скачать рефераты

скачать рефераты

 
 
скачать рефераты скачать рефераты

Меню

Тест-системы для индикации ионов тяжёлых металлов в объектах окружающей среды скачать рефераты

Продолжение

Фирма-производитель

5

Шосткинский завод химреактивов

ЗАО «Экос-1»

Ставропольский ликероводочный завод

Квалификация или артикул

4

-

ч

Реак. 20-5

№ ГОСТ или ТУ

3

ГОСТ 3245-48

ГОСТ 20288-74

ТУ 6-09-1710-77

Наименование реактивов

2

Силикагель активированный

Углерод четырёххлористый

Этиловый спирт

№ п/п

1

8.

9.

10.

2.3. Определение ионов кобальта колориметрическим методом из растворов

Колориметрический метод определения ионов кобальта (II) основан на образовании комплекса голубой окраски - тиоцианата кобальта.

Со2+ + 6SCN- = [Co(SCN)6]4-

В пять пробирок внесли по 3 мл раствора кобальта (II) концентрации , и по 0,5 мл тиоцианата аммония. В шестой пробирке приготовили стандартный раствор, содержащий 3 мл дистиллированной воды и 0,5 мл тиоцианата аммония. Измеряли оптическую плотность анализируемых растворов относительно стандарта на ФЭКе КФК-2 при длине волны 540 нм .

2.4. Определение концентрации ионов меди и никеля в растворах различной концентрации на атомно-абсорбционном спектрофотометре

Атомно - абсорбционная спектрофотометрия как анализ основана на способности атомов металла поглощать в пламени горелки световую энергию строго определённой длины волны, характерной для каждого отдельного элемента. В атомно - абсорбционной спектрофотометрии концентрацию элементов в растворе определяют по их абсорбции проходящего через пламя монохроматического света. При прохождении монохроматического света от источника его излучения (трубка с полым катодом) через пламя горелки происходит ослабление интенсивности его отдельных спектральных линий в результате их абсорбции атомами. Далее пучок света попадает в монохроматор, где происходит его диспергирование (разложение) и выделение аналитических (оптически активных) спектральных линий, которые затем фокусируются на фотомножитель (приёмник). Возникающий фототок усиливается, далее поступает в детектор и фиксируется измерительным прибором.

Анализируемый раствор вводят в виде аэрозоля в пламя горелки. Для атомизации пробы, то есть превращения её в атомные пары, необходима температура около 2000-3000єС.

Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрофотометра.

3

ввод пробы

1- газоразрядная трубка с полым катодом

2- пламя

3- свет, прошедший через пламя

4- монохроматор

5- приёмник

6- усилитель и детектор

7- измерительный прибор

Измерения на атомно-абсорбционном спектрофотометре.

Процесс атомно-абсорбционных измерений можно разбить на два этапа: подготовительный и измерительный. Перед началом измерений для каждого конкретного случая необходимо выбрать: оптимальные значения параметров источника (величина лампы с полым катодом), тип пламени и условия введения проб и эталонов, оптимальные параметры спектрального прибора (ширина щели монохроматора).

В подготовительный этап включаются также пробоотбор и приготовление эталонов и анализируемых проб.

Измерения проводили в следующей последовательности:

1. Присоединяли лампу с полым катодом к источнику питания и устанавливали оптимальное значение силы тока, обеспечивающее стабильную работу лампы;

2. Подводили питание к приёмно-реагирующей системе (фотомножитель, усилитель и индикаторный прибор);

3. Устанавливали необходимую длину волны и величину «щели» монохроматора;

4. Устанавливали оптимальный расход подачи горючего газа и окислителя;

5. Открывали подачу окислителя (воздуха);

6. Зажигали пламя при открытии подачи ацетилена;

7. Вводили в пламя чистый растворитель (бидистиллированная вода) и устанавливали нуль прибора по шкале индикатора (Е=75);

8. Анализировали эталонные растворы;

9. Вводили в пламя горелки анализируемую пробу и снимали показания с прибора.

