Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...

Реферат на тему:

визульных экспрессный тест-мониторинг ионов некоторых токсичных

элементов в водах

Одним из требований к эколого-аналитических методов определения токсикантов в природных, сточных и питьевых водах является их экспрессность и возможность выполнения анализа на месте отбора пробы. При этом особое внимание следует обратить на селективность методики, ее чувствительность и простоту. Экспрессных визуальное тестирование не требует высокой точности, но оно должно обеспечивать надежное определение токсикантов на уровне предельно допустимой концентрации (ПДК). Для этого часто необходимо предварительно концентрировать определяемый компонент. Оптимальным вариантом является сочетание процесса концентрирования компонента с его одновременным визуальным определением. Важно также возможность последующего точного количественного определения данного ингредиента с использованием полученного концентрата.

Указанным требованиям удовлетворяют сорбционно-фотометрические методы на основе реагентов, иммобилизованных на твердых сорбентах. При этом удобны сорбенты, в частности пенополиуретаны, которые можно вводить в исследуемый раствор в виде кусочков (блоков) определенного размера и которые после сорбции можно легко отделить от раствора и при необходимости транспортировать в стационарную лабораторию с целью последующего количественного определения. Сыпучие сорбенты (силикагель, оксид алюминия и т.д.) в практическом отношении менее удобны.

Пенополиуретановые сорбенты (ППУ) на основе эфиров и эфиров, модифицированные неорганическими и органическими аналитическими реагентами, широко используются для сорбционной концентрирования ионов металлов [1,2]. В случае образования окрашенных комплексных соединений на поверхности ППУ возникает возможность их экспрессного визуального полуколичественного определения непосредственно на месте отбора пробы воды путем сравнения с соответствующей предварительно изготовленной шкале стандартных образцов. Для количественного анализа используют те же образцы ППУ, измеряя интенсивность их окраски по спектрам диффузногоотражение или проводят десорбцию ацетоном или другим растворителем и измеряют оптическую плотность десорбату.

Сорбция комплексов металлов на ППУ может происходить (в зависимости от условий и свойств комплексов) по катионохелатним, ионообменным, гетеролигандним и механизмом присоединения [3]. Часто эти механизмы действуют кооперативно. Поэтому сорбционно-фотометрические методы с использованием ППУ охватывают широкий арсенал разнообразных реакций, которые лежат в основе получения аналитического сигнала. Нами разработаны экспрессные и удобные методики определения в природных, сточных и питьевых водах следующих элементов: кобальта (II), железа (Ш) и молибдена (V, VI) в виде тиоцианатных комплексов, образующихся в фазе ППУ; суммарного содержания меди, цинка, кадмия, свинца и никеля с использованием сорбированного на ППУ группового реагента - Тиосемикарбазон 1,2-нафтохинона; ортофосфатов в виде сорбированных на ППУ синих молибденостанумфосфатних гетерополикомплексив; талию (и) на ППУ, предварительно модифицированном желтым молибденофосфатним гетерополикомплексом; фторид-ионов - на основе частичного обесцвечивания ППУ, модифицированного тиоцианатом железа (Ш).

Сорбционно-фотометрическое определение и визуальное тестирование кобальта (II) в природных водах. Кобальт - незаменимый микроэлемент, который содержится в организмах человека, животных и растений. В небольших количествах он стимулирует важные физиологические процессы: фотосинтез, дыхание, водный обмен и тому подобное. Но выше предельно допустимых концентраций (ПДК) данного иона являются токсичными: нарушается обмен веществ, происходит расстройство дыхательных путей, нервной системы, изменяется строение и функции щитовидной железы, органов пищеварения. ПДК кобальта в природных водах составляет 0,1 мг / л. Методика определения кобальта, которая предлагается, базируется на образовании в фазе ППУ сине-зеленого тетратиоцианатного комплекса кобальта (II) уравнение реакции:

Co2 + + 2NCS- +

где чертой вверху обозначена твердая фаза.

Для визуального тестирования сравнивают интенсивность окраски обрков ППУ после сорбции со шкалой, полученной для серии стандартных растворов. Количественное определение выполняют методом добавок, измеряющие оптическую плотность окрашенных ацетоновых десорбатив при 625 нм. Предел визуального определения кобальта составляет 1 ПДК (0,1 мг / л). Интервал концентраций, которые можно определять фотометрически в ацетоновая десорбати, равна 0,03-1,00 мг кобальта (II) в пробе воды (объем пробы - 300 мл). Методика пригодна для определения кобальта в различных природных водах на уровне ПДК. Мешающий влияние железа (III) устраняют добавлением к пробе фторида аммония.

