RU2102736C1 - Method of inversion-volt-amperometric determination of heterovalent arsenic forms in aqueous solutions - Google Patents
Method of inversion-volt-amperometric determination of heterovalent arsenic forms in aqueous solutions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2102736C1 RU2102736C1 RU96116048A RU96116048A RU2102736C1 RU 2102736 C1 RU2102736 C1 RU 2102736C1 RU 96116048 A RU96116048 A RU 96116048A RU 96116048 A RU96116048 A RU 96116048A RU 2102736 C1 RU2102736 C1 RU 2102736C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arsenic
- iii
- hcl
- content
- solution
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для автоматического или экспресс-анализа сточных и природных вод, а также технологических растворов цветной металлургии. The present invention relates to analytical chemistry and can be used for automatic or rapid analysis of waste and natural waters, as well as technological solutions of non-ferrous metallurgy.
Известен способ инверсионно-вольт-амперометрического определения мышьяка в очищенных сточных водах медной промышленности (см. статью Каплин А.А. Вейц Н. А. Мордвинова Н.М. Определение мышьяка в очищенных сточных водах медной промышленности. Заводская лаборатория, 1977. Т. 43, вып. 9, с. 1051 1052). There is a method of inversion-volt-ampereometric determination of arsenic in treated wastewater of the copper industry (see article Kaplin A.A. Weitz N.A. Mordvinova N.M. Determination of arsenic in treated wastewater of the copper industry. Factory Laboratory, 1977. T. 43,
Сущность известного способа состоит в предварительном электроконцентрировании мышьяка на золотом электроде и последующем снятии анодной вольт-амперограммы. Способ осуществляют следующим образом. Анализируемый объем (0,1 10 мл) воды выпаривают с 0,5 мл H2SO4 (пл. 1,84) до паров SO3 в кварцевом полярографическом стаканчике. Добавляют несколько кристаллов сернокислого гидразина и нагревают 5 мин для перевода полярографически неактивного As(V) в As(III). После охлаждения добавляют дистиллированную воду до объема 2 мл. Продувают раствор азотом, проводят электроконцентрирование мышьяка на золотом электроде при -0,7 В (нас. к.э.) в течение 1 10 мин и снимают анодную вольт-амперограмму. Потенциал анодного пика мышьяка +0,14 В (нас. к.э.). Концентрацию мышьяка определяют по методу стандартных добавок. Предел обнаружения мышьяка при времени электролиза 5 мин, объеме фонового раствора 3 мл, поверхности электрода 0,15 см2 составляет 5 • 10-10 г/мл. Относительная ошибка определения +15%
Таким образом, известный способ не обеспечивает определение в сточных водах разновалентных форм мышьяка As(V) и As(III), значительно отличающихся по своей токсичности. Кроме того, существенным его недостатком является сложная для автоматизации пробоподготовка, включающая, в частности, такие операции, как выпаривание, нагревание, охлаждение, продувка азотом.The essence of the known method consists in the preliminary electroconcentration of arsenic on a gold electrode and the subsequent removal of the anode volt-ampereogram. The method is as follows. The analyzed volume (0.1 10 ml) of water is evaporated from 0.5 ml of H 2 SO 4 (pl. 1.84) to SO 3 vapor in a quartz polarographic glass. A few crystals of hydrazine sulfate were added and heated for 5 min to convert the polarographically inactive As (V) to As (III). After cooling, distilled water is added to a volume of 2 ml. Purge the solution with nitrogen, conduct electroconcentration of arsenic on a gold electrode at -0.7 V (NCE) for 1 10 min and remove the anode volt-ampereogram. The potential of the anode peak of arsenic is +0.14 V (US ke). The concentration of arsenic is determined by the method of standard additives. The detection limit of arsenic at an electrolysis time of 5 min, a background solution volume of 3 ml, an electrode surface of 0.15 cm 2 is 5 • 10 -10 g / ml. Relative determination error + 15%
Thus, the known method does not ensure the determination in wastewater of multivalent forms of arsenic As (V) and As (III), significantly differing in their toxicity. In addition, its significant drawback is sample preparation difficult for automation, including, in particular, operations such as evaporation, heating, cooling, and nitrogen purging.
Известен также способ определения мышьяка в загрязненных водах методом дифференциальной импульсной анодной инверсионной вольт-амперометрии (см. статью Leung P.C. Subramanian K.S. Meranger S. Determination of arsenic in polluted waters by differential pulse anodic stripping voltammetry "Talanta", 1982, 29, N 6, 515 518). There is also a method for determining arsenic in polluted waters by differential impulse anode inversion voltammetry (see Leung PC Subramanian KS Meranger S. Determination of arsenic in polluted waters by differential pulse anodic stripping voltammetry "Talanta", 1982, 29, No. 6, 515 518).
Способ осуществляется следующим образом. 5 мл образца с содержанием мышьяка 1 5 нг/мл помещают в термостатированную пробирку на 25 мл. При более высоких концентрациях мышьяка анализируемый раствор разбавляют до содержания 20 50 нг/мл As. В пробирку добавляют 2 мл смеси (24:24:1) HNO3, HClO4, H2SO4. При 100oC доводят объем в пробирке до 1 мл и далее проводят испарение при 200oC. Остатки переносят в дистилляционный аппарат, восстанавливают As(V) с помощью 1%-ного раствора CuCl в концентрированной HCl. AsCl3 отгоняют и собирают в приемнике, содержащем 4 мл дистиллированной воды. Дистилляцию ведут 16 мин в токе N2 со скоростью 140 мл/мин. Затем в приемник добавляют концентрированную HCl до общего объема 5 мл. Накопление проводят при потенциале -0,05 В на пиролитическом графитовом электроде в течение 150 с, электрорастворение проводят при скорости развертки потенциала 5 мВ/с в области -0,05 0,3В. Амплитуда импульса 100 мВ, частота 1 Гц. Полное время анализа (без пробоподготовки) 250 с. Предел обнаружения составляет 0,15 нг/мл.The method is as follows. 5 ml of a
Известный способ позволяет контролировать общее содержание мышьяка (независимо от его валентной формы). Способ обеспечивает высокую чувствительность и точность анализа загрязненных сточных вод, но вместе с тем имеет ряд существенных недостатков, к которым относятся: технически сложная и трудоемкая пробоподготовка, необходимость точного соблюдения температурных режимов путем термостатирования, длительная во времени отгонка методом дистилляции в токе азота. Таким образом, известный способ не может быть использован для оперативного автоматического контроля разновалентных форм мышьяка в сточных водах, а применение его в режиме экспресс-анализа ограничивается из-за сложного аппаратурного оформления пробоподготовки. The known method allows you to control the total content of arsenic (regardless of its valence form). The method provides high sensitivity and accuracy of analysis of contaminated wastewater, but at the same time it has a number of significant disadvantages, which include: technically difficult and time-consuming sample preparation, the need for accurate observance of temperature conditions by temperature control, long-term distillation by distillation in a stream of nitrogen. Thus, the known method cannot be used for operational automatic control of heterovalent forms of arsenic in wastewater, and its use in the express analysis mode is limited due to the complex hardware design of sample preparation.
Известен способ инверсионного вольт-амперометрического определения мышьяка в растворах иодистого калия и азотнокислой ртути (см. статью Х.З.Брайнина, А. В. Чернышова, Р.П.Лесунова, Н.И.Стенина и др. Инверсионная вольт-амперометрия мышьяка в растворах иодистого калия и азотнокислой ртути. Заводская лаборатория, N 12, 1980, с. 1076 1079). There is a method of inverse volt-amperometric determination of arsenic in solutions of potassium iodide and nitric acid mercury (see the article by H.Z. Brainin, A. V. Chernyshov, R. P. Lesunov, N. I. Stenin and other Inverse volt-amperometry of arsenic in solutions of potassium iodide and nitric acid mercury (Factory laboratory,
Способ основан на предварительном электронакоплении мышьяка на ртутно-пленочном графитовом электроде при потенциале -0,4В в среде 1,5 2M HCl; 0,4M KI; 3,5 • 10-4 5,5 • 10-4 Hg(NO3)2 в течение 1 10 мин с последующей регистрацией катодной поляризационной кривой при линейно изменяющемся во времени потенциале в интервале (-0,4) (-0,9)В. Содержание мышьяка определяют по градуировочной кривой.The method is based on preliminary electron accumulation of arsenic on a mercury-film graphite electrode at a potential of -0.4 V in 1.5 2 M HCl; 0.4M KI; 3.5 • 10 -4 5.5 • 10 -4 Hg (NO 3 ) 2 for 1 10 min followed by registration of the cathodic polarization curve with a potential linearly varying in time in the interval (-0.4) (-0.9 )IN. The arsenic content is determined by the calibration curve.