Глава III. Экспериментальная часть

Получение твёрдофазного носителя, составляющего основу тест-системы для обнаружения ионов никеля, меди и кобальта, осуществляли по схеме, представленной на рисунке 3.

Рисунок 3 - Блок-схема получения тест-системы

Блок-схема включает в себя следующие этапы: нанесение комплексообразователя на поверхность носителя, стабилизация тест-средства методом сушки и формирование тест-системы с учётом специфичности определяемых ионов.

В три химических стакана помещали навеску силикагеля массой по два грамма, приливали реактив Чугаева (10 мл), диэтилдитиокарбамат свинца в четырёххлористом углероде (10 мл) и тиоцианат аммония (10 мл), перемешивали и оставляли на 24 часа при t 20-25°С. После чего, сорбент с иммобилизованными комплексообразователями стабилизировали методом тепловой обработки 8 часов при t 30-35°С.

Для формирования тест-системы было проведено комплексное исследование влияния различных факторов на сорбционную ёмкость, специфичность и чувствительность тест-средства.

Сорбционную ёмкость определяли по количеству связавшегося с носителем определяемого иона из раствора.

Сорбционную ёмкость ионов кобальта определяли колориметрическим методом. Для этого в пять пробирок внесли по 3 мл анализируемого раствора хлорида кобальта с концентрациями: 10 мг/л, 15 мг/л, 20 мг/л, 25 мг/л, 30 мг/л. В каждую пробирку прибавили по 1 мл раствора тиоцианата аммония. Голубая окраска проявлялась в течение 5 минут. На приборе ФЭК КФК-2 измеряли оптическую плотность полученных растворов при длине волны 540 нм и при толщине кюветы 1,040 мм. Стандартом служил раствор, содержащий 3 мл дистиллированной воды и 1 мл тиоцианата аммония. Полученные результаты представлены в таблице 2 и на рисунке 4.

Таблица 2- Оптическая плотность и процент пропускания анализируемых растворов хлорида кобальта в присутствии тиоцианата аммония

№ пробирки

Концентрация

анализируемого раствора,

мг/л

D

T, %

1

10

0,165

69

2

15

0,130

75

3

20

0,120

76

4

25

0,115

77

5

30

0,05

90

Рисунок 4 - Зависимость оптической плотности раствора хлорида кобальта от его концентрации в присутствии тиоцианата аммония

Сорбционную ёмкость по ионам меди и никеля определяли атомно-абсорбционным методом. Для этого готовили растворы хлорида никеля следующих концентраций: 10,5; 12,4; 17,8; 25,3; 35,0 мг/л. Растворы сульфата меди были следующих концентраций: 11,3; 16,3; 25,4; 34,9 мг/л.

Влияние массы сорбента на сорбционную ёмкость проводили следующим образом. К навеске тест-сорбента определённой массы добавляли раствор анализируемого иона известной концентрации и оценивали величину сорбционной ёмкости. Данные представлены на рисунке 5.

Для данных кривых было получено критериальное уравнение и рассчитана вероятность степени аппроксимации.

У1 = -35,711x3 + 72,202x2 + 3,5789x + 52,813 (для ионов кобальта)

R2 = 0,9981;

У2 = -29,617x3 + 63,305x2 - 7,872x + 69,347 (для ионов никеля)

R2 = 0,9999;

У3 = 61,09x3 - 226,24x2 + 275,44x - 10,297 (для ионов меди)

R2 = 1.

Рисунок 5 - Влияние массы сорбента на сорбционную ёмкость

Из графика видно, что максимальная сорбционная ёмкость по ионам кобальта и никеля наблюдалась при массе сорбента 1,2 г, а по ионам меди - 1г. Выбор концентрации растворов исследуемых ионов для постановки данного анализа был обусловлен валовым содержанием этих элементов в объектах окружающей среды.