Сорбционно-фотометрическое определение и визуальное тестирование железа в природных водах [5]. Ионы железа (Ш) не является сильными токсикантами, но при превышении ПДК (0,5 мг / л) под их влиянием раздражаются слизистые оболочки органов пищеварения. Методика определения железа (Ш) основывается на образовании в фазе ППУ красного комплекса железа (III) по реакции:

Fe (NCS) 2 + + 2NCS- +

где М - К + или Н +, а дополнительным лигандом (L) выступает сам сорбент. Для тестирования на наличие ионов железа (III) используют ППУ, предварительно модифицированный тиоцианатом аммония. Определение проводят в пределах концентраций азотной кислоты 0,7-1,2 моль / л. Интенсивность окраски образцов ППУ после сорбции сравнивают со шкалой, полученной для серии стандартных растворов. Количественное определение проводят методом добавок, десорбуючы окрашенный комплекс ацетоном и измеряя оптическую плотность десорбату при 450-490 нм. Предел визуального определения железа (III) - 1 мкг в пробе. Интервал определяемых концентраций равна 0,3-10 мкг железа (III) в пробе воды, что значительно ниже ПДК. Методика пригодна для определения железа (III) в воде и в минеральных кислотах для установления их квалификации.

Визуальное тестирование молибдена (V, VI) в природных водах [6]. При постоянном воздействии соединений молибдена на организм человека больше всего страдает желудочно-кишечный тракт и нарушается функция печени. ПДК молибдена в природных водах составляет 0,25 мг / л. еТодика определения молибдена основывается на образовании при добавлении восстановителя (аскорбиновая кислота, хлорид олова (II), тиомочевина) в фазе ППУ желто-оранжевого комплекса по уравнению реакции:

МоО3 + + 2NCS- +.

Визуальное тестирование на содержание молибдена (V, VI) в пробе воды проводят путем сравнения интенсивности окраски образцов ППУ после сорбции со шкалой, полученной для серии стандартных растворов. Предел визуального определения молибдена составляет 0,08 ПДК. Интервал определяемых концентраций равна 5-80 мкг молибдена (V, VI) в пробе воды. Методика пригодна для определения молибдена в природных и сточных водах.

Определение суммы тяжелых металлов (меди (II), цинка (II), кадмия (II), свинца (II) и никеля (II)) [7]. Сu, Zn и Ni - активные микроэлементы, недостаток которых отрицательно влияет на процессы синтеза белков, жиров, витаминов, кроветворения в организмах людей и животных, но и превышение определенных концентраций имеет вредное влияние на растения, организмы человека и животных. Pb и Cd имеют кумулятивное свойства, в результате чего острые и хронические отравления наблюдаются при длительном потреблении вод даже с низким содержанием этих элементов. ПДК Cu, Ni, Pb и Zn по санитарно-гигиеническим нормам составляют 0,1 мг / л, а Cd - 0,01 мг / л. Методика определения суммы тяжелых металлов основывается на их концентрировании на ППУ, модифицированном тиосемикарбазоном 1,2-нафтохинона (ВСК). ППУ предварительно насыщают (модифицируют) Хлороформный раствором ВСК в течение 2-4 ч и просушивают на воздухе. Далее проводят совместную сорбцию Cu, Pb, Zn, Cd, Mn, Ni при рН 6-7. Молярные коэффициенты светопоглощения тиосемикарбазонатив металлов близки между собой и находятся в пределах 2.104-2,5.104 [6]. Поэтому можно определять суммарное содержание тяжелых металлов по градуировочному графику, построенному для ВСК Cu, Cd или Ni, поскольку величины их молярных коэффициентов светопоглощения имеют среднее значение по сравнению с тиосемикарбазонатамы других металлов. Идентичные условия образования комплексов Zn, Cd, Cu и Pb с ВСК, а також близкие величины емкостей сорбента по отношению к этим металлов позволяют концентрировать микроколичества тяжелых металлов на модифицированном ППУ, а после десорбции ацетоном определять их суммарное содержание. Интервал определяемых концентраций суммы Cu, Zn, Cd, Pb и Ni составляет 0,1-20 мкмоль / л. Ошибка определения не превышает 10%. Определению суммы тяжелых металлов в природных водах не мешает 300-кратный избыток железа (Ш), поскольку его комплексы с ВСК поглощают свет при 400 нм, а комплексы определяемых металлов - при 540-560 нм.

