ПРИМЕНЕНИЕ ИММОБИЛИЗОВАННОГО АРСЕНАЗО III ДЛЯ CОРБЦИОННО-ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВИНЦА

АННОТАЦИЯ

В статье показана возможность использования арсеназо III, иммобилизованного на модифицированном полиакрилонитрильном волокне (ППФ), в качестве аналитического реагента на ионы свинца. Предложена методика твердофазно-спектрофотометрического определения свинца в природных и сточных водах.

АBSTRACT

The article shows the possibility of using Arsenazo III immobilized on modified polyacrylonitrile fiber (PPF) as an analytical reagent for lead ions. A technique for solid-phase spectrophotometric determination of lead in natural and waste waters is proposed.

Ключевые слова: иммобилизация, свинец, спектрофотометрия, арсеназо III.

Keywords: immobilization, lead, spectrophotometry, arsenazo III.

Введение. Свинец, широко применяемый в различных отраслях промышленности, является высокотоксичным тяжелым металлом, отравление которым вызывает большие проблемы со здоровьем [1,2]

Тяжелые металлы в окружающей среде могут передаваться по пищевой цепи и накапливаться в организме, вызывая проблемы со здоровьем[1-2].

Удаление свинца из сточных вод было и остается серьезной проблемой в течение многих лет. Методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов в основном, включают химическое осаждение, экстракцию растворителем и адсорбцию твердыми веществами [3-7]. Контроль за содержанием ионов свинца на всех этапах очистки сточных вод осуществляется, как правило, традиционными химическими и инструментальными методами.

Одним из переспективных и быстро развивающихся методов является сорбционная спектроскопия с исползованием реагентов иммобилизованных на различных типах носителей. Обычно индикаторные средства получают путем иммобилизации аналитических реагентов на твердых матрицах, при этом свойства иммобилизованных реагентов, по сравнению с раствором, могут изменяться под влиянием среды материала-носителя [8]. Органические реагенты на Pb(II) закрепляют различными способами на бумаге [9-13], силикагеле [9], волокнистом ионите [10], пенополиуретане [11-12], кремнеземе [18]. Однако некоторые предлагаемые методы дороги, другие требуют много времени на пробоподготовку и анализ.

Необходимость в новых гибридных методах на основе дешевых, экологически безопасных сорбентов для разделения и определения экотоксикантов остается актуальной.

Целью настоящей работы является разработка методики сорбционно-спектроскопического определения ионов свинца с помощью иммобилизованного Арсеназо III.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Растворы, реагенты, сорбенты. Стандартные растворы металлов готовили растворением металлов х. ч. в разбавленных 1:1 кислотах с последующим разбавлением бидистиллированной водой [14].   

Раствор 1·10^-3 М раствора Арсеназо III готовили растворением 0,0776 г реагента в колбе на 100 мл.

Свинец азотнокислый перекристаллизовывали и высушивали при температуре 104±1°С до постоянной массы. 1,599 г высушенной соли растворяли в небольшом объеме бидистиллированной воды и количественно переносили в мерную колбу на 1000 см³. В колбу добавляли 5 см³ азотной кислоты плотностью 1,40 г/см³ и доводили объем раствора до метки бидистиллированной водой. Концентрация свинца в основном растворе равна 1 мг/см³ [14]. Стандартные растворы необходимой концентрации готовили последовательным разбавлением в 10, 100 и 1000 раз основного раствора, содержащего ионы свинца [14, 15]. Методика синтеза органического реагента арсеназо III приведена в [16]. Стандартные растворы кислот и оснований (0,1 М) и серию буферных растворов готовили из 1 М растворов CH₃COOH, НСI, NaOH, NH₃, CH₃COONa [14-16]. Универсальную буферную смесь готовили по методике [17].

Иммобилизацию проводили по аналогии с методикой, приведенной в работе [16] перемешиванием100 мг сорбента ППФ с 10 мл раствора реагента с концентрацией 1 × 10^–4 М в течение 5-6 мин с последующим промыванием носителей бидистиллированной водой. Носитель с иммобилизованным реагентом хранили в чашках Петри во влажном состоянии. Влияние рН, концентрации металла, состава буферной смеси, содержания реагента в твердой фазе изучали при скорости потока 5 мл/мин.

Аппаратура. Использованы спектрофотометры Supermini200 (Rigaku); UV-Vis SPECORD M-40, оснащенный приставкой диффузного отражения; Avatarsustem 360 FT-IR (Nikolet, США); потенциометр И-130; рН-метр рН/mV/ТЕМР Meter P25 EcoMet (Корея); дистиллятор Heal Force CR-RO30 [16].

