SU1741050A1

SU1741050A1 - Способ вольтамперометрического определени железа на углеродном электроде

Info

Publication number: SU1741050A1
Application number: SU904837878A
Authority: SU
Inventors: Григорий Георгиевич Мунтяну
Original assignee: Институт Химии Ан Мсср
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1992-06-15

Abstract

Изобретение относитс к аналитической химии, в частности к определению железа на твердом углеродном индикаторном электроде. Сущность способа заключаетс в том, что микрозлектрод из углеродного волокна перед измерени ми пол ризуют при потенциале 1,5-1,8 В в течение 180-15 с в анализируемом растворе, дл которого фоновым электролитом служит 0,002-0,2 М раствор хлорной кислоты. Вольтамперог- рамму перехода Fe (III) в Fe (И) с потенциалом пика 0,52-0,01 В регистрируют в дифференциальном импульсном режиме при начальном потенциале 1,5-1,7 В (х.с.ж.). Определению железа не мешают ионы Си (III) и РЬ (II) при соотношении Cu:Fe 1000 и Pb:Fe 5000. Продолжительность единичного анализа, без отделени железа, составл ет 15-20 мин. 5 табл.

Description

V

Ё

Изобретение относитс к электрохимическим методам анализа, в частности к определению железа на твердом индикаторном электроде, и может быть использовано в аналитической практике, например в химической промышленности, дл контрол цветных металлов и сплавов, в анализе объектов окружающей среды.

Известен способ пол рографического определени железа в галогенидах серебра, основанный на экстракционном отделении железа в виде комплекса с а-оксихинопи- ном в хлороформе. Пол рографическое определение железа провод т в фоновом электролите раствора 0,1 М цитрата натри и 1 М HCI в дифференциальном импульсном режиме на ртутном электроде, на котором потенциал лика равен - 0,2 В (относительно ртутного дна).

Указанный способ характеризуетс низкой селективностью и его применение приводит к увеличению продолжительности анализа из-за необходимости отделени железа , а также к возможным потер м железа при этой операции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс способ вольтамперометрического определени железа на вращающемс дисковом электроде из стеклоуглерода. В- качестве фонового электролита используют раствор 0,1 М HCIO4 или 0,1 М НМОз. Линейна зависимость между концентрацией железа и высотой пика наблюдаетс в интервале 1-2 105-2 М.

Этот способ обладает недостаточной чувствительностью и низкой воспроизводимостью , что выражаетс в уменьшении высоты лика и сдвиге потенциала полуволны в

2

О

ел

сторону отрицательных потенциалов. Дл получени воспроизводимых результатов требуютс частотна полировка и промывка электрода, что приводит к увеличению продолжительности определений.

Целью изобретени вл етс повышение чувствительности и воспроизводимости определений.

Указанна цель достигаетс тем, что определение провод т в дифференциальном импульсном режиме в фоновом электролите 0,002-0,20 М раствора хлорной кислоты на индикаторном электроде из углеродного волокна , который перед регистрацией пол ри- зуют при потенциале 1.5-1,8 В (хлорсеребр ный электрод сравнени ) в течение 180-15 с, а регистрацию вольтампе- рограммы начинают с потенциала 1,5-1,7 В.

В табл.1 показано вли ние потенциала пол ризации на вольтамперометрические характеристики системы Fe (Ill)/Fe (II), фон 0,01 М HCI04, Fe (III) 0,0005 М, , Р 0,95; в табл.2 - вли ние продолжительности Т пол ризации; в табл.3 - вли ние начального потенциала; в табл.4 - вли ние концентрации (С) HCIO/j (в табл.2-4 показатели системы Fe (Ill)/Fe (M), а также услови измерени те же, что и в табл.1).

В табл.1-5 прин ты обозначени : En - начальный потенциал; ln - величина тока пика на вольтамперограмме; АЕп/2 - изменение ширины полупика на вольтамперограмме; En - потенциал пика на вольтамперограмме.