Способ осуществляют следующим образом. Помещают 10 100 мл раствора (в зависимости от содержания мышьяка) в стакан для выпаривания, предварительно подщелачивая раствор гидроксидом натрия или калия до pH 9 10 по фенолфталеину. Раствор выпаривают до 3 5 см3. Приливают 3 5 см3 HCl (1:1) и переводят в мерную колбу емкостью 25 см3, доливают до метки водой и перемешивают. Аликвотную часть 1 5 см3 помещают в мерную колбу емкостью 25 см3, приливают 2,5% HCl до 5 см3, 5 см3 воды, 0,9 см3 Hg(NO3)2 (5 г/см3), 1 см3 насыщенного раствора KI и 2 капли аскорбиновой кислоты (20 г/см3). Через 1 2 мин приливают 7 см3 HCl (1:1) и доводят объем до метки водой. После добавления каждого реактива растворы перемешивают, при этом обязательно соблюдают порядок сливания реактивов. Содержимое колбы через 20 30 мин переносят в электролизер. Проводят предварительную поляризацию графитового электрода при потенциале -0,9В в течение минуты. Затем проводят концентрирование мышьяка в этом же растворе при потенциале -0,4В в течение 1 2 мин. Через 15 с регистрируют катодную поляризационную кривую при линейно изменяющемся во времени потенциале в интервале (-0,4) (-0,9)В. Регистрируют 3 4 поляризационные кривые; первую кривую не учитывают. Содержание мышьяка определяют по градуировочной кривой.The method is as follows. Place 10 100 ml of the solution (depending on the arsenic content) in a beaker for evaporation, previously alkalizing the solution with sodium or potassium hydroxide to
Способ обеспечивает высокую чувствительность измерения мышьяка (до 0,002 мкг/см3). Однако его существенным недостатком является сложная, длительная, практически не поддающаяся автоматизации пробоподготовка. Кроме того, способ не обеспечивает определения разновалентных форм мышьяка.The method provides high sensitivity measurement of arsenic (up to 0.002 μg / cm 3 ). However, its significant drawback is a complex, lengthy, practically undetectable sample preparation. In addition, the method does not provide determination of heterovalent forms of arsenic.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ определения мышьяка методом дифференциальной импульсной катодной вольт-амперометрии с предварительным накоплением на электроде "висящая ртутная капля" (см. статью: Determination of arsenic in the presence of copper by differential pulse cathodic stripping voltammetry at a hanging mercury drop electrode. Sadana Ram S. "Anal. Chem.", 1983, 55, N 2, 304 307). The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a method for determining arsenic by differential pulse cathodic voltammetry with preliminary accumulation on the electrode "hanging mercury drop" (see article: Determination of arsenic in the presence of copper by differential pulse cathodic stripping voltammetry at a hanging mercury drop electrode. Sadana Ram S. "Anal. Chem.", 1983, 55,
Способ обеспечивает возможность измерения разновалентных форм мышьяка. При этом первоначально производится определение содержания As(III), затем после химического восстановления As(V) до As(III) контролируется общее содержание мышьяка и по разности полученных результатов анализа рассчитывается концентрация As(V). Определение As(III) в питьевых водах производят в среде 0,75M HCl в присутствии 0,25% N2H4 • HCl и 5 мкг/мл Cu2+. Способ осуществляется следующим образом. 10 мл законсервированной солянокислым гидразином водной пробы (из расчета 0,25 г гидразина на 100 мл воды) переносят в полярографическую ячейку, подкисляют раствором соляной кислоты до 0,75M HCl, добавляют 50 мкл раствора Cu(II) 1000 мг/л, после чего регистрируют вольт-амперную кривую при следующем оптимальном режиме:
начальный потенциал: -0,6В
конечный потенциал: -0,875В
время продувки азотом: 240 с
время накопления: 120 с
время успокоения: 30 с
скорость развертки потенциала: 8 мВ/с
амплитуда импульса: 0,075 В.The method provides the ability to measure heterovalent forms of arsenic. In this case, the As (III) content is initially determined, then after the chemical reduction of As (V) to As (III), the total arsenic content is controlled and the concentration of As (V) is calculated by the difference in the results of the analysis. Determination of As (III) in drinking water is carried out in a medium of 0.75M HCl in the presence of 0.25% N 2 H 4 • HCl and 5 μg / ml Cu 2+ . The method is as follows. 10 ml of a water sample preserved by hydrochloric acid hydrazine (at the rate of 0.25 g of hydrazine per 100 ml of water) is transferred to a polarographic cell, acidified with hydrochloric acid to 0.75 M HCl, 50 μl of a Cu (II) solution of 1000 mg / l is added, after which register the current-voltage curve in the following optimal mode:
initial potential: -0.6V
final potential: -0.875V
nitrogen purge time: 240 s
accumulation time: 120 s
calm time: 30 s
potential sweep speed: 8 mV / s
pulse amplitude: 0.075 V.
По окончании регистрации измеряют высоту пика и определяют концентрацию As(III) по калибровочному графику, линейному в диапазоне 0 20 мг/л. At the end of the registration, the height of the peak is measured and the concentration of As (III) is determined according to a calibration curve linear in the range of 0 to 20 mg / L.
Определение общего содержания мышьяка в воде осуществляется следующим образом. Аликвоту пробы 10 мл помещают в стаканчик объемом 50 мл, содержащий 1,46 г хлорида натрия и 0,25 г солянокислого гидразина. Мышьяк (V) восстанавливают до мышьяка (III), добавляя 3,15 мл концентрированной соляной кислоты и 1 мл 48% бромной кислоты, накрывают стаканчик часовым стеклом и нагревают полученную смесь в течение 45 мин на паровой бане при температуре 95 100oC. Дают раствору охладиться до комнатной температуры и тщательно переносят содержимое стаканчика в мерную колбу на 50 мл, а затем доводят объем до метки 0,25% -ным раствором солянокислого гидразина. Аликвотную часть подготовленного к анализу раствора объемом 10 мл заливают в электрохимическую ячейку, добавляют 50 мкл основного раствора меди (1000 мг/л) и полярографируют, регистрируя катодную кривую. Концентрацию мышьяка определяют по калибровочному графику.The determination of the total arsenic content in water is as follows. An aliquot of the 10 ml sample is placed in a 50 ml beaker containing 1.46 g of sodium chloride and 0.25 g of hydrazine hydrochloride. Arsenic (V) is reduced to arsenic (III) by adding 3.15 ml of concentrated hydrochloric acid and 1 ml of 48% bromic acid, cover the glass with a watch glass and heat the mixture for 45 minutes in a steam bath at a temperature of 95-100 o C. Give the solution was cooled to room temperature and the contents of the beaker were carefully transferred to a 50 ml volumetric flask, and then the volume was adjusted to the mark with a 0.25% solution of hydrazine hydrochloride. An aliquot of a 10 ml solution prepared for analysis was poured into an electrochemical cell, 50 μl of a basic copper solution (1000 mg / l) was added and polarized, recording the cathode curve. The concentration of arsenic is determined by the calibration graph.
Одним из необходимых условий осуществления известного способа является введение в контролируемый раствор ионов меди Cu(II). One of the necessary conditions for the implementation of the known method is the introduction into a controlled solution of copper ions Cu (II).
В отсутствие меди трехвалентный мышьяк не определяется методом вольт-амперометрии с накоплением на стационарном ртутно-капельном электроде из-за нерастворимости мышьяка в ртути. Однако мышьяк, соосаждаясь с медью, образует растворимые в ртути соединения. При этом происходит образование медной амальгамы и мышьяк вступает в реакцию, образуя арсениды меди во время осаждения согласно уравнению:
При последующей катодной развертке арсениды меди превращаются в арсин (мышьяковистый водород) примерно при потенциале -0,72B. При этом наблюдается выделение водорода, как показано в уравнении:
Максимальная чувствительность и селективность измерения достигается при проведении накопления при потенциале -0,6B. Способ обеспечивает высокую чувствительность и избирательность анализа мышьяка, что позволяет использовать его для контроля сточных и природных вод.In the absence of copper, trivalent arsenic is not determined by voltammetry with accumulation on a stationary mercury-droplet electrode due to the insolubility of arsenic in mercury. However, arsenic, coprecipitating with copper, forms mercury soluble compounds. In this case, the formation of copper amalgam occurs and arsenic reacts, forming copper arsenides during deposition according to the equation:
In a subsequent cathodic scan, copper arsenides are converted to arsine (arsenic hydrogen) at a potential of -0.72B. In this case, hydrogen evolution is observed, as shown in the equation:
The maximum sensitivity and selectivity of the measurement is achieved during the accumulation at a potential of -0.6V. The method provides high sensitivity and selectivity analysis of arsenic, which allows you to use it to control wastewater and natural waters.
Вместе с тем, существенным недостатком известного способа является сложная в аппаратурном оформлении и длительная во времени пробоподготовка анализируемого раствора, обеспечивающая восстановление ионов As(V) до As(III). At the same time, a significant drawback of the known method is the difficult in hardware design and time-consuming sample preparation of the analyzed solution, which ensures the recovery of As (V) ions to As (III).