Определение фторид-ионов [8]. Повышенные количества фтора вызывают у людей и животных костную болезнь, с другой стороны недостаток этого элемента вызывает заболеваемость кариесом зубов. ПДК для фторид-ионов составляет 1,5 мг / л. Предлагается методика концентрирования и повышение селективности фотометрического определения фторид-ионов с обесцвечиванием ППУ, предварительно модифицированного тиоцианатных комплексами железа (Ш). Степень обесцвечивания выражают через величину изменения оптической плотности ацетонового раствора десорбату или самого сорбента А = Ао-AL, где Ао и AL оптические плотности в отсутствии и в присутствии фторида. Результаты опытов показали, что А максимальное при рН 2,8-3,0. Предел обнаружения фторид-ионов, что соответствует уменьшению интенсивности окраски ППУ на 10%, то есть величине Ао / AL = 1,1, составляет 0,05 мг F- / 50 мл aбo 1 мг F- / л (6.10-5 моль / л ), что ниже уровня ПДК для фторид-ионов в природных водах. Модифицированный сорбент необходимо использовать в день приготовления, так как при длительном хранении происходит его частичное обесцвечивание в результате восстановления железа (Ш).

Сорбционно-фотометрическое определение и визуальное тестирование ортофосфат-ионов с использованием молибдата, олова (II) и ППУ [9]. Ортофосфаты - одни из самых безопасных соединений, известных человеку, но избыток их в водных бассейнах вызывает нарушения экологического равновесия, в частности эвтрофикацию водоемов, а в питьевых водах - рост количества бактерий, поэтому содержание фосфора в водах необходимо систематично контролировать. ПДК фосфора в воде составляет 3,5 мг РО43- / л. Заметим, что ПДК не учитывает форму нахождения фосфора в окружающей среде, но некоторые органические соединения фосфора (III) является наиболее токсичными синтезированными соединениями, составляющими боевых отравляя веществ.

Предложенные методики основываются на образовании молибденофосфатного гетерополикомплексу по реакции:

Н2РО4- + 12НМоО4- + 16Н + = РМо12О403- + 8Н2О

восстановлении его станум (II) по схеме:

Р (МоVI) 12 + Sn (II) Р (МоVI) 12 x (MoV) x + Sn (IV),

хемосорбции на ППУ ярко-синего продукта восстановления и измерении величины диффузного отражения диске окрашенного сорбента при 670 нм или проведении визуально-тестового определения сравнением цветовой насыщенности дисков сорбента с цветной шкалой, полученной для серии стандартных растворов. Предел визуального определения составляет 0,1 ПДК. Интервал определяемых концентраций по cорбцийно-фотометрической методике составляет 1-10 мкг РО43- в пробе (Vпробы = 25-500 мл). Методики пригодны для определения ортофосфата в питьевых и природных водах. Определению мешает железа (Ш) при концентрации, превышающей 1 мг / л, более 25 мг / л растворимых силикатов, а также нитриты. Влияние железа (Ш) и силикатов обезвреживают соответствующим разбавлением исследуемой воды. Влияние нитритов обезвреживается добавлением к пробе сульфаминовой кислоты.

Сорбционное концентрирования талию (и) ППУ химически модифицированным 18-молибдо-2-фосфатной кислоты и их последующее атомно-абсорбционные определения в растворах десорбатив [10]. Известно, что расширение областей применения талию в научных и технических разработках увеличивает вероятность неконтролируемого попадания его в окружающую среду. Отметим, что соединения талию отличаются очень высокой токсичностью и его содержание в водах установлен на уровне 0,1 мкг / л. При высшего ПДК содержания талию в водах поражается сердечно-сосудистая и нервная системы человека, нарушается обмен веществ в организме, выпадают волосы и тому подобное. Итак, содержание этого элемента в природных и техногенныхних объектах требует жесткого контроля, а предел его определения должна составлять доли ПДК. Однако, прямое определение таких низких концентраций талию практически невозможно. Сейчас при анализе вод используют такие методы контроля содержания талию как атомная абсорбция, атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой, искровая масс-спектроскопия, спектрофотометрия и некоторые другие. Но при применении практически любого из этих методов анализа необходимо предварительное концентрирование талию с вод. Предлагаем методику сорбционной концентрирования талию (и) на ППУ [9], предварительно химически модифицированной 18-молибден-2-фосфатной кислотой в соответствии с [11]. Методика основывается на сорбции талию (и) на указанном сорбенте по ионообменным механизмом