Приведенные в табл.1 данные показывают , что при пол ризации электрода в течение 30 с при потенциалах положительнее потенциала выделени кислорода наблюдаетс повышение обратимости как пр мой реакции восстановлени Fe (III), так и обратной - окислени Fe (II). Это выражаетс в росте тока пика, снижении перенапр жени реакции и уменьшении ширины полупика.

Рост обратимости начинаетс с потенциала 1,2 В. Наиболее резкое вли ние пол ризации электрода наблюдаетс в интервале потенциалов 1,5-1,8 В.

Эффективность обработки зависит как от потенциала, так и от продолжительности пол ризации (табл.2).

Приведенные в табл.2 результаты показывают , что наибольша обратимость наблюдаетс после пол ризации электрода в течение 15-180 с при потенциалах 1,8-1,5 В.

Воспроизводимость вольтамперограмм зависит от начального потенциала аналогично обратимости системы (табл.З). Вольтамперометрические характеристики

системы стабилизируютс , начина с потенциала 1,3 В. Однако дл получени пр мой пропорциональности между величиной тока пика и концентрацией ионов железа (III) в

более широкой области концентраций начальный потенциал следует увеличивать до 1,5В.

Количество слабосв занного кислорода зависит от концентрации фонового электро0 лита (табл.4). Применение углеродного волокна в качестве индикаторного электрода обеспечивает возможность получени слабосв занного кислорода в широкой области положительных потенциалов без ухудше5 ни электроаналитических свойств электрода , что св зано с высоким совершенством поверхности волокон и их высокой электрохимической коррозионностойкостью.

Использование дифференциальной им0 пульсной вольтамперометрии обеспечивает повышение чувствительности, особенно дл обратимых и квазиобратимых процессов, и регистрацию пикообразных вольтамперограмм , что имеет важное значение с аналити5 ческой точки зрени .

Приведенные в табл..1-4 результаты показывают , что оптимальными услови ми протекани процесса восстановлени ионов железа (III) вл ютс концентраци

0 раствора хлорной кислоты 0,002-0,2 М, активаци электрода перед измерени ми в фоновом электролите при потенциале 1,5- 1,8 В в течение 180-15 с, начальный потенциал регистрации 1.5-1,7 В.

5 При концентрации хлорной кислоты меньше 0,002 М сужаетс диапазон определ емых концентраций железа из-за выпаде- ни гидроксида железа ввиду недостаточной кислотности раствора. При

0 концентрации кислоты больше 0,2 М обратимость процесса и воспроизводимость падают .

Активаци электрода при потенциале меньше 1,5 В вл етс недостаточно эффек5 тивной, а при потенциале больше 1,8 В наблюдаетс быстрое окисление электрода. При продолжительности активации больше 180 с растет продолжительность определени , а при активации меньше 15 с она недо0 статочно эффективна.

Воспроизводимость результатов улучшаетс уже при начальном потенциале 1,3 В, однако дл того, чтобы пр ма пропорциональность между концентрацией ионов

5 железа и величиной тока пика наблюдалась в более широком интервале концентраций, необходимо увеличить этот потенциал до 1,5 В, При начальном потенциале больше 1,7 В начинаетс быстрое окисление электрода , что сокращает его долговечность.

Эффект повышени обратимости процесса восстановлени Fe (III) и воспроизводимости вольтамперограмм про вл етс независимо от скорости развертки потенциала и величины амплитуды импульса.

При использовании оптимальных условий измерени пр ма пропорциональность между величиной тока пика и концентрацией ионов железа (III) наблюдаетс в интервале концентраций 1 М, а нижн определ ема концентраци , оцененна из наклона калибровочной кривой и дисперсией результатов, составл ет 1 10 М.