Нагревание и охлаждение раствора, неоднократная обработка его химическими реактивами, отбор аликвот и доведение их до заданных объемов практически исключают возможность автоматизации анализа и снижают его оперативность. Кроме того, при проведении химического восстановления As(V) до As(III) в среде HCl, HBr и N2H4•2HCl при температуре 95 -100oC возможно выделение токсичных паров указанных реактивов, оказывающих вредное воздействие на аналитический персонал.Heating and cooling the solution, repeatedly treating it with chemical reagents, selecting aliquots and bringing them to given volumes practically exclude the possibility of analysis automation and reduce its efficiency. In addition, during the chemical reduction of As (V) to As (III) in HCl, HBr, and N 2 H 4 • 2HCl at a temperature of 95 -100 o C, toxic fumes of these reagents are possible, which have a harmful effect on the analytical staff.
Целью предлагаемого изобретения является повышение экспрессности, упрощение пробоподготовки, улучшение экологичности и автоматизации анализа. The aim of the invention is to increase expressivity, simplify sample preparation, improve environmental friendliness and automation of analysis.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу инверсионно-вольт-амперометрического определения разновалентных форм мышьяка, основанному на электронакоплении As(III) на стационарном ртутном электроде в присутствии ионов Cu2+ и последующей регистрации кривой катодного восстановления сконцентрированного арсенида меди, включающему определение содержания As(III) на фоне 0,6M HCl+0,04M N2H4•2HCl+50 мг/л Cu2+ по высоте инверсионного катодного пика при потенциале (-0,72)B, химическое восстановление As(V) до As(III), измерение общего содержания водорастворимого мышьяка и определение содержания As(V) по разности концентраций общего и трехвалентного мышьяка, отличающейся тем, что в раствор, проанализированный на содержание As(III), дополнительно вводят HCl, KI и Cu2+, химическое восстановление As(V) до As(III) осуществляют в фоновом электролите состава:
5,5M HCl+0,1M KI+0,02M N2H4•2HCl+100 мг/л Cu2+, электронакопление мышьяка производят при потенциале (-0,55±0,01)B, катодную вольт-амперную кривую регистрируют в диапазоне напряжений от (-0,55) до (-1,0)B, а общее содержание мышьяка в растворе определяют по высоте инверсионного пика при потенциале (-0,76±0,01)B.This goal is achieved by the fact that according to the method of inversion-volt-amperometric determination of arsenic different forms, based on the electron accumulation of As (III) on a stationary mercury electrode in the presence of Cu 2+ ions and the subsequent registration of the cathodic reduction curve of concentrated copper arsenide, including determination of the content of As ( III) against the background of 0.6 M HCl + 0.04 M N 2 H 4 • 2 HCl + 50 mg / L Cu 2+ in height of the inversion cathode peak at a potential of (-0.72) B, chemical reduction of As (V) to As ( Iii) measuring the total water solution direct determination of arsenic As (V) from the difference between the total and the trivalent arsenic concentration, characterized in that the solution analyzed for the content of As (III), is additionally introduced HCl, KI and Cu 2+, chemical reduction of As (V) As to (III) is carried out in the background electrolyte composition:
5.5 M HCl + 0.1 M KI + 0.02 M N 2 H 4 • 2 HCl + 100 mg / L Cu 2+ , arsenic is electronically accumulated at a potential of (-0.55 ± 0.01) B, cathode current-voltage curve recorded in the voltage range from (-0.55) to (-1.0) B, and the total content of arsenic in the solution is determined by the height of the inversion peak at a potential of (-0.76 ± 0.01) B.
В результате проведения патентных исследований не было выявлено каких-либо известных способов, предусматривающих химическое восстановление As(V) до As(III) в фоновом электролите состава 5,5M HCl+0,1M KI+0,02M N2H4•2HCl+100 мг/л Cu2+, электронакопление мышьяка при потенциале -(0,55±0,01)B на стационарном ртутном электроде, регистрацию катодной вольт-амперной кривой в диапазоне напряжений от (-0,55) до (-1,0)B и определение общего содержания мышьяка в растворе по высоте инверсионного пика при потенциале (-0,76±0,01)B, т.е. имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемый способ от прототипа. Перевод электрохимически неактивного As(V) в хорошо полярографируемый As(III) обеспечивается за счет наличия в составе солянокислого фонового электролита свободных иодид-ионов. Реакция восстановления As(V) иодид-ионами используется в аналитических целях. Известно, что в кислой среде пятивалентный мышьяк присутствует в виде ионов AsO
Проведенные нами исследования показали, что при добавлении в концентрированный солянокислый фон иодистого калия обеспечивается эффективное восстановление пятивалентного мышьяка даже при комнатной температуре 20 - 25oC. Это в существенной мере упрощает инструментализацию пробоподготовки и делает ее доступной для автоматизации.As a result of patent research, no known methods were found that involved the chemical reduction of As (V) to As (III) in a background electrolyte of the composition 5.5M HCl + 0.1M KI + 0.02M N 2 H 4 • 2HCl + 100 mg / l Cu 2+ , arsenic electron accumulation at a potential of (0.55 ± 0.01) B on a stationary mercury electrode, registration of the cathode current-voltage curve in the voltage range from (-0.55) to (-1.0 ) B and determination of the total arsenic content in the solution by the height of the inversion peak at a potential of (-0.76 ± 0.01) B, i.e. having features similar to those distinguishing the claimed method from the prototype. The conversion of electrochemically inactive As (V) to well polarized As (III) is ensured by the presence of free iodide ions in the composition of the hydrochloric acid electrolyte. The reduction reaction of As (V) with iodide ions is used for analytical purposes. In an acidic environment, pentavalent arsenic is present as AsO ions.
Our studies showed that when potassium iodide is added to the concentrated hydrochloric acid background, pentavalent arsenic is effectively restored even at room temperature of 20 - 25 o C. This greatly simplifies the instrumentalization of sample preparation and makes it available for automation.
Наличие в составе фона иодид-ионов обеспечивает, кроме того, значительное повышение чувствительности вольт-амперометрического определения мышьяка. Иодид-ионы окисляются кислородом воздуха, при этом образование трииодида J
Полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с результатами ранее проведенных исследований (см. Белова Т.Я. Беренгард И.Б. Каплан Б.Я. Инверсионная переменнотоковая полярография мышьяка (III) с катодной разверткой потенциала. Заводская лаборатория. 1975. Т. 41, N 11, c. 1318).The presence of iodide ions in the background provides, in addition, a significant increase in the sensitivity of the voltammetric determination of arsenic. Iodide ions are oxidized by atmospheric oxygen, with the formation of triiodide J
The obtained experimental data are in good agreement with the results of previous studies (see Belova, T.Ya. Berengard, IB, Kaplan, B.Ya. Inverted reverse-current polarography of arsenic (III) with a cathode potential scan. Factory Laboratory. 1975. V. 41,
Обнаружено, что при анализе растворов, содержащих As(III) и As(V), на фоне иодида калия и хлористоводородной кислоты инверсионный пик мышьяка растет во времени, в то время как в отсутствие As(V) аналитический сигнал остается неизменным. Это свидетельствует о восстановлении пятивалентного мышьяка в среде фонового электролита, причем скорость процесса существенно зависит от концентрации HCl. Для надежного селективного определения трехвалентного мышьяка использован фоновый электролит состава:
0,6M HCl+0,04M N2H4•2HCl+50 мг/л Cu2+
На фоне хлористоводородной кислоты As(III) дает хорошо воспроизводимые острые инверсионные пики, что связано с высокой скоростью переноса заряда в среде HCl (см. Выдра Ф. Штулик Н. Юлакова Э. Инверсионная вольт-амперометрия. М. Мир, 1980, c. 209). Введение в состав фона солянокислого гидразина устраняет возможность окисления As(III) растворенным кислородом, что способствует повышению надежности и точности результатов анализа. Способ не критичен к концентрации N2H4•2HCl в анализируемом растворе в широких пределах. Установлено, что изменение концентрации солянокислого гидразина в пределах от 0,01 до 0,1 моль/л практически не влияет на высоту инверсионного катодного пика мышьяка, но наличие в растворе N2H4•2HCl повышает воспроизводимость результатов измерений.It was found that in the analysis of solutions containing As (III) and As (V) against the background of potassium iodide and hydrochloric acid, the inversion peak of arsenic increases in time, while in the absence of As (V), the analytical signal remains unchanged. This indicates the restoration of pentavalent arsenic in the background electrolyte, and the process rate substantially depends on the concentration of HCl. For reliable selective determination of trivalent arsenic, a background electrolyte of the composition was used:
0.6M HCl + 0.04M N 2 H 4 • 2HCl + 50 mg / L Cu 2+
Against the background of hydrochloric acid, As (III) gives well reproducible acute inversion peaks, which is associated with a high charge transfer rate in the HCl medium (see Otter F. Shtulik N. Yulakova E. Inverse voltammetry. M. Mir, 1980, p. 209). The introduction of hydrazine hydrochloric acid into the background eliminates the possibility of oxidation of As (III) with dissolved oxygen, which increases the reliability and accuracy of the analysis results. The method is not critical to the concentration of N 2 H 4 • 2HCl in the analyzed solution over a wide range. It was found that a change in the concentration of hydrazine hydrochloride in the range from 0.01 to 0.1 mol / L practically does not affect the height of the inversion cathode peak of arsenic, but the presence of N 2 H 4 • 2HCl in the solution increases the reproducibility of the measurement results.
