Спосіб визначення сумарного вмісту фенолів у водах - патент Україна 2533322 - Антонова Тетяна
Винахід може бути використаний для визначення сумарного вмісту фенолів у природних та очищених стічних водах. Спосіб включає відбір проби, обробку проби надлишком діазотованої сульфанілової кислоти в лужному середовищі, вимірювання оптичної щільності забарвленого розчину на аналітичній довжині хвилі та розрахунок сумарного вмісту фенолів у перерахунку на найпростіший фенол, при цьому реакцію між фенолами та діазотованої рН ,2÷8,5, реакційну суміш витримують при температурі Т=20÷25°С протягом не менше 10 хв, оптичну щільність вимірюють в області довжини хвилі =340÷370 нм. Винахід забезпечує підвищення точності фотометричного визначення сумарного вмісту фенолів у перерахунку найпростіший фенол. 4 іл.
Малюнки до патенту Україна 2533322
Винахід відноситься до способів визначення сумарних вмістів однотипних органічних сполук у водах за допомогою оптичних засобів і може бути використане для визначення сумарного вмісту фенолів у природних та очищених стічних водах.
Відомі способи визначення фенолів у водах, що включають відбір проби води, екстракційне або сорбційне вилучення фенолів, хроматографічне поділ компонентів проби, упізнання компонентів хроматограми, кількісне визначення кожного з фенолів і підсумовування знайдених змістів. Прикладом може бути способи визначення сумарного змісту фенолів, описані у роботах (1, 2). Дані способи застосовують у наукових дослідженнях і при проведенні арбітражних аналізів (як референтні методики), оскільки вони є універсальними (придатні для вод будь-якого типу, дозволяють визначати будь-які феноли) і дають дужеточні результати. Недоліком даних способів є необхідність використання складного та дорогого хроматографічного обладнання, трудомісткість та тривалість аналізу.
Відомі способи визначення вмісту фенолів у природних та стічних водах фотометричними (спектрометричним, колориметричним) методами, без поділу на однотипні сполуки (2-4). Ці методи регламентовані офіційними документами (5, 6).
Усі вони включають такі операції:
1) відбір проби води;
2) обробку проби реагентом, який переводить феноли в пофарбовані похідні;
3) вимірювання оптичної щільності розчину проби при деякій аналітичній довжині хвилі (або у вузькому інтервалі довжин хвиль). Результат виміру є узагальненим аналітичним сигналом фенолів, присутніх у пробі;
5) визначення сумарного змісту фенолів у досліджуваній пробі за градуювальним графіком. Результат виражають як інтегрального показника (наприклад, фенольного індексу), тобто. у перерахунку на стандартну речовину, використовуючи в цій якості найпростіший фенол.
Недоліком цих способів фотометричного визначення сумарного змісту фенолів є низька точність результатів аналізу. Фенольний індекс відрізняється від дійсного вмісту фенолів у їхній модельній суміші в 3-5 разів (7). Похибки аналізу реальних проб мають систематичний характері і становлять від 100 до 200% (1).
Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого є спосіб визначення індивідуальних фенолів, запропонований Фоксом та Годжем (8, 9). В даному способі як реагент беруть діазотовану сульфанілову кислоту (ДСК), реакцію азопоєднання фенолів з ДСК проводять у лужному середовищі. При цьому утворюються інтенсивно пофарбовані азо-барвники. Зокрема, ДСК реагує з найпростішим фенолом так:
Оптичну щільність забарвленого розчину у методиці вимірюють в області 450-490 нм. Даний спосіб використовують і для визначення сумарного вмісту фенолів у природних та стічних водах (10, 11).
Недоліком цього способу є низька точність визначення сумарного вмісту фенолів, похибки становлять 50% і більше.
Завданням цього винаходу є підвищення точності фотометричного визначення сумарного вмісту фенолів у перерахуванні на найпростіший фенол.
Зазначений технічний результат досягається тим, що запропонований спосіб визначення сумарного вмісту фенолів у перерахунку який відрізняється тим, що реакцію між фенолами і діазотованою сульфаніловою кислотою проводять при значенні рН=7,2÷8,5, реакційну суміш витримують при температурі 20÷25°С протягом не менше 10 хвилин, оптичну щільність вимірюють в області довжини хвилі = 340÷370 нм.
Відомо, що при фотометричному визначенні сумарного вмісту однотипних сполук у перерахунку на стандартну речовину систематичні похибки тим більше за своєю величиною, чим сильніше відрізняються коефіцієнти чутливості щодо цих сполук на обраній довжині хвилі (12). На фіг.1 зображено спектри поглинання продуктів взаємодії різних фенолів з ДСК у вигляді аналітичних сигналів (А), які залежать від довжини хвилі. З фіг.1 видно, що в області довжин хвиль =450÷490 нм аналітичні сигнали і, отже, коефіцієнтичутливості розрізняються у 3-4 рази, що призводить до значних похибок оцінки сумарного вмісту фенолів на найпростіший фенол за методикою (9). У той самий час у області довжин хвиль =340÷370 їм аналітичні сигнали різних фенолів та його коефіцієнти чутливості різняться лише у 2÷3 разу.
Далі співвідношення максимального та мінімального значення коефіцієнтів чутливості при одночасному визначенні ряду фенолів позначається символом Т. Оскільки величина Т залежить не тільки від довжини хвилі, а й від концентрації були проведені вимірювання залежності аналітичного сигналу (А) від концентрації при деяких вибраних довжинах хвиль. На фіг.2 показані варіанти а), б), в) - залежності оптичної густини від концентрації фенолів при різній довжині хвилі а) =320 нм; б) = 360 нм; б) = 490 нм. У цьому величина Т прийняла такі значення: а) Т=5,1; б) Т=1,9; в) Т = 24,9. Крім того, величина Т залежить від якісного складу суміші та від природи реагенту, але ці фактори залишалися незмінними. Зокрема, всі модельні суміші включали 5 фенольних сполук, що часто зустрічаються в природних і стічних водах: найпростіший фенол (Ф), резорцин (Р), м-крезол (МК) про-крезол (ОК), 1-нафтол (Н). У всіх випадках використовували 10-кратний надлишок ДБК.
Для досягнення технічного результату використовували той же реагент ДБК і той самий спосіб розрахунку результатів, що і в прототипі. Змінили умови взаємодії фенолів з ДБК (час експозиції та рН розчину), а також довжину хвилі, при якій вимірювали узагальнений аналітичний сигнал різних фенолів. Для оптимізації умов аналізу вимагали максимального зближення чутливості визначення різних фенолів (у межі Т 1). Одночасно контролювали відтворюваність вимірювань та межі виявлення індивідуальних фенолів,не допускаючи зниження параметра Т призводило до погіршення інших характеристик способу.
Прикладом може бути вибір аналітичної довжини хвилі (фіг.3). Видно, що в області 340-370 нм параметр Т для п'ятикомпонентної суміші мінімальний (1,5-2 одиниці), а в короткохвильовій і більш довгохвильовій областях набагато вище (3-10 одиниць). Таким чином, вимірювати узагальнений аналітичний сигнал фенолів слід в області 340-370 нм. У таблиці 1 показано відтворюваність та чутливість визначення фенолів при вимірюванні аналітичного сигналу на різних довжинах хвиль (УФ та видима область) при постійному часі експозиції (10 хв) та рН=7,3. З таблиці 1 видно, що перехід до вимірів в УФ області не погіршує відтворюваність результатів аналізу і лише трохи підвищує межу виявлення фенолів. При цьому видно, що в області 320-340 нм, а також в області 370-490 нм похибки вище, ніж в області 340-370 нм.