ГРУППОВОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАЗЛИЧНЫХ ОБЪЕКТАХ

Татаева Сарижат Джабраиловна

канд. хим. наук, профессор ДГУ, г. Махачкала

E-mail: anchemist@yandex.ru

Магомедов Курбан Эдуардович

аспирант, ДГУ, г. Махачкала

E-mail: m_kurban@mail.ru

Багомедова Диана Багомедовна

Студенка, ДГУ, г. Махачкала

E-mail: anchemist@yandex.ru

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки (госконтракт № 14.740.11.0803).

Одним из перспективных методов выделения и концентрирования при определении микроколичеств элементов является их сорбционное извлечение из растворов полимерными комплексообразующими сорбентами (ПКС). Способам иммобилизации аналитических реагентов на поверхности различных сорбентов и их аналитическому использованию посвящено ряд обзоров [3, 5]. Поэтому получение ПКС на основе синтетических материалов органического и неорганического происхождения и разработка на их основе методов концентрирования и выделение микроколичеств элементов является одной из важных проблем аналитической химии.

Разработаны способы группового сорбционного концентрирования и тест-методы определения ионов металлов в объектах окружающей среды [1, 6].

Существенный прогресс в аналитической химии органических реагентов стал возможен благодаря появлению нового поколения приборов, измеряющих поглощение и отражение твердых материалов с иммобилизованными реагентами и их комплексов с ионами металлов.

Целью данной работы является разработка способа группового концентрирования и определения микроколичеств меди (II), свинца (II), цинка (II), марганца (II), хрома (III) в различных объектах с использованием модифицированных полимерных сорбентов.

В качестве матриц для иммобилизации цинкона (ЦН) и фенилфлуорона (ФФ) использовали высокоосновный амберлит JRA-400 (АМБ) и силикагель марки КСК № 2,5, обработанный хлоридом цетилпиридиния до насыщения (СГ-ЦП).

Растворы реагентов-модификаторов и ионов Cu²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Mn²⁺и Cr³⁺(1 мг/мл) готовили растворением точных навесок реагентов и спектрально чистых металлов в кислотах [4]. Серии рабочих растворов готовили разбавлением исходных растворов дистиллированной водой. Для создания соответствующей кислотности в исследуемых системах применяли 0,1 М растворы НCI, NaOH. Кислотность исследуемых растворов контролировали иономером «Эксперт 001». Растворы перемешивали на устройстве «LS220». Спектры снимали на спектрофотометр СФ-56 с приставкой диффузного отражения ПДО-6.

В работе [4] приводится способ группового концентрирования и атомно-абсорбционного определения меди, кадмия и свинца в различных объектах с использованием модифицированного сорбента АМБ-ЦН. Нами изучена возможность группового концентрирования и определения Cu(II), Zn(II), Pb(II) фазой АМБ-ЦН, а Cr(III) и Mn(II) – СГ-ЦП-ФФ методом спектроскопии диффузного отражения (СДО). Изучена сорбция ионов Cu(II), Zn(II) и Pb(II) модифицированным анионитом АМБ-ЦН. Как видно из рисунка 1, комплексы указанных элементов имеют максимумы поглощения при значениях длин волн 650; 630; 570 нм соответственно Cu(II), Zn(II) и Pb(II), амберлит с иммобилизованным цинконом при l=520 нм.

Процесс комплексообразования ионов металлов на твердой фазе АМБ-ЦН сопровождается изменением окраски сорбента из красного в зеленый, синий и фиолетовый соответственно ионам меди, цинка и свинца.

Рис. 1. Зависимость функции Гуревича-Кубелки-Мунка от длины волны. m_c=0,5 г; l=0,2 мм; С_ЦН=1^.10^-3 М. 1а – АМБ-ЦН, рН 2—6; 1б – рН 8—10; 2 – АМБ-ЦН-Cu, рН 3,5; 3 – АМБ-ЦН-Zn, рН 8,5; 4 – АМБ-ЦН-Pb, рН 6,0.

Устойчивость сорбированного реагента в фазе сорбента изучали как функцию кислотности и концентрации реагента. После насыщения ссорентов органическими реагентами твердые фазы промывали бидистиллятом и оставляли на неделю в водном растворе. Результаты показали на отсутствие десорбции реагента.

