Применение методов инверсионной вольтамперометрии в анализе

Работа № 54. Определение содержания токсичных тяжелых металлов в питьевой воде методом инверсионной вольтамперометрии.

Значения предельно допустимых концентрации токсичных металлов в питьевой воде представлены в табл. 14.2.

Таблица 14.2

Предельно допустимые концентрации (ПДК) токсичных металлов

в питьевой воде.

Общая схема ВА анализа питьевой воды, состоящая из ряда этапов, показана на рис. 14.5.

После отбора средней пробы следует операция нробонодготовки. Цель нробонодготовки — получение определяемого вещества в электрохимически активной форме для оценки его концентрации с заданными метрологическими характеристиками.

Перед анализом проверяют готовность прибора и электродов, а также работу электрохимической ячейки на стандартных растворах.

Электрохимическая ячейка представляет собой кварцевый стаканчик с электролитом (фоном), в который опущены рабочий электрод (ртутнопленочный) и электрод сравнения (хлоридсеребряный). Часто для уменьшения омического сопротивления в цепи в раствор помещают третий электрод — вспомогательный (хлоридсеребряный, стеклоуглеродный или платиновый).

Измерения проводят с помощью BA-анализаторов. Программа измерений предусматривает съемку вольт-амнерных кривых, пробы с добавкой.

Рис. 14.5. Общая схема ВА анализа питьевой воды стандартного раствора, расчет концентрации и погрешности измерений. В современных BA-комплексах эти данные обрабатываются с помощью компьютера, сохраняются в архиве прибора и могут быть распечатаны.

Пробоотбор и пробоподготовка. При определении следов элементов ИВметодом необходимо перевести их в раствор, в котором должны отсутствовать даже следы мешающих органических веществ (ОВ).

Известно, что аналитические сигналы элементов в методах ИВ искажаются под влиянием ОВ вследствие их адсорбции на электроде, их взаимодействия с ионами металлов, а также наложения сигнала восстановления или окисления ОВ на электроде. Таким образом, определению следов элементов должна предшествовать тщательная пробоподготовка. Проба перед анализом подвергается УФ-облучению в присутствии муравьиной кислоты.

При наличии в растворе ячейки нескольких элементов с достаточно разнесенными потенциалами пиков вольтамперограмма представляет собой совокупность пиков, которую также можно использовать для количественного химического анализа.

Оборудование и реагенты

Комплекс аналитический вольтамперометрический в комплекте с компьютером.

Электрод рабочий, ртутно-пленочный.

Электрод сравнения, хлоридсеребряный.

Вода бидистиллированная.

Муравьиная кислота, особо чистая.

Кварцевые стаканчики на 20—25 мл.

Бумага фильтровальная.

Дозаторы с дискретностью доз до 1,0 мл или микробюретки на 1 и 2 мл.

Колбы мерные на 25 и 50 мл.

Стандартные растворы Zn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺ с концентрацией 10,0 или 1,0 мкг в 1 мл.

Описание определения

Перед проведением измерений выполняют следующие работы: тщательную отмывку посуды, приготовление растворов, подготовку ВА-анализатора (в том числе подготовку электродов), подготовку проб.

Подготовка посуды и электродов. Ртутно-пленочный электрод формируется погружением серебряного стержня в ртуть. Хлоридсеребряный электрод заполняют 0,1 М раствором КС1. Электроды вставляют в соответствующие гнезда в приборе. В три кварцевых стаканчика вносят по 10 мл бидистиллированной воды. На компьютере запускают программу к выполнению отмывки загрязнений на электродах. Проводят минимум три цикла.

Определение фонового загрязнения. В три кварцевых стаканчика вносят по 10 мл бидистиллированной воды и добавляют, но 4—7 капель концентрированной муравьиной кислоты. Погружают электроды в стаканчики. На компьютере включают программу «Определение Zn, Pb, Cd, Си в природных, сточных и питьевых водах». Проводят определение фона. Усредняют полученные данные. Если фон достаточно чистый, переходят к анализу пробы.

Анализ пробы. Отбирают пипеткой, но 10 мл анализируемой воды в кварцевые стаканчики (три параллельные пробы). Снимают вольтамнерограммы для пробы в пределах от -1,2 до +0,05 В. Усредняют полученные данные. Находят потенциалы пиков и определяют, какие ионы присутствуют в растворе, но приведенным ниже данным:

При необходимости проводят вручную разметку пиков. Если качественный анализ выполнен правильно, приступают к определению содержания ионов.

Анализ пробы с добавкой. Пипеточным дозатором вводят определенный объем стандартного раствора определяемых веществ. На компьютере заполняют таблицу «Количество». Проводят измерения. Усредняют полученные данные. После окончания измерений компьютер рассчитает содержание найденных компонентов и выведет результаты на экран.

При получении удовлетворительных результатов следует записать документ в архив.

Затем следует вылить анализируемый раствор и повторить на компьютере команды «Подготовка посуды и электродов» практической части для отмывки электродов и кварцевых стаканчиков.

На рис. 14.6 представлены вольтамперограммы анализируемого раствора, содержащего ионы цинка, кадмия, свинца, меди (1), и анализируемого раствора с добавкой (2).

Рис. 14.6. Вольтампсрограммы раствора, содержащего катионы цинка, свинца, кадмия и меди:

1 — анализируемый раствор; 2 — анализируемый раствор с добавкой.