Сорбционная ёмкость влияет на длину окрашенной зоны. В основу количественного определения элементов по величине окрашенной зоны положена особенность, связанная с равномерным распределением веществ в зоне, т.е. пропорциональная зависимость между размерами зон и концентрацией исследуемого раствора. Для этого нами было проведено исследование зависимости длины окрашенной зоны от концентрации анализируемого иона в растворе. Сорбент с иммобилизованным комплексообразователем помещали в стеклянную трубку диаметром 10 мм и длиной 100 мм. Через полученную систему пропускали раствор анализируемого иона известной концентрации. Наблюдалось развитие окраски тест-средства в результате взаимодействия комплексообразователя, закреплённого на носителе с исследуемым ионом.

Химизм реакций комплексообразования представлен на рисунке 6.

Со2+ + 6SCN- = [Co(SCN)6]4-

Рисунок 6 - Реакции комплексообразования ионов кобальта, никеля и меди с соответствующими лигандами

Полученные результаты представлены на рисунке 7.

Рисунок 7 - Зависимость длины окрашенной зоны от сорбционной ёмкости

Нами исследована специфичность тест-средства. Полученные данные представлены в таблице 2.

Таблица 3 - Влияние разноимённых ионов на специфичность тест-системы

п/п

Специфичность

тест-системы Cu2+-Ni2+

Специфичность

тест-системы Cu2+ - Co2+

Cu2+

Ni2+

Cu2+

Co2+

Снач, мг/л

Скон,

мг/л

Сорбция,

%

Снач,

мг/л

Скон

мг/л

Сорбция,

%

Снач мг/л

Скон,

мг/л

Сорбция,

%

Снач

мг/л

Скон,

мг/л

Сорбция,

%

1

11,3

-

100,0

12,4

11,9

4,0

11,3

-

100,0

21,7

21,2

2,3

2

16,3

0,2

98,0

17,8

17,2

3,4

16,3

0,6

96,3

30,5

30,1

1,3

3

34,9

5,4

85,0

35,0

34,4

1,7

34,9

4,8

86,2

50,0

49,3

1,4

Проанализировав данные таблицы 2, можно сделать вывод, что отдельно взятое тест-средство отличается специфичностью, которая позволяет сформировать тест-системы следующим образом: медь-никель и медь-кобальт.

Процесс закрепления осадков на носителе основан на различных механизмах: адгезии (поверхностное взаимодействие кристаллов осадка с носителем), механическом задерживании крупных кристаллов и закреплении осадков за счёт сорбционных свойств поверхности носителя. Все эти процессы в свою очередь зависят от природы носителя, его дисперсности, природы осадителя и свойств самого осадка.

Так, природа носителя оказывает сильное влияние на закрепление осадков в колонке. Носитель должен обладать необходимой сорбционной ёмкостью по отношении к осадителю, к осадкам и к разделяемым ионам. Сорбционная ёмкость носителя должна строго контролироваться и находиться в определённых пределах, так как слишком большая ёмкость приводит к чрезмерной сорбируемости осадков и может ухудшить разделение, впрочем, как и слишком малая сорбционная ёмкость.

Дисперсность носителя также оказывает существенное влияние на закрепление осадка. Высокодисперсный носитель лучше закрепляет осадки на своей поверхности, хотя это может привести к увеличению времени анализа, так как уменьшается скорость протекания исследуемого раствора через колонку. Целесообразнее использовать носитель с размером зёрен 0,1-0,02 мм.

Природа носителя, его способность удерживаться на носителе и по-разному взаимодействовать с разделяемыми ионами также оказывает влияние на закрепление осадка на носителе.

Для получения чётко окрашенных границ осадков нужно учитывать все факторы, влияющие на процесс закрепления осадка на носителе, подбирать соответствующие условия проведения эксперимента путём предварительных теоретических расчётов. В противном случае разделение не произойдёт. На рисунке 8 представлено распределение осадков по зонам.

Рисунок 8 - Распределение зоны осадков от концентрации ионов меди и никеля в растворе

Для данных кривых было получено критериальное уравнение и рассчитана вероятность степени аппроксимации.

