PL247829B1

PL247829B1 - Sposób określania stężenia dodecylosiarczanu sodu w roztworach wodnych

Info

Publication number: PL247829B1
Application number: PL445348A
Authority: PL
Inventors: Dorota Ziółkowska; Oleksandr Shyichuk
Original assignee: Politechnika Bydgoska Im Jana I Jedrzeja Sniadeckich
Priority date: 2023-06-23
Filing date: 2023-06-23
Publication date: 2025-09-08
Also published as: PL445348A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób określania stężenia dodecylosiarczanu sodu w roztworach wodnych za pomocą testu probówkowego. Podstawę oznaczenia stanowi zjawisko tworzenia trudno rozpuszczalnego asocjatu dodecylosiarczanu sodu z barwnikiem — błękitem alcjańskim. Po przekroczeniu określonego stosunku ilościowego składników asocjat w pełni wytrąca się z roztworu, powodując całkowite odbarwienie supernatanta, co stanowi sygnał analityczny łatwy do wizualnego odczytu. Sposób polega na tym, że do probówek zawierających określoną ilość barwnika - błękitu alcjańskiego, wprowadza się rosnąco dawki analizowanego roztworu SDS, następnie powstałą mieszaninę pozostawia się do zakończenia sedymentacji osadu, kolejno wyznacza się próbkę, w której osad wytrącił się, a supernatant całkowicie odbarwił przy najmniejszej dawce analitu, po czym wylicza się stężenie analitu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób określania stężenia dodecylosiarczanu sodu w roztworach wodnych za pomocą testu probówkowego.

Surfaktanty anionowe (związki powierzchniowo-czynne) są podstawowymi składnikami środków do prania i czyszczenia [1,2]. Stąd wynika potrzeba monitorowania stężenia surfaktantów w roztworach technologicznych. Metody oznaczania stężenia surfaktantów obejmują chromatografię (SFC, TLC), spektroskopię (NMR, IR, UV-VIS, NIR, MS) oraz miareczkowanie potencjometryczne [3-10].

Do oznaczania surfaktanta anionowego - dodecylosiarczanu sodu (rys. 1) metodami kolorymetrycznymi stosowano barwniki tiazynowe o charakterze kationowym: błękit metylenowy [9] oraz błękit o-toluidynowy [10]. Analiza wykorzystuje technikę miareczkowania fotometrycznego. Wymaga to użycia dedykowanych układów pomiarowych.

Przykład 1 [9,10]

Do spektrofotometrycznego oznaczania stężeń surfaktantów anionowych w roztworach wodnych zastosowano błękit metylenowy oraz błękit o-toluidynowy. Wg procedury porcję analitu o znanej objętości miareczkuje się roztworem barwnika, rejestrując w sposób ciągły absorbancję mieszaniny roztworów za pomocą sondy optycznej. Miareczkowanie prowadzi się do momentu osiągnięcia zadanej wartości absorbancji, a stężenie analitu odczytuje się z krzywej kalibracyjnej.

W odróżnieniu od metod instrumentalnych, testy probówkowe nie wymagają skomplikowanej aparatury. Takie rozwiązanie zaproponowano np. do oznaczania polimeru kationowego - chitozanu za pomocą barwnika anionowego - czerni eriochromowej T [11]. Zaletą rozwiązania jest nieskomplikowany sposób przygotowania próbek testowych oraz brak wymagań aparaturowych, a wadą - subiektywny sposób wyznaczenia kluczowej próbki służącej do obliczeń.

Przykład 2 [11]

Chitozan tworzy z barwnikiem czerń eriochromową T trudnorozpuszczalny asocjat, który przy stosunku molowym składników zbliżonym do 1 wytrąca się z roztworu, powodując niemal całkowite odbarwienie supernatanta. Oznaczenie realizuje się poprzez przygotowanie serii mieszanin złożonych ze stałej objętości badanego roztworu chitozanu oraz różnych dawek standaryzowanego roztworu czerni eriochromowej T. Obliczenie stężenia analitu następuje na podstawie objętości barwnika w próbce o największym stopniu odbarwienia roztworu.

W niniejszym rozwiązaniu proponuje się zastosowanie testu probówkowego do oznaczania stężania dodecylosiarczanu sodu w roztworach wodnych, z wykorzystaniem błękitu alcjańskiego. Błękit alcjański jest barwnikiem rozpuszczalnym w wodzie, stosowanym w biochemii do barwienia tkanek na kolory od błękitnego do niebieskozielonego. Dzięki kationowemu charakterowi cząsteczki (rys. 2) wiąże się z ujemnie naładowanymi cząsteczkami w preparacie za pomocą sił elektrostatycznych. Podobne, silne oddziaływania błękitu alcjańskiego są możliwe wobec anionów dodecylosiarczanu sodu.