Влияние времени контакта фаз на сорбцию, процент сорбции, оптимальная кислотность, статическая емкость, как модифицированных сорбентов, так и их сорбатов с ионами Cu(II), Zn(II), Pb(II), Mn(II) и Cr(III) приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Химико-аналитические свойства сорбентов и сорбатов m_c=0,5 г; l=0,2 мм; С_ЦН=1^.10^-3 М; С_ФФ=9^.10^-4М; ω_ЦП=0,1 %. I– раствор, II– твердая фаза

Концентрирование микроэлементов проводили при оптимальных условиях сорбции. Количественное определение Cu(II), Zn(II), Pb(II), Mn(II) и Cr(III) проводили по градуировочным графикам для соответствующих элементов (рис. 2, 3).

Рис.2.Градуировочные графики для определения: 1) Zn(630 нм); 2) Cu(650 нм); 3) Pb(590 нм) методом СДО. С_Сu=1,56 ^. 10^-3 М; С_Zn=1,54 ^. 10^{-3М; С}_Pb=4,8 ^. 10^-4 М; m_АМБ-ЦН=0,05 г; l=2 мм.

Определено содержание тяжелых металлов в сточных водах и растительном объекте (боярышник пятипестичный) методом СДО с использованием модифицированных сорбентов АМБ-ЦН и СГ-ЦП-ФФ [7, 8].

Пробоподготовку сточных вод проводили по методике, представленной в работе [4].

Рис.3.Градуировочные графики для определения: 1) Mn(II) (590 нм); 2) Cr(III) (560 нм). С_Mn=1,82 ^. 10^-3 М; С_Cr=1,92 ^. 10^-3 М; m_{СГ-ЦП-ФФ}=0,05 г; l=2 мм.

При определении минерального состава растительные объекты чаще всего требуют озоления и растворения золы. По литературным и экспериментальным данным авторов наиболее эффективна и менее вредна сухая минерализация [2].

Полученные данные представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Результаты определения тяжелых металлов в плодах боярышника пятипестичного и сточных водах

1- Боярышник собранный с окрестностей г. Махачкала; 2- с горных районов РД; 3- вода канала «Октябрьской революции» до очистки; 4- стоки завода «Авиаагрегат»; 5- ПДК - для вод культурно-бытового водопользования.

Как видно из данных таблицы, атомно-абсорбционное (AAС) определение микроэлементного состава плодов боярышника пятипестичного не позволяет обнаружить следовые количества ионов свинца и хрома. Использование методаСДО выявляет малые содержания этихэлементов.

Изменение содержания элементов в зависимости от места обитания подчиняется следующим закономерностям: медь и цинк – горы<низменность; марганец и хром – низменность<горы.

Содержание хрома и марганца почти в три раза превышает предельно допустимые концентрации; для свинца и кадмия в десятки и более раз наблюдается превышение ПДК, а для цинка небольшое превышение в стоках завода «Авиаагрегат».

Превышение ПДК для Cr, Mnи Pbнаблюдается и в водах канала им. «Октябрьской революции».

Список литературы:

1. Басарагин Н. Н., Дорофеев Д. Н., Салихов В. Д., Розовский Ю. Г. Предварительное концентрирование микроколичеств Pbи Mnна полимерных хелатных сорбентах и их атомно-абсорбционное определение в природных и сточных водах // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. т. 67. № 10. С. 6—8.
2. Гончарова, Т. А. Энциклопедия лекарственных растений: (лечение травами). М.: Издательский Дом МСП, 1997. – 560 с.
3. Золотов Ю. А., Цизин Г. И., Моросанова Е. И., Дмитриенко С. Г. Сорбционное концентрирование микрокомпонентов для целей химического анализа // Успехи химии. 2005.Т. 74 № 1. С. 41.
4. Коростелев П. П. Реактивы и растворы в металлургическом анализе. М.: Металлургия, 1977. – 400 с.
5. Савин С. Б., Дедкова В. П., Швоева О. П. Сорбционно-спектроскопические и тест-методы определения ионов металлов на твердой фазе ионообменных материалов/ Успехи химии. 2000. Т. 69. № 3. С. 204—217
6. Татаева С. Д., Бюрниева У. Г., Зейналов Р. З., Гамзаев Р. Г. Концентрирование и определение меди, свинца и кадмия с использованием модифицированных азосоединениями анионитов // Журнал аналитической химии, 2011, том 66, № 4, С. 373—377.
7. Татаева С. Д., Бюрниева У. Г., Гасанова З. Г. Пат. РФ 2361660 // БИ. № 20 2009.
8. Татаева С. Д., Гамзаева У. Г. Пат. РФ 2292545//БИ. № 3. 2007.