У1 = -12,833x2 + 2,5167x + 0,4 (для диэтилдитиокарбамата меди)

R2 = 1;

У2 = 17,925x3 - 35,143x2 + 21,261x - 3,6928 (для диметилглиоксимата никеля)

R2 = 0,9862.

Из рисунка 8 видно, что более растворимый осадок переходит в более подвижную фазу и содержание его в верхней зоне уменьшается. Теоретически разделение осадков диэтилдитиокарбамата меди и диметилглиоксимата никеля должно быть успешным, так как граница в их растворимости составляет более 103 и не зависит от концентрации анализируемых ионов.

На рисунке 9 представлено распределение окрашенных зон диэтилдитиокарбамата меди и тиоцианата кобальта.

Рисунок 9 - Распределение зоны осадков от концентрации ионов меди и кобальта в растворе

Для данных кривых было получено критериальное уравнение и рассчитана вероятность степени аппроксимации.

У1 = -4,75x2 + 0,9x + 0,4 (для диэтилдитиокарбамата меди)

R2 = 1;

У1 = -6,958x2 + 7,5251x - 1,5816 (для тиоцианата кобальта)

R2 = 0,9188.

За счёт вторичных явлений при образовании осадков зона диэтилдитиокарбамата меди содержит незначительное количество тиоцианата кобальта. Этого избежать можно промыванием осадков водой, что позволит сделать более чёткой границу окрашенных зон за счёт перераспределения осадков на носителе.

Вышепредставленные данные легли в основу построения тест-системы по обнаружению ионов меди, никеля и кобальта.

Данная тест-система использовалась для определения вышеуказанных ионов тяжелых металлов в почвах экспериментальных полей Ставропольского НИИСХ, расположенных вблизи аэропорта г.Ставрополя; в образцах воды из р. Мутнянка, в которую поступают сточные воды с городских очистных сооружений, а также из природных родников.

Результаты проведенных исследований показали, что содержание тяжелых металлов в исследуемых объектах не превышает ПДК. При этом использование тест-системы позволило сократить время проведения анализа и увеличить диапазон концентраций определяемых ионов металлов. Тест-система не требует существенной пробоподготовки, использования сложных стационарных приборов, лабораторного оборудования и отличается специфичностью, чувствительностью. Определению не мешают в кратных количествах ионы Na, K, Ca, Mg, Ba, Zn, Fe(III), Mn, Cd, Al.

Заключение

Разработанная тест-система представляет собой твёрдофазный носитель на основе силикагеля, на поверхности которого адсорбирован диметилглиоксим, диэтилдитиокарбамат свинца и тиоцианат аммония. Выбор носителя был обусловлен положительными свойствами твердой фазы. Гранулы, входящие в состав сорбента отличаются однородностью состава, механической прочностью, микробиологической устойчивостью и хорошей проницаемостью. Качественный анализ содержания никеля, кобальта и меди в объектах внешней среды предоставляет большие возможности химикам-аналитикам и ученым экологам в исследовательской деятельности. Тест-система позволит создать средств анализа недорогие лёгкие с точки зрения использования и в то же время сопоставимые по своим аналитическим характеристикам с современными инструментальными методами.

Разработанная тест-система обладает специфичностью, экспрессностью и дешевизной.

Выводы

- Получили носитель для определения ионов кобальта, никеля и меди методом модификации поверхности силикагеля;

- Исследовали влияние концентрации определяемых ионов на длину окрашенной зоны;

- Исследовали влияние массы сорбента на сорбционную ёмкость;

- Исследовали влияние разноимённых ионов на специфичность тест-системы;

- Проанализировав полученные экспериментальные данные, сформировали тест-систему для определения ионов кобальта, никеля и меди.

Список литературы

1. Золотов Ю.А., Иванов В.М., Амелин В.Г. «Химические тест-методы анализа», 2002.

2. Островская В.М., Фомин Н.А. //Высокочистые вещества, 1987,

№ 4, 183.

3. Кушнер М.М., Классовская Н.А., Земский Б.П. АС СССР 1698756. БИ 1989, № 46

4. Process. Eng. (Austral.), 1993, 21, № 8, 20. РЖХим. 1994, 19И284.

5. Балекаев А.Г., Балаян М.А. АС СССР 1797054. БИ 1993, № 7.