1. Tadros T.F. Applied Surfactants. Principles and Applications. Wiley-VCH, 2005.

2. Chemistry and Technology of Surfactants. Edited by Farn R.J. Blackwell Publishing Ltd, 2006.

3. Olkowska E., Ruman M., Kowalska A., Polkowska Ż., Determination of Surfactants in Environmental Samples. Part II. Anionic Compounds. Ecological Chemistry and Engineering S. 2013, 20,2,331-342.

4. Olkowska E., Polkowska Ż., Namieśnik J., Analytical procedures for the determination of surfactants in environmental samples. Talanta 2012, 88, 1-13.

5. APHA Method 5540: Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. ISBN 0-87553-207-1.

6. Regulation (EC) No. 648/2004 of the European Parliament and of the Council of 31 March 2004 on Detergents.

7. Lauryl sulphate by photometric/turbidimetric titration. Ti Application Note No. T-55. Metrohm.

8. Lauryl ether sulphate by photometric/turbidimetric titration. Ti Application Note No. T-56. Metrohm.

9. Shyichuk A., Ziółkowska D., Quantitative determination of anionic surfactants by means of photometric titration with Methylene Blue dye. J. Surfact. Deterg. 2016, 19, 2, 425-429.

10. Ziółkowska D., Lamkiewicz J., Shyichuk A., Determination of sodium dodecyl sulphate by means of photometric titration with o-Toluidine Blue dye. J. Surfact. Deterg. 2018, 21, 5, 751-756.

11. Ziółkowska D., Jenczewski S., Shyichuk A., Sposób określania stężenia chitozanu w roztworach wodnych, pat. PL 236952, WUP 05/2021 z dn. 2021-03-08.

Istotą sposobu określenia stężenia dodecylosiarczanu sodu w roztworach wodnych, jest zjawisko tworzenia trudno rozpuszczalnego asocjatu dodecylosiarczanu sodu z barwnikiem - błękitem alcjańskim. Po przekroczeniu określonego stosunku ilościowego składników asocjat w pełni wytrąca się z roztworu, powodując całkowite odbarwienie supernatanta w mieszaninie SDS-barwnik, co stanowi sygnał analityczny łatwy do wizualnego odczytu.

Do probówek zawierających określoną ilość barwnika - błękitu alcjańskiego, wprowadza się rosnąco, dawki analizowanego roztworu SDS a powstałą mieszaninę pozostawia się do zakończenia sedymentacji osadu, przy czym sedymentacja osadu następuje grawitacyjnie lub jest wspomagana wirowaniem a następnie wyznacza się próbkę, w której osad wytrącił się a supernatant całkowicie odbarwił przy najmniejszej dawce analitu, po czym wylicza się stężenie analitu. Zakres oraz dokładność oznaczenia można regulować odpowiednio dobierając stężenie barwnika oraz dawki barwnika i analitu.

Sposób określania stężeń dodecylosiarczanu sodu SDS, w roztworach wodnych według wynalazku, realizowany jest za pomocą testu probówkowego, z zastosowaniem barwnika błękit alcjański, dostępnego jako Alcian Blue (AB) o wzorze sumarycznym C56H4oCi4CuN12, strukturze pokazanej na wzorze 2a i masie molowej 1086.36 g/mol albo Alcian Blue 8GX o wzorze sumarycznym C56H68Ci4CuN16S4, strukturze pokazanej na wzorze 2b i masie molowej 1298,86 g/mol, przy czym podstawę oznaczenia stanowi zjawisko tworzenia trudno rozpuszczalnego asocjatu surfaktant-barwnik, który po przekroczeniu określonego stosunku ilościowego składników wytrąca się z roztworu, powodując całkowite odbarwienie supernatanta w mieszaninie SDS-barwnik.

Sposób obejmuje następujące kroki: przygotowanie serii probówek zawierających jednakowe objętości roztworu barwnika, następnie wprowadzenie do probówek, rosnąco, różnych dawek analizowanego roztworu SDS, kolejno sedymentacje osadu w ciągu co najmniej 20 godzin, następnie wytypowanie próbki, w której wytrącił się osad, a supernatant odbarwił się przy najmniejszej dawce analitu, oraz obliczenie stężenia SDS wg wzoru (1): C(SDS) [mmol/l] = C(B) [mg/l] · V(B) [ml] / V(SDS) [ml] / WK [mg/mmol] (1), gdzie: C(SDS) i C(B) - stężenia badanego roztworu SDS oraz roztworu błękitu alcjańskiego, wprowadzonych do probówek, V(SDS) i V(B) - objętości roztworu SDS oraz roztworu błękitu alcjańskiego w wytypowanej próbce z osadem, WK - wartość krytyczna stosunku ilościowego barwnika do SDS, wyznaczona doświadczalnie.