Методика иммобилизации:

Иммобилизацию проводили перемешиванием 0,2000 г волокнистого сорбента с 10 мл раствора арсеназо с концентрацией 1·10^-4 М в течение 4-5 минут, с последующим промыванием носителей дистиллированной водой.

В качестве носителя использовали волокнистый материал, синтезированный по методике [18, 19] модифицированный полиэтилен-полиамином (ППФ), данный сорбент синтезирован на кафедре химии полимеров НУУз. ППФ массой 20-30 мг и диаметром 2 см промывали 50 мл 0,1 М HCl, 10 мл ацетона, опускали в стакан, содержащий 10 мл 1×10^-4М раствора АрсеназоIII, промывали дистиллированной водой и хранили в чашках Петри во влажном состоянии.

Результаты и их обсуждение

Сравнение спектров диффузного отражения иммобилизованного на различных носителях реагента при 540 нм показало, что минимальное значение R (максимальный аналитический сигнал) соответствует системе Арсеназо III - ПАН, модифицированный полиэтиленполиамином (ППФ), которая была выбрана для дальнейших исследований (табл.1). За аналитический сигнал принимали относительное значение коэффициента диффузного отражения (R) или функции Кубелки-Мунка F(R) [20].

Таблица 1.

Выбор носителя для иммобилизации Арсеназо III (ППФ- λ_мах=540, t = 4-5 мин, универсальный буфер рН=3-6, m_сорб= 0,2000 г)

Носитель с иммобилизованным Арсеназо имеет фиолетовый цвет, после пропускания раствора, содержащего ионы свинца, цвет носителя изменяется на зеленый.

Изучено влияние концентрации реагента в водной фазе, рН среды, время контакта сорбент-реагент. Найдено, что наилучшие результаты достигаются при выдерживании носителя в 1,0×10^-4 М растворе реагента при рН=3-6 в течение 4-5 минут. Найденная нагрузка носителя составляет 0,20 мг/г.

При исследовании ИК-спектры исходного органического реагента, волокнистого носителя и иммобилизованного реагента на сорбенте, Установлено, что смещение ряда полос происходит, в области 3000-3600 см^-1, характерных для деформационного колебания гидроксо- и карбоксо-групп, 1600-1700 см^-1 колебания -N=N- групп, 1300-1500 см^-1 для карбонильных и появление характеристических колебаний в области 600-400 см^-1, характерных для О-Ме связи [21, 22]. Изменение полос в области 3000-3400 см^-1, 1600-1700 см^-1 (∆n=40±100 см^-1) связано с образованием сильных межмолекулярных водородных связей (рис.3).

Зависимость аналитического сигнала комплекса иммобилизованного реагента со свинцом от рН, времени и концентрации свинца изучали в статическом и динамическом режимах. Влияние кислотности изучали в интервале рН от 2 до 10. Обнаружено, что происходит сдвиг максимумов в спектрах комплексов на 100 нм, коэффициент диффузного отражения минимален при рН-3-6, рН комплексообразованиясдвигается на две единицы в более кислую область (табл. 2).

Таблица 2.

Спектральная характеристика комплекса иона Pb⁺² с иммобилизованным реагентом арсеназо III

 (ППФ-λ_мах=540, t = 4-5 мин, универсальный буфер рН=3-6, m_сорб= 0,2000 г)

Рисунок 3. ИК-спектры волокна ППФ (1), иммобилизованного реагента арсеназо III (2) и комплекса со свинца (3)

Рисунок 4. Градуировочный график для определения ионов Pb⁺² сорбционно-фотометрическим методом с использованием иммобилизованного на полимерном носителе арсеназо III

Предел обнаружения свинца составляет 0,702 мкг/л. Sr не превышает 0,33. Разработанная методика применена для определения свинца в модельных смесях (табл.3), а также к реальным объектам (табл.4).

Таблица 3.

Результаты определения cвинца (мг/л) в модельных растворах по разработанной методике (n = 5, P = 0,95)

Методика определения ионов свинца в сточных водах промышленных предприятий г.Алмалыка и текстильной промышленности г.Бухары.

В мерный стакан емкостью 50 мл вводили 10 мл раствора пробы, с содержанием 2-50 мкг металла, добавляли универсальный буферный раствор с определенным рН, 1.0 мл маскирующей смеси и пропускали через иммобилизованный на носителе реагент. Содержание металла определяли по градуировочному графику, построенному в координатах коэффициент отражения - концентрация, F =f(с).

Таблица 4.

Результаты (%) определения свинца в реальных образцах вод ИМОР (n = 5, P = 0.95)

Выводы. Для определения ионов свинца рекомендовано использование иммобилизованного арсеназо III. Разработанный метод разделения и обнаружения ионов свинца на основе местного полимерного сырья, позволил обнаружить ионы металла с достаточной точностью и эффективностью, при pH = 3-5 в количестве 0,702 мкг/л.