На фиг. 1 представлены инверсионные ДИП-кривые мышьяка на фоне 0,6M HCl+0,04M N2H4•2HCl+50 мг/л Cu2+ (Uнак.=-0,55B; τнак. нак.=30 с);
1 фон; 2 CAs(III)=0; CAs(V)=0,5 мг/л;
3 CAs(III)=0,5 мг/л; CAs(V)=0;
4 CAs(III)=CAs(V)=0,5 мг/л.In FIG. 1 presents curves inversion DIP
1 background; 2 C As (III) = 0; C As (V) = 0.5 mg / L;
3 C As (III) = 0.5 mg / L; C As (V) = 0;
4 C As (III) = C As (V) = 0.5 mg / L.
На фиг. 2 представлена зависимость высоты инверсионного ДИП-пика мышьяка от концентрации HCl. In FIG. Figure 2 shows the dependence of the height of the inverse DIP peak of arsenic on the concentration of HCl.
На фиг. 3 представлена зависимость высоты инверсионного ДИП-пика мышьяка от концентрации ионов Cu2+.In FIG. Figure 3 shows the dependence of the height of the inverse DIP peak of arsenic on the concentration of Cu 2+ ions .
На фиг. 4 представлена зависимость высоты инверсионного ДИП-пика мышьяка от концентрации KI. In FIG. Figure 4 shows the dependence of the height of the inverse DIP peak of arsenic on the concentration of KI.
На фиг. 5 представлена зависимость высоты инверсионного ДИП-пика мышьяка от потенциала электронакопления. In FIG. Figure 5 shows the dependence of the height of the inverse DIP peak of arsenic on the electron accumulation potential.
На фиг. 6 представлены инверсионные ДИП-кривые мышьяка на фоне
5,5M HCl+0,1M KI+0,02M N2H4•2HCl+100 мг/л Cu2+
(Uнак. = -0,55B; τнак.= 15c)
1 фон;
2 CAs(III)=0,5 мг/л; CAs(V)=0;
3 CAs(III)=0; CAs(V)=0,5 мг/л;
4 CAs(III)=CAs(V)=0,5 мг/л.In FIG. Figure 6 shows the inverse DIP curves of arsenic against
5.5M HCl + 0.1M KI + 0.02M N 2 H 4 • 2HCl + 100 mg / L Cu 2+
(U inc. = -0.55B; τ inc. = 15c)
1 background;
2 C As (III) = 0.5 mg / L; C As (V) = 0;
3 C As (III) = 0; C As (V) = 0.5 mg / L;
4 C As (III) = C As (V) = 0.5 mg / L.
На фиг. 7 представлен градуировочный график для определения As(III) и As(V) на фоне 5,5M HCl+0,1M KI+0,02M N2H4•2HCl+100 мг/л Cu2+.In FIG. 7 is a calibration graph for the determination of As (III) and As (V) against a background of 5.5 M HCl + 0.1 M KI + 0.02 M N 2 H 4 • 2 HCl + 100 mg / L Cu 2+ .
На фиг. 8 представлена структурная схема вольт-амперометрического анализатора мышьяка.
In FIG. 8 is a structural diagram of a voltammetric arsenic analyzer.
Из представленных на фиг. 1 инверсионных дифференциальных импульсных полярограмм мышьяка на фоне 0,6M HCl+0,04M N2H4•2HCl+50 мг/л Cu2+ видно, что в отличие от As(III), образующего четкий катодный пик (Eп=-0,72B), As(V) в данной среде не проявляется и не дает аналитического сигнала. Градуировочные кривые для As(III) (зависимость между высотой инверсионных пиков и концентрацией мышьяка в растворе) линейны в диапазонах измерений, мг/л: 0 -0,01 (время накопления ). Измерения производились на вольт-амперометрическом анализаторе АЖЭ-11, изготовленном на АО "Югцветметавтоматика" и предназначенном для работы в режимах прямой и инверсионной дифференциальной импульсной полярографии (ДИП) на датчике со стационарным ртутным электродом (см. Боровков Г.А. Зарецкий Л.С. Бабицкий Л. Б. Внедрение анализатора АЖЭ-11 на предприятиях свинцово-цинковой подотрасли. Цветная металлургия, 1987, N 1, с. 49 51). Схема электрохимической ячейки 3-электродная (рабочий электрод типа "висящая" ртутная капля, электрод сравнения хлор-серебряный, вспомогательный электрод стеклоуглеродный). Длительность наложения прямоугольных импульсов 40 мс с периодом 80 мс. В течение всего времени электронакопления раствор подвергался перемешиванию. Время успокоения перед включением развертки потенциала 10 с. Остальные режимные параметры (амплитуда импульсного поляризующего напряжения, потенциал и длительность электронакопления, скорость развертки потенциала) выбирались в ходе экспериментальных исследований. Анализатор АЖЭ-11 обеспечивает полную автоматизацию всех стадий измерительного процесса, включая пробоподготовку и подачу анализируемого раствора в электрохимическую ячейку; формирование "висящей" ртутной капли; электронакопление в течение заданного промежутка времени; регистрацию вольт-амперной кривой и обсчет ее показателей с выдачей выходного сигнала в единицах концентрации контролируемого вещества; сброс и складирование отработанных ртутных капель и удаление проанализированного раствора в дренаж.From those shown in FIG. 1 inverse differential pulsed polarograms of arsenic against the background of 0.6M HCl + 0.04M N 2 H 4 • 2HCl + 50 mg / l Cu 2+ shows that, unlike As (III), which forms a clear cathode peak (E p = - 0.72B), As (V) does not appear in this medium and does not give an analytical signal. Calibration curves for As (III) (the relationship between the height of the inversion peaks and the concentration of arsenic in the solution) are linear in the measurement ranges, mg / L: 0-0.01 (accumulation time ) The measurements were carried out on the AZhE-11 volt-ampere analyzer manufactured at Yugtsvetmetavtomatika JSC and designed to operate in direct and inverse differential pulse polarography (DIP) modes on a sensor with a stationary mercury electrode (see Borovkov G.A. Zaretsky L.S. Babitsky LB Introduction of the analyzer АЖЭ-11 at the enterprises of the lead-zinc sub-industry. Non-ferrous metallurgy, 1987,
При оптимизации состава фона для определения общего содержания мышьяка исходили из того, что при обработке пробы, содержащей As(V), смесью растворов соляной кислоты и иодистого калия скорость реакции (1) значительно возрастает с увеличением концентрации HCl. При повышении содержания соляной кислоты до 5,5 6,0 М/л восстановление пятивалентного мышьяка происходит практически мгновенно. Высота инверсионного пика достигает максимального значения, оставаясь стабильной во времени, т.е. в этих условиях обеспечивается наибольшая чувствительность и воспроизводимость результатов измерений. Увеличение скорости прямого направления реакции (1), т.е. смещение равновесия в сторону образования AsO
Последний растет с увеличением концентрации водорода что усиливает прямое направление реакции (1). Дальнейшее повышение концентрации соляной кислоты после достижения 5,5 М/л не приводит к существенному увеличению содержания свободных ионов водорода. Максимум удельной электропроводности HCl приходится на 20%-ный раствор (см. Добош Д. Электрохимические константы. М. Мир, 1980, 365 с.).When optimizing the background composition for determining the total arsenic content, we proceeded from the fact that when processing a sample containing As (V) with a mixture of hydrochloric acid and potassium iodide solutions, the reaction rate (1) significantly increases with an increase in HCl concentration. With an increase in the content of hydrochloric acid to 5.5 6.0 M / L, the recovery of pentavalent arsenic occurs almost instantly. The height of the inversion peak reaches its maximum value, remaining stable over time, i.e. Under these conditions, the highest sensitivity and reproducibility of the measurement results is ensured. The increase in the rate of the forward direction of reaction (1), i.e. shift of equilibrium towards the formation of AsO
The latter increases with increasing hydrogen concentration. which enhances the direct direction of reaction (1). A further increase in the concentration of hydrochloric acid after reaching 5.5 M / L does not lead to a significant increase in the content of free hydrogen ions. The maximum conductivity of HCl is in a 20% solution (see Dobosh D. Electrochemical Constants. M. Mir, 1980, 365 pp.).