6. Морозко С.А., Иванов В.М.// Журн. аналит. химии, 1996, 51, № 6, 631.

7. Иванов В.М., Кузнецова О.В.// Журн. аналит.химии, 1995, 50, № 5, 498.

8. Morosanova E.I., Velikorodnyi A.A., Zolotov Yu.A.//Fresenius' I. Anal.Chem., 1998, 361, 305.

9. Kuselman I., Kuyavskaya B.I., Lev O.// Anal.Chem.Acta, 1992, 256, 65.

10. Kuselman I., Lev O.// Talanta, 1993, 43, 749.

11. Zolotov Yu.A.//Ann.Chem. (Paris), 1997, 87, 285.

12. Моросанова Е.И., Великородный А.А., Золотов Ю.А.// Журн. аналит. химии, 2000, 55, 486.

13. Азарова Ж.М., Моросанова Е.И., Золотов Ю.А.// Журн. аналит. химии, 2000, 55, 714.

14. Амелин В.Г.// Журн. аналит. химии, 2000, 55, № 5, 359.

15. Halamex E., Prikryl F., Sonak J.Czech. S.R. pat. 239708, 1987.

16. Кравченко М.С., Юрченко Л.Н., Аксенова М.С., Островская В.М.// Журн. аналит. химии, 1987, 42, № 2, 263.

17. Siepak J., Witkowski H.//Chem.anal.,1987, 32, № 4, 1035.

18. Иванов В.М., Сабри Массуд// Журн. аналит. химии, 1995, 50, № 12, 1280.

19. Katsuyata H. (Jap). Пат. США 5186894, 1993.

20. Дмитриенко С.Г., Золотов Ю.А., Рунов В.К., Фролова Е.В. АС СССР 1803837. БИ 1993, № 11

21. Дмитриенко С.Г., Золотов Ю.А., Косырева О.А., Рунов В.К., Фролова Е.В. АС СССР 1803839. БИ 1993, № 11

22. Pollakowski G., Keiler J. (BDR). Пат. ГДР 205010, 1984.

23. Pollakowski G., Keiler J. (DDR). Патент ГДР 238276, 1986.

24. Амелин В.Г. // Журн. аналит. химии, 1999, 54, №7, 753.

25. Амелин В.Г. Дис. … д-ра хим. наук. М., 1998.

26. Золотов Ю.А. // Вестн. РАН, 1997, 67, №6, 508.

27. Baumer W., Schmitt D. US Pat/ 3697225, 1972.

28. Иванов В.М., Морозко С.А., Сабри Массуд // Журн. аналит. химии, 1995, 50, №12, 1280.

29. Baumer W., Schmitt D. (GER). Пат. Швейцарии 550403, 1974.

30. Дмитриенко С.Г., Золотов Ю.А., Рунов В.К., Фролова Е.В. АС СССР 1803837. БИ 1993, № 11.

31. Дмитриенко С.Г., Косырева О.А., Рунов В.К., Паршина И.Н. АС СССР 17373170. БИ 1992, № 20.

32. Назаренко В.А., Антанович В.П. Триоксифлуороны. М.: Наука, 1973, 182 с.

33. Чернова Р.К., Штыкова С.Н., Бубело В.Д. АС СССР 1555667, БИ 1989, №5.

34. Панталер Р.П., Егорова Л.А., Авраменко Л.И., Бланк А.Б. // Журн. аналит. химии, 1987, 42, №2, 263.

35. Шеховцева Т.Н., Чернецкая С.В., Белкова Н.В. // Журн. аналит. химии, 1995, 50, №5, 538.

36. Кравченко М.С., Фумарова М.Ш. // Журн. аналит. химии, 1995, 50, №12, 1288.

37. Ширинова А.Г., Иванов В.М. // Журн. аналит. химии, 1994, 49, №3, 266.

Array

Страницы: 1, 2, 3, 4