Cписок литературы:

1. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. -Л.: Химия, 1977. -464 с.
2. Бестемьянов Г.Г., Кроток Ю.А. Предельно допустимые концентрации веществ в окружающей среде.- Л.: Химия; 1985. -528 с.
3. Гурьева Р.Ф., Саввин С.Б. Тест-метод определения свинца на поверхности полимерного носителя//Журн. аналит. химии.- 2003.- т 58.- № 10. -С. 1104-1108.
4. Тихомирова Т.И., Кузнецов М.В., Фадеева В.И., Иванов В.М. Сорбционно-спектроскопическое определение меди, свинца и аминов с использованием химически модифицированных кремнеземов //Журн. аналит. химии.-2000.- Т.55.- №.8.- С.816-820
5. Кулешова Н.В., Савина Л.А. Фотометрическое определение свинца в водных растворах по реакции с ксиленоловым оранжевим // Вестник нижегородская университета Н.И.Лобачевкого. -2004 -№1.- С. 219-224
6. Смирнова С.В., Баулин В.Е., Торочешникова И.И., Плетнев И.В // Экстракция ионов кадмия, свинца, кобальта, меди и цинка из водных растворов в гидрофильно-гидрофобных ионных жидкостях // Вестн.Моск.Ун-та.Сер.2.Химия. -2016. -Т. 57. № 1.- С.11-18.
7. Шачнева Е.Ю., Арчибасова Д.Э. Способы определения свинца в объектах окружающей среды // Астраханский вестник экологического образования № 2 (32) 2015.- С. 119-121
8. Абдулазиз Махмуд Башар.,С.А.Бахтиев и др. Определение свинца в воде методом рентгенофлурецентного анализа с полным внешним отражения // Заводская лабаротория. Диагностика материалов.Том 82, № 8 (2016). -19-22
9. Корнеев С.В., Холин Ю.В., Галян Ю.А. Визуальноеобнаружение Cu(II), Zn(II), Pb(II) с помощью гибридногоматериала, полученного сорбционной иммобилизацией ксиленолового оранжевого на силикагеле // Вестник ХНУ. Химия. - 2005. Т. 13 (36), № 669. - С. 125127.
10. Швоева О.П. Определение свинца 4-(2-пиридилазо)резорцином после сорбции тиосульфатного комплекса свинца на волокнистом сорбенте, наполненном АВ- 17 // Журнал аналитической химии. - 2001. -Т. 56, № 12. -С. 1248-1251.          
11. Мирзаева. Х.А., Бабуев. М.А., Закавова Д.С. Новый тёрдофазные реагент на основе пенополиуретана для сорбционно-спектрофотометрических и тест-методов определения кадмия и свинца // Естественный науки , 2013. №3-С. 39-43
12. Дмитриенко С.Г., Апяри В.В. Пенополиуретаны: сорбционные свойства и применение в химическом анализе.- М.: КРАСАНД, 2010. - 264 с.
13. Запорожец О.А., Цюкало Л.Е. Тест-определение свинца и цинка в воде с использованием иммобилизированного на кремнезёме ксиленолового оранжевого // Журнал аналитической химии. -2004. -Т. 59, № 4. -С. 434-439.
14. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. // М.: Химия 1989 С. 267-275
15. Саввин С.Б. Органические реагенты группы арсеназо III. -М.: АТОМИЗДАТ, 1971. - 350 с.
16. Н.К. Мадусмонова., З.А.Сманова., И.И.Жураев. Свойсва нового аналитического реагента 2-гидрокси-3-нитрозонафталдегида // Журн.аналит.хим.-2020. Т75.№1.- С.92-96.
17. Коростылев П.П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. -М.: Наука. -1981. - 202 с.
18. Гафурова, Д.А. и Шахидова, Д.Н. Физико-химические особенности процесса модификации волокна нитрон гидроксиламином // Физико-химические особенности процесса модификации волокна нитрон гидроксиламином // Вестник ТвГУ. Серия: Химия (1). ISSN 1995-0152 – 2016. -С. 159-166.
19. Гафурова Д.А., Шахидова Д.Н., Мухамедиев М.Г. Физико-химические особенности взаимодействия нитрона c гидразином // Журнал «Пластические массы». - Москва, 2013. -№9. -С. 47-49.
20. Сорбционное концентрирование микрокомпонентов из растворов: Применение в неорганическом анализе Ю.А. Золотов [и др.]. - М.: Наука, 2007.- 320 с.
21. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. - М.: Высшая школа, 1971.
22. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений, - М.: Мир, 1967.