Влияние HCl на определение As(V) методом инверсионной ДИП показано на фиг. 2, из которой следует, что максимальная чувствительность измерения наблюдается при концентрации соляной кислоты 5,5 6,0 М/л. The effect of HCl on the determination of As (V) by the inverse DIP method is shown in FIG. 2, from which it follows that the maximum measurement sensitivity is observed at a concentration of hydrochloric acid 5.5 to 6.0 M / L.
Выбор оптимальной концентрации меди при инверсионном вольт-амперометрическом определении мышьяка производится на фоне 5,5M HCl+ -0,1M KI+ -0,02M N2H4•2HCl. Концентрация ионов Cu2+ изменялась в пределах от 10 до 140 мг/л. Из фиг. 3 видно, что максимум высоты инверсионного ДИП-пика 0,5 мг/л As(V) отвечает концентрации 100 110 мг/л Cu2+.The optimal copper concentration for the inverse voltammetric determination of arsenic is selected against the background of 5.5M HCl + -0.1M KI + -0.02M N 2 H 4 • 2HCl. The concentration of Cu 2+ ions ranged from 10 to 140 mg / L. From FIG. Figure 3 shows that the maximum height of the inverse DIP peak of 0.5 mg / L As (V) corresponds to a concentration of 100 110 mg / L Cu 2+ .
Изучение влияния содержания иодистого калия на определение мышьяка показало, что при изменении концентрации KI от 0,02 до 0,1 мг/л в фоновом электролите состава 5,5M HCl+0,02M N2H4•2HCl+100 мг/л Cu2+ высота инверсионного пика мышьяка резко возрастает; дальнейшее увеличение содержания иодид-ионов в фоне практически не меняет высоту катодного ДИП-пика (фиг. 4).The study of the effect of potassium iodide content on the determination of arsenic showed that when the KI concentration changes from 0.02 to 0.1 mg / l in the background electrolyte of the composition 5.5M HCl + 0.02M N 2 H 4 • 2HCl + 100 mg / l Cu 2+ the height of the inversion peak of arsenic increases sharply; a further increase in the content of iodide ions in the background practically does not change the height of the cathode DIP peak (Fig. 4).
Введение в состав фонового электролита солянокислого гидразина не вносит существенных изменений в характер вольт-амперной кривой мышьяка, но позволяет повысить воспроизводимость результатов измерений. Это может быть связано с высокой восстановительной способностью гидразина, позволяющей стабилизировать содержание в растворе иодид-ионов за счет восстановления образующегося молекулярного (трииодидного) иода (Коровин Н.В. Гидразин. М. Химия, 1980, 272 с.):
Экспериментально установлено, что изменение концентрации N2H4•2HCl в пределах от 0,005 до 0,1 моль/л не оказывает существенного влияния на чувствительность инверсионного вольт-амперометрического определения мышьяка. Вместе с тем присутствие в анализируемом растворе солянокислого гидразина позволяет повысить надежность анализа As.The introduction of hydrazine hydrochloric acid into the background electrolyte does not significantly change the character of the current – voltage curve of arsenic, but it makes it possible to increase the reproducibility of measurement results. This may be due to the high reducing ability of hydrazine, which makes it possible to stabilize the content of iodide ions in the solution by restoring the resulting molecular (triiodide) iodine (Korovin N.V. Gidrazin. M. Chemistry, 1980, 272 pp.):
It was experimentally established that a change in the concentration of N 2 H 4 • 2HCl in the range from 0.005 to 0.1 mol / L does not significantly affect the sensitivity of the inverse voltammetric determination of arsenic. At the same time, the presence of hydrazine hydrochloride in the analyzed solution makes it possible to increase the reliability of As analysis.
Зависимость высоты инверсионного пика мышьяка от потенциала электронакопления Uн представлена на фиг. 5. Наибольшая чувствительность определения As(V) достигается при поддержании Uн в диапазоне от -0,525 до -0,55 B.The dependence of the height of the inversion peak of arsenic on the electron storage potential U n is shown in FIG. 5. The highest sensitivity of determination of As (V) is achieved by maintaining U n in the range from -0.525 to -0.55 B.
Таким образом на основе экспериментальных данных оптимизирован состав фонового электролита и условия электроконцентрирования для инверсионного вольт-амперометрического контроля пятивалентного мышьяка:
5,5M HCl+0,1M KI+0,02M N2H4•2HCl+100 мг/л Cu2+.Thus, on the basis of experimental data, the composition of the background electrolyte and the conditions of electroconcentration for inverse volt-ampereometric monitoring of pentavalent arsenic are optimized:
5.5 M HCl + 0.1 M KI + 0.02 M N 2 H 4 • 2 HCl + 100 mg / L Cu 2+ .
На фиг. 6 показаны инверсионные ДИП-кривые, зарегистрированные в указанном фоне при анализе растворов, содержащих As(III), As(V) и их смесь. Видно, что в данном фоне As(V) количественно переходит в As(III) и оба пика фиксируются при одном потенциале (Eп=-0,76B). Использование такого фона позволяет контролировать общее содержание мышьяка, независимо от его валентного состояния в анализируемом растворе. Градуировочные кривые As(V) в выбранном фоне линейны в диапазонах концентраций от 0 0,01 мг/л ( (τнак.200 с) до 0 1,0 мг/л ( (τнак.15 с). Графики, построенные по результатам анализа эталонных растворов As(V) и As(III) на фоне:
5,5M HCl+0,1M KI+0,02M N2H4•2HCl+100 мг/л Cu2+, практически совпадают (фиг. 7).In FIG. Figure 6 shows the inverse DIP curves recorded in the indicated background during the analysis of solutions containing As (III), As (V) and their mixture. It is seen that in this background, As (V) quantitatively passes into As (III) and both peaks are fixed at the same potential (E p = -0.76B). Using this background allows you to control the total content of arsenic, regardless of its valence state in the analyzed solution. Calibration curves of As (V) in the selected background linear in concentration ranges from 0 0,01 mg / l ((τ nak. 200 c) 0 to 1.0 mg / l ((τ nak. 15). The graphs constructed from the results of the analysis of standard solutions of As (V) and As (III) against the background:
5.5M HCl + 0.1M KI + 0.02M N 2 H 4 • 2HCl + 100 mg / L Cu 2+ , practically coincide (Fig. 7).
Изучено влияние сопутствующих примесей на определение мышьяка в водных растворах сложного состава. Установлена возможность проведения анализа при следующих соотношениях концентраций ионов: [Zn][As]10000:1; [Ni][As]500:1; [Cd][As]400:1; [Fe][As]200:1 с нижним пределом обнаружения 5•10-4 мг/л.The effect of accompanying impurities on the determination of arsenic in aqueous solutions of complex composition was studied. The possibility of analysis was established at the following ion concentration ratios: [Zn] [As] 10000: 1; [Ni] [As] 500: 1; [Cd] [As] 400: 1; [Fe] [As] 200: 1 with a lower detection limit of 5 • 10 -4 mg / L.
Способ может быть реализован на различных отечественных и зарубежных полярографических анализаторах, обеспечивающих проведение измерений в режимах инверсионной вольт-амперометрии на стационарных ртутных электродах, в частности, на приборах ППТ-1, ПУ-1, ПЛС, АЖЭ-11, АЖЭ-12, АЖЭ-13, PAR-174, PAR-374 и др. The method can be implemented on various domestic and foreign polarographic analyzers, providing measurements in inversion volt-amperemetry modes on stationary mercury electrodes, in particular, on devices ППТ-1, ПУ-1, ПЛС, АЖЭ-11, АЖЭ-12, АЖЭ -13, PAR-174, PAR-374, etc.
Способ осуществляется следующим образом. В мерную колбу на 25 мл вводят 10 мл анализируемой водной пробы, добавляют 2,5 мл раствора 6M HCl; 0,5 мл раствора 2M N2H4•2HCl и 1,25 мл раствора 1 г/л Cu2+ (приготовленного из CuCl2) и доводят объем раствора в колбе до метки бидистиллятом. Полученную смесь заливают в электрохимическую ячейку, включают мешалку и проводят электроконцентрирование мышьяка при потенциале -0,55B. Длительность накопления устанавливают в зависимости от выбранного диапазона измеряемых концентраций. Прекращают перемешивание раствора и после стадии успокоения (в течение 10 с) снимают катодную кривую при линейно изменяющемся во времени потенциале в интервале (-0,55)-(-1,0)B. Развертку потенциала производят со скоростью 10 мB/с. Регистрируют серию из 3 5 кривых и, измеряя высоту катодных пиков при потенциале -0,72B, определяют содержание As(III) в растворе по градуировочному графику.The method is as follows. 10 ml of the analyzed water sample is introduced into a 25 ml volumetric flask, 2.5 ml of 6M HCl solution are added; 0.5 ml of a solution of 2M N 2 H 4 • 2HCl and 1.25 ml of a solution of 1 g / l Cu 2+ (prepared from CuCl 2 ) and adjust the volume of the solution in the flask to the mark with double distillate. The resulting mixture is poured into an electrochemical cell, the mixer is turned on, and arsenic is electroconcentrated at a potential of -0.55B. The accumulation duration is set depending on the selected range of measured concentrations. Stop mixing the solution and, after the sedation step (within 10 s), take the cathode curve with a potential linearly varying in time in the range (-0.55) - (- 1.0) B. The potential scan is performed at a speed of 10 mB / s. A series of 3,5 curves is recorded and, measuring the height of the cathode peaks at a potential of -0.72B, the content of As (III) in the solution is determined according to the calibration curve.