+ Tl +

дальнейшей десорбции его малым объемом 0,5 М раствором азотной кислоты и атомно-абсорбционном определении талию в растворе десорбату. Молибденофосфат при этих условиях остается на сорбенте и, как показали опыты, сорбент пригоден для повторного использования. Нижняя граница определения талию в случае пламенной атомизации составляет 7,5 мкг в пробе, в варианте электротермической атомизации - на уровне ПДК. Интервалы определяемых концентраций составляют соответственно 7,5-100 мкг и 0,1-10 мкг в пробе (Vпробы = 100-500 мл).

Высокая степень извлечения таллия (I) сохраняется при изъятии его из растворов с концентрацией щелочных металлов к 1.10-2 моль / л, щелочноземельных к 1.10-3 моль / л. При cорбции количеств талию (I), соразмерных с сорбционной емкостью навески сорбента, мешающий воздействие, например, 300-кратного мольного избытка однозарядных катионов увеличивается в ряду Na + NH4 + K +. Это влияние можно обезвредить, увеличивая массу сорбента.

Предложенные методики можно использовать за пределами стационарной лаборатории, в экспедиционных условиях, то есть "on site", что является одной из важных тенденций развития современной аналитической службы. Важным преимуществом разработанных методик является их чувствительность на уровне ПДК, а также доступность сорбента,выпускается в промышленных масштабах, и известного под торговым названием "поролон".

Список литературы Braun T., Navratil Y.D., Farag A.B. Polyurethane Foam Sorbents in Separation Science. Boca Raton, CRC Press, 1985. - 219. 2. Braun T. Quasi-spherical solid polymer membranes in separation chemistry: polyurethane foams as sorbents. Recent advances. // F. Z. anal. Chem. 1989. V. 333. № 8. P. 785-792. 3. Набиванец Б.И., Лысенко Е.Н., Сухан Т.А., Зубенко А.И., Горлач В.Ф., Сухан В.В. Физико-химические основы сорбции тиоцианатных комплексов железа (Ш) на пенополиуретана // Журнал общей химии. - 1999. - т. 69. № 2. - С. 192-196. 4. Лысенко Е.Н., Набиванец Б.И., Сухан В.В., Горлач В.Ф. Сорбционно-фотометрическое определение кобальта в виде тиоцианатных комплексов с внедрением пенополуретана // Химия и технология воды.- 1997.- т. 19.№ 3. - С. 254-258. 5. Сухан В.В., Набиванец Б.И., Трофименко А.Н., Лысенко Е.Н., Горлач В.Ф. Сорбционно-фотометрическое определение и экспресс-тест на железо в минеральных кислотах на основе тиоцианата и пенополиуретана // Укр. хим. журнал. - 1998. - т. 64. № 8. - С. 121-125. 6. Лысенко А.Н. Сорбция тиоцианатных комплексов Со (II), Fe (III) и Мо (VI, V) на пенополиуретане и ее использование в анализе. Автореферат диссертации ... к.х.н.- Киев.-1999.-С.18. 7. Зуй М.Ф., Овчинникова С.А., Ищенко В.Б., Набиванец Б.И., Сухан В.В. Сорбционно-фотометрическое определение суммы некоторых тяжелых металлов в природных водах // Укр. хим. журнал. - 1998.- т. 64. № 4. - С. 40-44. 8. Набиванец Б.И., Сухан В.В., Кохненко Т.В., Сухан Т.А. Фотометрическое определение фторид-ионов с внедрением пенополиуретанового сорбента // Журнал аналит. химии - 1998.- Т. 53. № 2. С. 136-139. 9. Сухан В.В., Набиванец Б.И., Трофименко О.М. Способ определения ортофосфата в воде. Патент Украины № 98073823. Приоритет от 15.07.1998. 10. Сухан В.В., Набиванец Б.И., Трофименко О.М. Способ определения талию в воде. Патент Украины № 98073824. Приоритет от 15.07.1998. 11. Трофименко О.М., Сухан В.В., Набиванец Б.И., Сорбция желтых молибденофосфатных гетерополикомплексов на пенополиуретане //Журнал общей химии. - 1999. - т. 69. № 2. - С. 215-218.

Загрузка...