose, 46.5% viscose, 7% polyvinyl alcohol fiber, is modified with a sorbent composition containing 3% soluble starch.

Анализ проводят на автоматическом устройстве, описанном в примере 1. The analysis is carried out on an automatic device described in example 1.

В анализируемую пробу воды перед прокачкой через участок ленты вводят раствор, содержащий 10% калия йодистого в ацетатном буферном растворе с pH 4,5. Before the pumping through the tape section, a solution containing 10% potassium iodide in an acetate buffer solution with a pH of 4.5 is introduced into the analyzed water sample.

Подготовленную таким образом пробу прокачивают через зону концентрирования, перемещают под фотоблок и через 1 мин фотометрируют при длине волны 620 нм. A sample thus prepared is pumped through the concentration zone, transferred under a photoblock, and after 1 min photometri at a wavelength of 620 nm.

Способ обеспечивает определение остаточного активного хлора в диапазоне концентраций 0,5 4,0 мг/дм при прокачке 1 см пробы; в диапазоне 3,0 14,0 мг/дм при прокачке 0,25 см, время определения не превышает 2 мин. The method provides for the determination of residual active chlorine in the concentration range of 0.5 to 4.0 mg / DM when pumping 1 cm of the sample; in the range of 3.0 14.0 mg / dm when pumping 0.25 cm, the determination time does not exceed 2 minutes

Во всех приведенных примерах прокачка анализируемой пробы через ленту происходит практически непрерывно и совмещена с последующими операциями определения, чем обеспечивается непрерывность контроля в автоматическом режиме. In all the examples cited, pumping of the analyzed sample through the tape takes place almost continuously and is combined with subsequent determination operations, which ensures the continuity of control in automatic mode.

Claims (4)

1. Способ фотометрического определения химических загрязнителей воды, включающий модификацию волокнистого материала сорбирующим составом, концентрирование на волокнистом материале загрязнителя путем пропускания через него пробы воды, добавление на волокнистый материал аналитического реагента и его фотометрирование, отличающийся тем, что в качестве волокнистого материала используют бумажную ленту из натуральных и химических волокон. 1. The method of photometric determination of chemical water pollutants, including modifying the fibrous material with a sorbent composition, concentrating the pollutant on the fibrous material by passing water samples through it, adding an analytical reagent to the fibrous material and photometric measuring it, characterized in that a paper tape made of fibrous material is used natural and chemical fibers. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбирующего состава используют ионообменные смолы. 2. The method according to p. 1, characterized in that as the sorbent composition using ion-exchange resins. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбирующего состава используют неорганические оксиды. 3. The method according to p. 1, characterized in that inorganic oxides are used as the sorbing composition. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбирующего состава используют полисахариды. 4. The method according to p. 1, characterized in that polysaccharides are used as the sorbent composition.