Переносят из электрохимической ячейки проанализированный на содержание As(III) раствор в стакан на 100 мл и последовательно добавляют к нему 22 мл раствора 12M HCl; 0,75 мл раствора 1 г/л Cu2+ (приготовленного из CuCl2) и 2 мл раствора 2,5M KI. После перемешивания часть полученного раствора заливают в электрохимическую ячейку и производят определение общего содержания мышьяка. Режим работы анализатора остается прежним, как и при контроле As(III), за исключением скорости катодной развертки (20 мB/с). Длительность накопления устанавливают в соответствии с выбранным диапазоном измеряемых концентраций. Общее содержание мышьяка определяют по градуировочному графику, измеряя высоту катодных пиков при потенциале -0,76B. Концентрацию As(V) в пробе рассчитывают по разнице результатов анализа раствора на общее содержание мышьяка и содержание As(III). Общая длительность контроля одной водной пробы на содержание As(V) и As(III) при ручной пробоподготовке не превышает 5 10 мин.Transfer the solution analyzed for the content of As (III) from the electrochemical cell into a 100 ml beaker and 22 ml of a solution of 12M HCl are successively added to it; 0.75 ml of a solution of 1 g / l Cu 2+ (prepared from CuCl 2 ) and 2 ml of a solution of 2.5 M KI. After mixing, part of the resulting solution is poured into an electrochemical cell and the total arsenic content is determined. The analyzer operating mode remains the same, as in the As (III) control, with the exception of the cathode sweep speed (20 mB / s). The accumulation duration is set in accordance with the selected range of measured concentrations. The total arsenic content is determined by the calibration graph, measuring the height of the cathode peaks at a potential of -0.76B. The concentration of As (V) in the sample is calculated by the difference between the results of the analysis of the solution on the total content of arsenic and the content of As (III). The total duration of the control of one water sample for the content of As (V) and As (III) during manual sample preparation does not exceed 5 10 minutes.
При проведении анализа в автоматическом режиме смешение пробы с фоновым электролитом и подачу анализируемого раствора в ячейку вольт-амперометрического датчика производят с помощью трехкамерных дозирующих устройств мембранного типа ДЗЖ-4, выполненных с использованием коррозийностойких материалов (см. Боровков Г.А. Зарецкий Л.С. Автоматическое вольт-амперометрическое определение индия в технологических растворах завода "Электроцинк". Заводская лаборатория, 1986. Т. 52, N 11, с. 7 10). When conducting an analysis in automatic mode, the sample is mixed with the background electrolyte and the analyzed solution is fed into the cell of the voltammetric sensor using three-chamber metering devices of the membrane type DZZh-4 made using corrosion-resistant materials (see Borovkov G.A. Zaretsky L.S. Automatic voltammetric determination of indium in technological solutions of the Electrozinc plant. Factory Laboratory, 1986. T. 52, No. 11, p. 7 10).
Пример. Количественное определение разновалентных форм мышьяка в сточных водах завода "Электроцинк", содержащих 0,02 0,1 мг/л мышьяка, 0,5 50 мг/л Zn2+; 0,01 0,1 Cd2+.Example. Quantitative determination of heterovalent forms of arsenic in the wastewater of the Electrozinc plant, containing 0.02 0.1 mg / l of arsenic, 0.5 to 50 mg / l of Zn 2+ ; 0.01 0.1 Cd 2+ .
Отбирают пипеткой 10 мл анализируемой сточной воды и помещают в мерную колбу на 25 мл, добавляют 2,5 мл раствора 6M HCl; 0,5 мл раствора 2M N2H4•2HCl и 1,25 мл раствора 1 г/л Cu2+ и доливают колбу до метки дважды перегнанной дистиллированной водой. Полученную смесь переносят в электрохимическую ячейку датчика со стационарным ртутным электродом и производят электронакопление мышьяка при потенциале (-0,55 B) в течение 90 с при включенной мешалке. По окончании накопления выключают мешалку и после 10-секундной стадии успокоения регистрируют катодную ДИП-кривую мышьяка в интервале напряжений (-0,55) (-1,0)B со скоростью развертки 10 мB/с. Измеряют высоту пика при потенциале -0,72B и определяют содержание As(III) в анализируемом растворе по градуировочному графику. Всего снимают не менее трех ДИП-пиков, при этом концентрацию трехвалентного мышьяка в пробе сточной воды рассчитывают по среднему арифметическому всех результатов анализа.
Проанализированный на содержание As(III) раствор переносят из электрохимической ячейки в стакан на 100 мл и последовательно добавляют к нему 22 мл раствора 12M HCl; 0,75 мл раствора 1 г/л Cu2+ и 2 мл раствора 2,5M KI. Перемешивают содержимое стакана и вновь помещают раствор в электрохимическую ячейку датчика. Включают мешалку и проводят электроконцентрирование при потенциале -0,55B в течение 30 с. Прекращают перемешивание и после 10-секундного успокоения регистрируют ДИП-кривую мышьяка со скоростью катодной развертки 20 мB/с в интервале напряжений (-0,55) - (-1,0)B. Измеряют высоту инверсионного пика при потенциале -0,76 B и определяют общее содержание мышьяка в анализируемом растворе по градуировочному графику. Всего регистрируют не менее 3 пиков и по среднему арифметическому результатов всех произведенных измерений рассчитывают общее содержание мышьяка в пробе сточной воды. Концентрацию As(V) в сточной воде определяют по разнице результатов анализов пробы на общее содержание мышьяка и содержание As(III).The solution analyzed for the content of As (III) is transferred from the electrochemical cell into a 100 ml beaker and 22 ml of a solution of 12M HCl are successively added to it; 0.75 ml of a solution of 1 g / l Cu 2+ and 2 ml of a solution of 2.5 M KI. The contents of the beaker are mixed and the solution is again placed in the electrochemical cell of the sensor. The stirrer is turned on and electroconcentration is carried out at a potential of -0.55V for 30 s. Stirring is stopped and, after 10 seconds of calming, the dipole curve of arsenic is recorded at a cathode sweep speed of 20 mB / s in the voltage range (-0.55) - (-1.0) B. The height of the inversion peak is measured at a potential of -0.76 B and the total arsenic content in the analyzed solution is determined according to the calibration graph. In total, at least 3 peaks are recorded and the arsenic content in the wastewater sample is calculated from the arithmetic average of the results of all measurements taken. The concentration of As (V) in wastewater is determined by the difference in the results of the analysis of the sample for the total content of arsenic and the content of As (III).
