Определение хлора в нерудных материалах методом ионометрии

Приведены результаты определения хлора в нерудных материалах ионометрическим методом. Определены условия выполнения анализа нерудных материалов, позволяющие получать результаты с относительной погрешностью, не превышающей 13%.

Хлор широко распространен в природе и входит в больших или меньших количествах в состав многих природных минералов. Хлор оказывает значительное влияние на физико-химические свойства минералов (взаимодействие с водой и другими веществами, электропроводность и т.д.). В больших количествах он может представлять опасность для человека и окружающей среды. Поэтому необходим контроль содержания хлора в нерудных минералах [1].

В настоящее время содержание хлора нормируется в графите, каолине, тальке, талькомагнезите, меле, сырье глинистом.

Для определения хлора в указанных минералах применяется преимущественно метод меркуриметрического титрования водной вытяжки [2-5], или метод, основанный на титровании водной вытяжки раствором нитрата серебра в присутствии хромата калия [6]. Эти методы имеют высокую относительную погрешность и не всегда дают достоверные результаты. Кроме того, они требуют использования значительного перечня химических реактивов и являются достаточно трудоемкими. В этой связи разработка новых, экспрессных, не требующих дефицитных и дорогостоящих реактивов, нетрудоемких методик определения хлора в нерудных материалах представляет определенный теоретический и практический интерес.

Наиболее перспективным методом определения хлора в водных растворах является прямая потенциометрия (ионометрия). Метод прост, не требует дорогостоящих приборов и реактивов, имеет низкую относительную погрешность, является экспрессным и легко может быть автоматизирован [7].

Цель работы – разработка методики ионометрического определения хлора в нерудных материалах.

Исследования проводили с применением иономера марки И-160, хлоридсеребряного электрода сравнения, ионселективного мембранного кристаллического индикаторного электрода марки ЭМК-Сl-01, имеющего диапазон измерения концентраций ионов хлора от 1·10-4 до 1·10-2 моль/л.

Растворы готовили на дистиллированной воде из реактивов марки «ЧДА». В качестве фонового электролита использовали растворы серной кислоты различной концентрации (моль/л): 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001. Для выбора состава фонового электролита строили зависимости потенциала индикаторного электрода (E) от логарифма концентрации хлорид-ионов в растворе (–lgCCl). Исследования проводили при концентрации хлорид-ионов 1·10-4; 4·10-4; 5·10-4; 8·10-4; 1·10-3; 2·10-3; 4·10-3; 8·10-3; 1·10-2 моль/дм3. Калибровочные графики строили по усредненным результатам трех измерений потенциала. Относительная погрешность единичного измерения не превышала 1%.

Подготовку пробы мела для анализа проводили следующим образом. Навеску массой 50 г помещали в стакан вместимостью 500 см3, приливали 200 см3 воды и кипятили в течение 10 минут, периодически помешивая стеклянной палочкой. Затем раствор отстаивали и отфильтровали через двойной фильтр "белая лента" в мерную колбу вместимостью 500 см3. Осадок в стакане промывали горячей водой сначала декантацией 3 раза, затем перенесли на фильтр и промыли. После охлаждения раствор доводили до метки дистиллированной водой.

Пробу глины готовили следующим образом. Навеску массой 100 г помещали в коническую колбу вместимостью 1000 см3, приливали свежекипяченую воду, закрывали пробкой и взбалтывали в течение 15 минут. Отстаивали 24 часа, затем отфильтровывали через воронку Бюхнера с двойным фильтром "синяя лента" в колбу Бунзена.

Для проведения анализа отбирали аликвоты по 10,0 см3 водных вытяжек мела и глины в мерные колбы вместимостью 50 см3, доводили объемы до метки раствором серной кислотой таким образом, чтобы ее концентрация составляла 0,001 моль/л, и проводили измерение потенциалов индикаторного электрода. За результат принимали среднее арифметическое значение трех измерений.

На рисунке в качестве примера представлены зависимости E – -lgCCl, полученные для стандартных растворов в 0,1 и 0,001 моль/л растворах серной кислоты, содержащих ионы хлора.

- lg C а б

Рисунок ─ Калибровочный график в фоновом электролите, содержащем H 2 SO 4 (моль/л): а) 0,1; б) 0,001

Из рисунка а) видно, что зависимость потенциала индикаторного электрода от логарифма концентрации хлорид-ионов в 0,1 моль/л растворе серной кислоты можно условно разбить на два прямолинейных участка, отличающихся наклоном. Это значит, что в таком фоновом электролите определение хлорид-ионов в интервале концентраций 1·10-4 – 1·10-2моль/л затруднительно.

Аналогичная зависимость E – -lgC Cl наблюдается при использовании в качестве фонового электролита 0,01 моль/л раствора серной кислоты.

В фоновом электролите, содержащем 0,0001 моль/л серной кислоты, зависимость E – -lgC Cl не может быть изображена прямой линией, причем наблюдается большой разброс точек. Кроме того, в таком электролите требуется значительно большее время для установления постоянного значения потенциала индикаторного электрода, чем в растворах серной кислоты большей концентрации.

Оптимальным фоновым электролитом является 0,001 М раствор серной кислоты – графическая зависимость E – -lgC Cl в таком электролите, как видно из рисунка б), выражается прямой линией во всем интервале исследованных концентраций. Поэтому все дальнейшие исследования проводили с использованием указанного фонового электролита.

Для расчета основных аналитических характеристик методики ионометрического определения ионов хлора в 0,001 М растворе серной кислоты использовали метод «введено-найдено». С этой целью исследованы стандартные растворы, содержащие 3·10-3 и 3·10-4 моль/дм3 ионов хлора. Результаты представлены в таблице.

Таблица – Основные аналитические характеристики методики ионометрического определения ионов хлора

Видно, что ионометрическое определение содержания ионов хлора с использованием в качестве фонового электролита 0,001 М раствора серной кислоты и индикаторного ионселективного мембранного кристаллического электрода марки ЭМК-Сl-012.5.3. позволяет получать результаты с относительной погрешностью, не превышающей 13%, и стандартным отклонением менее 0,3·10-3.

С целью апробации методики ионометрического определения ионов хлора проведен анализ проб мела школьного и глины огнеупорной. По измеренным значениям потенциала индикаторного электрода, используя градуировочный график, установлено, что содержание хлорид-ионов составляет (моль/дм3): в меле школьном – 7,36·10-4; в глине огнеупорной – 3,16·10-3. Такие количества хлорид-инов не превышают допустимых концентраций, нормируемых в ТНПА (0,05 и 0,01 моль/дм3 соответственно) [5,6].

По результатам исследований можно сделать следующие выводы.

• 1.    Определение ионов хлора в нерудных материалах можно проводить ионометрическим методом с применением ионселективного мембранного кристаллического индикаторного электрода марки ЭМК-Сl-01 на фоне 0,001 М раствора серной кислоты в интервале концентраций от 1·10^-4 до 1·10^-2 моль/л.

• 2.    Разработанная методика позволяет определять ионы хлора с относительной погрешностью, не превышающей 13%, и стандартным отклонением менее 0,3·10^-3.