Sposób korzystnie wykonuje się dwuetapowo, stosując najpierw większy krok dozowania SDS, a następnie mniejszy krok dozowania SDS, w zawężonym zakresie objętości analitu. Ze względu na nieprecyzyjnie określoną zawartości barwnika w odczynnikach handlowych wartość WK może zmieniać się w szerokich granicach, stąd, dla danego odczynnika AB lub AB8GX, pochodzącego z określonej partii należy wykonać próbną serię pomiarową w celu wyznaczenia dokładnej wartości krytycznej stosunku ilościowego błękitu alcjańskiego do SDS.

Zalety sposobu według wynalazku: sposób jest nieskomplikowany, wymaga użycia tylko jednego odczynnika, wyraźnie widoczny sygnał analityczny pozwala jednoznacznie, wizualnie wytypować próbkę do obliczeń, sposób nie wymaga zastosowania przyrządów pomiarowych, zakres oraz dokładność oznaczenia mogą być regulowane poprzez zmianę stężenia barwnika lub dawek barwnika i analitu. Wzór 1 - przedstawia wzór dodecylosiarczanu sodu, Wzór 2 - przedstawia wzór błękitu alcjańskiego: Alcian Blue (a) i Alcian Blue 8GX (b), Fig. 1 - przedstawia mieszaniny stałej ilości barwnika AB i zmiennej ilości surfaktanta SDS po upływie 24 godzin od ich przygotowania, strzałka pozioma wskazuje kierunek wzrostu wartości stosunku masy barwnika do ilości moli SDS, strzałka pionowa wskazuje mieszaninę, na podstawie której wyznacza się stężenie SDS.

Sposób przedstawiono bliżej w przykładach wykonania.

Roztwory dodecylosiarczanu sodu o stężeniach 20 i 1 mmol/l oraz błękitu alcjańskiego: AB o stężeniu 25,60 mg/l i AB8GX o stężeniu 47,23 mg/l otrzymano przez rozpuszczenie odpowiednich naważek w wodzie destylowanej.

Oznaczenia wykonano w następujący sposób: do zakręcanych probówek pomiarowych o pojemności 10 ml odmierzano stałą ilość barwnika 5 ml lub 1 ml. Następnie do kolejnych próbek wprowadzano rosnąco dawki badanego surfaktanta, po czym próbki mieszano i pozostawiano w statywie na 1 dobę. Po tym czasie dla próbki, w której wytrącił się osad przy najmniejszej dawce surfaktanta, wykonano obliczenie stężenia SDS w analizowanym roztworze, korzystając z równania 1 i porównano z wartością rzeczywistą. Wyniki oznaczeń zamieszczono w Tabeli 1.

PL 247829 Β1

Barwnik	C(B) [mg/l]	Tabela 1. Wyniki oznaczenia stężeń roztworów SDS
V(B) [ml]	V(SDS) Ιμΐ]	WK [mg/mmol]	C(SDS) oznaczone [mmol/l]	C(SDS) rzeczywiste [mmol/l]
AB	25,60	5	12		530	20,13	20
AB	25,60	1	45		530	1,07	1
AB8GX	47,23	5	16		740	19,93	20
AB8GX	47,23	1	50		740	1,28	1

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób określania stężenia dodecylosiarczanu sodu w roztworach wodnych, znamienny tym, że do probówek zawierających określoną ilość barwnika - błękitu alcjańskiego, wprowadza się rosnąco dawki analizowanego roztworu SDS, następnie powstałą mieszaninę pozostawia się do zakończenia sedymentacji osadu, kolejno wyznacza się próbkę, w której osad wytrącił się a supernatant całkowicie odbarwił przy najmniejszej dawce analitu, po czym wylicza się stężenie analitu.
2. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że sedymentacja osadu następuje grawitacyjnie lub jest wspomagana wirowaniem.
3. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, stężenie SDS wylicza się wg. wzoru: C(SDS) [mmol/l] = C(B) [mg/l] · V(B) [ml] / V(SDS) [ml] / WK [mg/mmol], gdzie: C(SDS) i C(B) - stężenia badanego roztworu SDS oraz roztworu błękitu alcjańskiego, wprowadzonych do probówek, V(SDS) i V(B) - objętości roztworu SDS oraz roztworu błękitu alcjańskiego w wytypowanej próbce z osadem, WK - wartość krytyczna stosunku ilościowego barwnika do SDS wyznaczona doświadczalnie.
4. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że zakres oraz dokładność oznaczenia reguluje się poprzez dobór stężenia barwnika oraz dawki barwnika i analitu.