Возможно также проведение анализа с полным разделением пробоподготовки при определении общего и трехвалентного мышьяка. В этом случае часть водной пробы обрабатывается реактивами для образования фонового электролита состава 0,6M HCl+0,04M N2H4•2HCl+50 мг/л Cu2+ и последующего инверсионного вольт-амперометрического определения As(III). Другая часть пробы после соответствующей отдельной обработки реактивами анализируется на общее содержание мышьяка на фоне 5,5M HCl+0,1M KI+0,02M N2H4•2HCl+100 мг/л Cu2+. Имеющиеся технические средства, например, двухканальный вольт-амперометрический анализатор АЖЭ-13, изготовитель АО "Югцветметавтоматика" (см. статью: Г.А.Боровков, О.Г.Виноградов, В.В.Зеленский и др. Опыт разработки и внедрения автоматических электрохимических анализаторов ионного состава флотационных пульп: Цветные металлы, 1990, N 9, с. 108 112) позволяют производить одновременное вольт-амперометрическое определение общего и трехвалентного мышьяка с раздельной пробоподготовкой поступающего на анализ раствора. Входящее в состав этого анализатора вычислительное устройство в результате обработки выходных сигналов двух каналов измерения позволяет дополнительно получить информацию о содержании в анализируемом растворе As(V).It is also possible to conduct an analysis with a complete separation of sample preparation in determining the total and trivalent arsenic. In this case, part of the water sample is treated with reagents to form a background electrolyte of the composition 0.6M HCl + 0.04M N 2 H 4 • 2HCl + 50 mg / L Cu 2+ and subsequent inversion voltammetric determination of As (III). Another part of the sample, after appropriate separate processing with reagents, is analyzed for the total arsenic content against the background of 5.5 M HCl + 0.1 M KI + 0.02 M N 2 H 4 • 2 HCl + 100 mg / L Cu 2+ . Available technical means, for example, the two-channel volt-amperemeter analyzer AZHE-13, manufacturer of JSC "Yugtsvetmetavtomatika" (see article: G.A. Borovkov, O.G. Vinogradov, V.V. Zelensky and others. Experience in the development and implementation of automatic electrochemical analyzers of the ionic composition of flotation pulps: Non-ferrous metals, 1990,
Структурная схема автоматического вольт-амперометрического анализатора АЖЭ-13 общего, трех- и пятивалентного мышьяка в сточных водах показана на фиг. 8. Анализатор имеет шкафное промышленное исполнение и состоит из измерительного устройства ИЗУ-3 (1) и вольт-амперометрического датчика ДТЩ-20 (2). В состав измерительного устройства входят два электронных преобразователя ПП-92 (3 и 4), вычислительное устройство ВУ (5), три вторичных прибора КСП-3 (6, 7 и 8), два блока управления НВ-96 (9 и 10), два блока памяти НП-22 (11 и 12) и световое табло (13). Датчик ДТЩ-20 включает в себя блок управления БУ (14), два электрохимических преобразователя ДТЩ-17 (15 и 16), два дозатора жидкости ДЗЖ-4 (17 и 18) и две канистры с фоновым электролитом (19 и 20). Отбор проб осуществляется из приемной емкости (21), вынесенной за пределы анализатора. The block diagram of the automatic volt-amperemeter analyzer AZHE-13 of general, tri- and pentavalent arsenic in wastewater is shown in FIG. 8. The analyzer has an industrial cabinet design and consists of an IZU-3 measuring device (1) and a DTSCh-20 volt-ampere sensor (2). The measuring device includes two electronic converters PP-92 (3 and 4), a computing device VU (5), three secondary devices KSP-3 (6, 7 and 8), two control units NV-96 (9 and 10), two NP-22 memory blocks (11 and 12) and a light panel (13). The DTSCh-20 sensor includes a control unit BU (14), two DTSCh-17 electrochemical transducers (15 and 16), two DZZH-4 liquid dispensers (17 and 18) and two canisters with a background electrolyte (19 and 20). Sampling is carried out from the receiving tank (21), taken outside the analyzer.
Важнейшими узлами анализатора являются электрохимические преобразователи ДТЩ-17 с рабочим стационарным ртутно-капельным электродом, представляющим собой капиллярный дозатор ртути с клапаном игольчатого типа. Размеры формируемой ртутной капли определяются геометрическими параметрами капилляра и длительностью включения электромагнитного привода клапана, в момент открытия которого обеспечивается свободный исток ртути из связанного с атмосферой резервуара. Сброс капли осуществляется принудительно с помощью механической лопатки с электромагнитным приводом. Наличие в электрохимическом преобразователе ДТЩ-17 электрического двигателя обеспечивает использование лопатки также и в качестве мешалки анализируемого раствора. The most important components of the analyzer are the DTSCh-17 electrochemical converters with a working stationary mercury-droplet electrode, which is a capillary mercury dispenser with a needle-type valve. The dimensions of the formed mercury droplet are determined by the geometrical parameters of the capillary and the duration of the inclusion of the electromagnetic valve actuator, at the moment of opening of which a free source of mercury from the tank connected with the atmosphere is provided. Drop dropping is carried out by force with the help of a mechanical blade with an electromagnetic drive. The presence of an electric motor in the DTSCh-17 electrochemical converter ensures the use of a blade as well as a mixer of the analyzed solution.
Схема электрохимической ячейки трех-электродная (электрод сравнения - хлорсеребряный, электрод вспомогательный стеклоуглеродный). При работе анализатора в режиме дифференциальной или нормальной импульсной полярографии весь измерительный процесс производится на одной ртутной капле. Это не только обеспечивает минимальный расход ртути, но и создает возможность проведения анализа в режиме инверсионной вольт-амперометрии с предварительным электрохимическим или адсорбционным накоплением контролируемого вещества на поверхности ртутной капли. The scheme of the electrochemical cell is three-electrode (the reference electrode is silver chloride, the auxiliary glassy carbon electrode). When the analyzer operates in differential or normal pulse polarography mode, the entire measurement process is performed on one mercury drop. This not only ensures a minimum mercury consumption, but also makes it possible to conduct analysis in the inverse voltammetry mode with preliminary electrochemical or adsorption accumulation of a controlled substance on the surface of a mercury drop.
Преобразователь ПП-92 обеспечивает проведение вольт-амперометрического анализа в режимах дифференциальной, нормальной и инверсионной полярографии. Блок управления НВ-96 программирует работу всех измерительных устройств, а также приводов электрохимического преобразователя ДТЩ-17. The PP-92 converter provides voltammetric analysis in the modes of differential, normal and inverse polarography. The NV-96 control unit programs the operation of all measuring devices, as well as the drives of the DTSCh-17 electrochemical converter.
Выполненное из химически стойких материалов дозирующее устройство ДЗЖ-4 обеспечивает отбор водной пробы и фонового электролита из 10-литровых канистр, смешение пробы с фоном в заданном соотношении, подачу подготовленного к анализу раствора в проточную ячейку электрохимического преобразователя с последующим сбросом проанализированного раствора в дренаж через накопитель отработанной ртути. The DZZh-4 dosing device made of chemically resistant materials ensures the selection of a water sample and background electrolyte from 10-liter canisters, mixing the sample with the background in a predetermined ratio, feeding the solution prepared for analysis into the flow cell of the electrochemical converter, followed by dumping the analyzed solution into the drainage through the drive spent mercury.
Поступающие с электрохимического преобразователя ДТЩ-17 сигналы, пропорциональные содержанию в растворе контролируемого компонента, направляются после обработки в электронном преобразователе ПП-92 в блок памяти НП-22. Блок памяти имеет регулировку усиления и смещения нуля и соединен с соответствующим регистрирующим прибором КСП-3, отградуированным в единицах концентрации одного из контролируемых ионных компонентов. Блоки памяти НП-22 каждого из двух каналов измерения электрически связаны с вычислительным устройством ВУ, обеспечивающим необходимую математическую обработку выходных сигналов преобразователей ПП-92 и связанным с соответствующим прибором КСП-3. Программирование работы всех узлов анализатора обеспечивается с помощью реле времени К1, К2, К3 (на схеме не показаны), установленных на передней панели блока управления БУ. Индикация программ блока (пауза, пробоподготовка, измерение) осуществляется на световом табло СТ, размещенном на передней панели шкафа измерительного устройства ИЗУ-3. The signals coming from the DTSCh-17 electrochemical converter, proportional to the content of the controlled component in the solution, are sent after processing in the PP-92 electronic converter to the NP-22 memory. The memory unit has adjustable gain and zero offset and is connected to the corresponding recording device KSP-3, calibrated in units of concentration of one of the monitored ionic components. The NP-22 memory blocks of each of the two measurement channels are electrically connected to the WU computing device, which provides the necessary mathematical processing of the output signals of the PP-92 transducers and is connected with the corresponding KSP-3 device. Programming the operation of all nodes of the analyzer is provided using a time relay K1, K2, K3 (not shown in the diagram) installed on the front panel of the control unit BU. Indication of block programs (pause, sample preparation, measurement) is carried out on a light panel ST located on the front panel of the cabinet of the measuring device IZU-3.
Анализатор может работать в непрерывном или дискретном режиме измерения. Дискретность анализа определяется длительностью выдержки времени (паузы), устанавливаемой с помощью реле К1. Длительность включения дозирующих устройств ДЗЖ-4, обеспечивающих пробоподготовку, устанавливается посредством реле К2, а длительность измерения (время работы преобразователя ПП-92 и ДТЩ-17) с помощью реле К3. The analyzer can operate in continuous or discrete measurement mode. The resolution of the analysis is determined by the duration of the time delay (pause), set using relay K1. The duration of the inclusion of dosing devices DZZH-4, providing sample preparation, is set using the relay K2, and the duration of the measurement (operating time of the converter PP-92 and DTSCh-17) using relay K3.