Эффект повышени обратимости системы и улучшени воспроизводимости воль- тамперограмм наблюдаетс как при помещении микроэлектрода в капилл р, так и при помещении в макрообъем анализируемого раствора (табл.2). Помещение мигкро- электрода в капилл р позвол ет еще больше повысить чувствительность абсолютно определ емого количества железа, а также облегчает работу с таким микроэлектродом .

Ввиду того, что присутствие слабосв - занного кислорода способствует повышению обратимости электродного процесса и воспроизводимости вольтамперограмм, отпадает необходимость удалени растворенного кислорода из анализируемого раствора, что приводит к сокращению продолжительности определений.

Пример. Подготовка пробы к анализу.

Содержание железа определ ли в атте- стованных стандартных образцах СО БрБНТ 1,7 (М 186 х), ЛАМш 77-2-0,05 (М 574 х) с известным содержанием железа. Дл этого 0,1-0,2 г сплава растворили в 5 мл HN03 (1:1). Ввели 1-2 мл НСЮ4 (8.7 М) и упаривали до белых паров. После охлаждени довели объем раствора до 50 мл.

Определение железа.

Разбавили раствор до необходимой концентрации и перевели раствор в элект- рохимическую чейку.

Регистрировали по 4 вольтамперограм- мы на пол рографе РА-3 при температуре 25 ± 1°С в дифференциальном импульсном режиме (скорость развертки потенциала 50 мВ/с, амплитуда импульса 25 мВ) в 3-элек- тродном режиме. В качестве индикаторного электрода использовали углеродное моноволокно УМВ-30 диаметром 30 мкм, которое

помещали в стекл нный капилл р диаметром 300 мкм и высотой 5,0 мм. Электрод сравнени - насыщенный хлоридсеребр - ный, вспомогательный электрод - стержень из стеклоуглерода. Электрод активировали перед измерени ми при потенциале 1,7 В в течение 15 с. Начальный потенциал варьировали в пределе 1,5-1.7 В; Регистрацию и обработку вольтамперограмм проводили с помощью персонального компьютера Иск- ра-226. Результаты определений при Р 0,95 приведены в табл.5,

Использование предлагаемого способа определени железа обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: повышение чувствительности и воспроизводимости определений, что способствует повышению точности анализа; повышение селективности определений ввиду сдвига потенциала пика в сторону положительных потенциалов и малой ширины пика; расширение диапазона определ емых концентраций, что расшир ет круг решаемых аналитических задач; сокращение продолжительности анализа из-за отсутстви необходимости удалени растворенного кислорода; возможность дополнительного повышени абсолютной чувствительности определени путем концентрировани анализируемого раствора до объема 0,05-0,10 мл, так как дл определени достаточно 0,0005-0,0020 мл; длительное использование одного и того же индикаторного электродавследствиевысокой электрохимической коррозионностойко- сти углеродного волокна.

Claims

Формула изобретени Способ вольтамперометрического определени железа на углеродном электроде , включающий регистрацию тока восстановлени Fe (III) в фоновом электролите раствора хлорной кислоты, отличающийс тем, что, с целью повышени чувствительности и воспроизводимости, определение провод т на фоне 0,002-0,2 М раствора хлорной кислоты в дифференциальном импульсном режиме на индикаторном электроде из углеродного волокна, который предварительно пол ризуют при потенциале 1,5-1,8 В, в течение 180-15 с, а концентрацию железа определ ют по высоте тока при потенциале 0,,01 В. при ре- гистрации вольтамперограммы при начальном потенциале 1,5-1,7 В.

Примечание. Услови измерени : углеродное волокно УМВ-30 толщиной 30 мкм в капилл ре с диаметром D 300 мкм и высотой 5,0 мм, пол ризаци 30 с при начальном потенциале, скорость развертки потенциала 50 мВ/с, амплитуда импульса 25 мВ

Таблица2

Примечание. Волокно УМВ-30 длиной 5,Ь мм помещено к макрообъеме раствора

Таблица 1

Таблица 3

Таблиц