Контроль водных проб на содержание мышьяка заявляемым способом осуществляется следующим образом. По команде с блока управления 14 одновременно включаются дозаторы жидкости ДЗЖ-4 (17 и 18), обеспечивающие отбор, пробоподготовку и подачу анализируемого раствора в проточные ячейки датчиков ДТЩ-17 (15 и 16). В электрохимическую ячейку 1-го измерительного канала поступает раствор, подготовленный для анализа на общее содержание мышьяка на фоне 5,5M HCl+0,1M KI+0,02M N2H4•2HCl+100 мг/л Cu2+. В электрохимическую ячейку 2-го измерительного канала поступает раствор, подготовленный для анализа на содержание As(III) на фоне 0,6M HCl+0,04M N2H4•2HCl+50 мг/л Cu2+. После обновления раствора в ячейках датчиков ДТЩ-17 дозаторы ДЗЖ-4 выключаются и производится инверсионное вольт-амперометрическое определение мышьяка. При этом в соответствии с программами каждого из блоков управления НВ-96 (9 и 10) производится сброс отработанной и формирование свежей ртутной капли, включение мешалки и электрохимическое накопление мышьяка на ртутных электродах в течение заданных промежутков времени, выключение мешалки, успокоение, регистрация и обработка инверсионных катодных пиков. При этом с блока памяти НП-22 (11) 1-го измерительного канала на регистрирующий прибор КСП-3 (6) поступает электрический сигнал, пропорциональный общему содержанию As(III) и As(V) в анализируемом растворе. С блока памяти НП-22 (12) второго измерительного канала на соответствующий вторичный прибор КСП-3 (8) поступает электрический сигнал, пропорциональный концентрации в пробе As(III). Одновременно выходные сигналы блоков памяти НП-22 (11 и 12) поступают на вычислительное устройство ВУ (5), выход которого связан с регистрирующим прибором КСП-3 (7), отградуированным в единицах концентрации As(V). По окончании измерения блок управления БУ (14) выключает измерительные приборы анализатора и после соответствующей временной паузы полностью повторяет цикл анализа.The control of water samples for the content of arsenic by the claimed method is as follows. At the command of
Таким образом, заявляемый способ позволяет максимально упростить пробоподготовку контролируемого раствора, исключив из нее сложные для автоматизации операции, и может быть реализован на освоенных промышленностью анализаторах. Thus, the inventive method allows to simplify the sample preparation of the controlled solution, eliminating operations difficult for automation from it, and can be implemented on analyzers mastered by the industry.
Испытания предлагаемого способа проводились на промышленных пробах сточных вод завода "Электроцинк" в химической лаборатории специализированной инспекции аналитического контроля Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов (Минприроды) РСО-Алания. Перерабатываемое на заводе "Электроцинк" сырье, как правило, содержит мышьяковистые соединения, что неизбежно приводит к попаданию мышьяка в сточные воды этого предприятия. Поступающие на очистные сооружения промстоки загрязнены соединениями как трех-, так и пятивалентного мышьяка, существенно отличающимися по своей токсичности (см. например, Справочник. Вредные вещества в промышленности. Т. 3. Неорганические вещества. Л. Химия, 1977, 608 с.). Это вызывает необходимость проведения анализа сточных вод на содержание разновалентных форм водорастворимого мышьяка. Tests of the proposed method were carried out on industrial wastewater samples of the Electrozinc plant in the chemical laboratory of the specialized inspection of analytical control of the Ministry of Environmental Protection and Natural Resources (Ministry of Natural Resources) of North Ossetia-Alania. The raw materials processed at the Electrozinc plant usually contain arsenic compounds, which inevitably leads to the release of arsenic into the wastewater of this enterprise. Industrial wastewater entering a treatment plant is contaminated with compounds of both tri- and pentavalent arsenic, which differ significantly in their toxicity (see, for example, Handbook. Harmful substances in industry. T. 3. Inorganic substances. L. Chemistry, 1977, 608 pp.) . This necessitates the analysis of wastewater for the content of multivalent forms of water-soluble arsenic.
В период проведения испытаний концентрация мышьяка в контролируемых пробах изменялась в пределах от 0,01 до 0,1 мг/л. В качестве контрольного использовался метод стандартных добавок. Во время проведения испытаний была проанализирована 31 проба водных растворов. При этом приведенная среднеквадратичная погрешность анализа мышьяка не превысила 5,5%
Заявляемый способ может быть использован для автоматического или экспресс-анализа мышьяка в сточных и оборотных водах, а также в технологических растворах цветной металлургии.During testing, the concentration of arsenic in controlled samples ranged from 0.01 to 0.1 mg / L. As a control, the method of standard additives was used. During the tests, 31 samples of aqueous solutions were analyzed. In this case, the standard error of arsenic analysis did not exceed 5.5%
The inventive method can be used for automatic or rapid analysis of arsenic in wastewater and circulating waters, as well as in technological solutions of non-ferrous metallurgy.
Внедрение предлагаемого способа в аналитическую практику цинкового производства обеспечит полную или частичную автоматизацию анализа мышьяка в сточных водах и технологических растворах и позволит улучшить экологическую обстановку в зоне действия предприятий цветной металлургии. При этом использование заявляемого способа в аналитической практике цинкового производства будет также способствовать улучшению техники безопасности при проведении таких технологических процессов, как нейтральное выщелачивание, при нарушении режима которого возможно выделение в атмосферу ядовитого мышьяковистого водорода. The implementation of the proposed method in the analytical practice of zinc production will provide full or partial automation of the analysis of arsenic in wastewater and technological solutions and will improve the environmental situation in the zone of operation of non-ferrous metallurgy enterprises. Moreover, the use of the proposed method in the analytical practice of zinc production will also contribute to improving safety during such processes as neutral leaching, in violation of which it is possible to release toxic arsenic hydrogen into the atmosphere.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96116048A RU2102736C1 (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Method of inversion-volt-amperometric determination of heterovalent arsenic forms in aqueous solutions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96116048A RU2102736C1 (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Method of inversion-volt-amperometric determination of heterovalent arsenic forms in aqueous solutions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2102736C1 true RU2102736C1 (en) | 1998-01-20 |
RU96116048A RU96116048A (en) | 1998-04-10 |
Family
ID=20184205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96116048A RU2102736C1 (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Method of inversion-volt-amperometric determination of heterovalent arsenic forms in aqueous solutions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2102736C1 (en) |
-
1996
- 1996-08-02 RU RU96116048A patent/RU2102736C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Determination of arsenic in the presence of copper by differential pulse cathodic stripping voltammetry at a hanging mercury drop electrode. Sadana Ram S. "Anal. Chem.". 1983, 55, N 2, p. 304 - 307. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jagner et al. | Simultaneous determination of cadmium and lead in whole blood and in serum by computerized potentiometric stripping analysis | |
EP2980577A1 (en) | Electrochemical sensor system and sensing method | |
US20020081231A1 (en) | Fluid analyte measurement system | |
Paniagua et al. | Determination of chromium (VI) and chromium (III) by using a diphenylcarbazide‐modified carbon paste electrode | |
Gifford et al. | Pneumatoamperometric determination of parts-per-billion dissolved species by gas evolving reactions | |
Sekerka et al. | Simultaneous determination of sodium, potassium, and ammonium ions by automated direct potentiometry | |
RU2102736C1 (en) | Method of inversion-volt-amperometric determination of heterovalent arsenic forms in aqueous solutions | |
Diederich et al. | Automatic adsorptive stripping voltammetry at thin-mercury film electrodes (TMFE) The highly-reproducible plating and renewing of thin mercury films on glassy carbon for the determination of nickel | |
US11592373B2 (en) | Electrochemical methods for sample pretreatment for metals determination and related apparatus | |
Jakumnee et al. | Determination of cadmium, copper, lead and zinc by flow voltammetric analysis | |
Matsuoka et al. | On-line electrochemical oxidation of Cr (III) for the determination of total Cr by flow injection-solid phase spectrophotometry | |
East et al. | Determination of mercury in hair by square-wave anodic stripping voltammetry at a rotating gold disk electrode after microwave digestion | |
Sekerka et al. | Simultaneous determination of total, non-carbonate and carbonate water hardnesses by direct potentiometry | |
Sekerka et al. | Automated simultaneous determination of water hardness, specific conductance and pH | |
Kalvoda | Electrochemical analytical methods used in environmental analysis | |
RU2186379C1 (en) | Process of voltamperometric determination of concentration of permanganate ions in zinc sulfate solution | |
RU2297626C2 (en) | Method of inversion voltammetry determination of microscopic admixtures | |
RU1777065C (en) | Method of volt-amperometric determination of concentration of nickel in solutions of zinc sulfate | |
Jaya et al. | Use of open-circuit pre-concentration of sulphide ion in stripping voltammetry at the parts per billion level of sample | |
Tutunji | Determination of mercury in biological fluids by potentiometric stripping analysis | |
KR20030003849A (en) | Copper electrode-based electrochemical sensor for measurement of COD and the method of measuring of COD and the automatic analyzer thereof | |
Dormond-herrera et al. | Voltammetric Membrane Chlorine Dioxide Electrode | |
RU2414701C2 (en) | Method of detecting indium (iii) ions in lead-zinc production process solutions | |
SU1303925A1 (en) | Method of electrochemical concentration of elements | |
PENG et al. | Electrochemical Determination of Trace Copper ions in Drinking Water Source |