РАЗРАБОТКА СОРБЦИОННО-ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ КАДМИЯ (II) С ИММОБИЛИЗОВАННЫМ AРСЕНАЗО III

АННОТАЦИЯ

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

АBSTRACT

The article shows the possibility of using arsenazo III, immobilized on polyacrylonitrile fiber modified with polyethylene polyamine (PPF), as an analytical reagent for cadmium ions. A method of solid-phase spectrophotometric determination of cadmium in natural and waste waters is proposed.

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

Keywords: immobilization, сadmium, spectrophotometry, arsenazo III.

Введение. Кадмий - очень токсичный металл. Используется в атомной энергетике, электронике и радиотехнике, аккумуляторы, сплавы, краски, удобрения. Сульфат кадмия используется для определения свертываемости крови. Он также используется в производстве гомеопатических лекарств из-за его гонодотропных, мутагенных, канцерогенных и эмприотрических свойств. Поступали сообщения о хроническом отравлении кадмием среди населения Японии. Кадмий улучшает белковый обмен в организме. Накапливается в почках, печени и двенадцатиперстной кишке, что приводит к нарушению их внутренней деятельности. Кадмий связывается с медью вместо гормона эстрогена, вызывая гормональные нарушения [1].

Симптомы отравления кадмием включают недостаток железа, кальция, цинка, селена и меди. Для профилактики даются витамины и минералы, кальций, селен, цинк, фосфатные соединения, цинк, соединения железа, метионин. Отравление кадмием вызывает простатит, кардиопатию, гипертонию, невропатию, эмфизему, анемию [2]

Определение кадмия требует определения токсичности этого иона металла, поскольку он часто обнаруживается в различных образцах экологических, биологических и пищевых продуктов. Атомно-спектрофотометрические детекторы затрудняют обнаружение низких уровней кадмия в пище. Разработаны процессы отделения предварительно концентрированного кадмия, наиболее популярным из которых является метод отделения и концентрирования сорбента. Они могут быть реализованы и управляться в системах впрыска потока для предварительной обработки соответствующей пробы. В этой статье представлен обзор сорбционных статей для быстрого обнаружения кадмия с 1990 года. Полученные результаты были проверены с использованием других методов, и результаты сравнивались [3].

Известны фотометрические [4,5] и электрохимические методов [6-8] определения ионов кадмия, недостатком которых является низкая чувствительность и селективность. В связи с этим аналитический контроль за содержанием кадмия в различных объектах актуальна, так как кадмий - один из наиболее токсичных и опасных загрязнителей окружающей среды.

Целью работы является разработка сорбционно-спектрофотометрической методики определения ионов кадмия, с использованием иммобилизованного на ППФ реагента арсеназо III.

Растворы и аппаратура.

Для приготовления стандартного раствора соли кадмия растворяют 100 мг чистого металлического кадмия в концентрированной соляной кислоте, прибавляя такой избыток кислоты, чтобы при последующем разбавлении раствора до 100 мл водой концентрация соляной кислоты в нем была приблизительно равно 1 н. В мерную колбу вместимостью 1 л переносят 1 мл основного стандартного раствора разбавляют бидистиллированной водой до метки и перемешивают. В 1 мл полученного раствора содержится 1 мкг кадмия [9]

Органический реагент арсеназо III с концентрацией 1 ·10^-3 М готовили растворением 0,0776 гр реагента в мерной колбе на 1000 мл.

Универсальную буферную смесь готовили по методике приведенной в [10]: в мерной колбе на 1 л готовили раствор смеси уксусной (ч.д.а.), борной (х.ч.) и фосфорной кислот, 0.04М в отношении каждой из них. Доводили до метки бидистиллированной воде. Остальные буферные растворы готовили по известным методикам из 1 М растворов CH₃COOH, НСI, NaOH, NH₃,CH₃COONa.

Носитель ППФ готовили для работы по аналогии [11] в форме дисков диаметров 2 см и массой 200 мг. Диски промывали 10 мл 0,1 М НCl, далее погружали их на 5-6 мин в стаканы, ещё раз промывали бидистиллированной водой, затем опускали в  10 мл раствора органического реагента Арсеназо III с концентрацией 1.0 × 10^–5–1.0 × 10^–2 М, перемешивали в течение 5-7 минут. Промывали 50 мл дистиллированной воды и хранили во влажном состоянии в чашках Петри. Влияние рН, концентрации металла, выбор буферной смеси и содержания реагента в твердой фазе изучали при скорости потока раствора 10 мл/мин [11]. В статическом режиме в колбы на 50,0 мл вводили 10,0 мл раствора реагента опускали туда диск носителя перемешивали в течение 5-8 минут. Придерживая носитель стеклянной палочкой, сливали реагенты, промывали иммобилизованный носитель дистиллированной водой и опускали его в анализируемый раствор. В динамическом режиме через иммобилизованный диск пропускали анализируемый раствор со скоростью 10 мл/мин [12].

Обсуждение результатов

Полиамфолит ППФ был синтезирован путем модификации полиакрилонитрильного волокна ППА полиэтиленполиамином на кафедре химии полимеров химического факультета Национального университета Узбекистана. СОЭ сорбента в соляной кислоте составила 5,4 [13] .

 В качестве органического реагента использовали Арсеназо III, который иммобилизовали на волокнистые материалы, модифицированные различными анионообменными группами ППФ, ППД, СМА-1, ППА-1 ва ППМ-1 (табл 1).

Таблица 1.

Резултаты иммобилизации арсеназо III на различных носительях

Из таблицы видно что арсеназо III иммобилизует в cлабокислой среде на сорбенте ППФ при этом степень сорбции составляет 98-99%. Наибольший аналитический эффект достигнут при сорбции на волокнистом носителе, модифицированном полиэтиленполиамином (ППА-1) и установлено, что на этих типах носителей арсеназо III достаточно прочно удерживается и поэтому для дальнейших исследований [12] выбрана система ППА-1:Ар III (ИМR) (рис.1 ).

Иммобилизованный арсеназо III имеет максимум поглощения ионом кадмия в области 590 нм (рис.1) .Спектры диффузного отражения преобразозованный в функцию Кубелки-Мунка приведены на рис 2. Из рис 1-2 видно, что наблюдается аналогия в спектрах поглощения и отражения.

На основе полученных данных построены градуировочные графики определения ионов кадмия (рис. 3).

Рисунок 3. Зависимость аналитического сигнала комплекса с реагентом арсеназо III, иммобилизованным на сорбенте, от концентрации  Сd²⁺ (V_R = 10 мл, m = 0,2 г, pH = 3-7, t = 20 ± 2^oC; τ = 10 мин)

Комплекс кадмия с арсеназо III, иммобилизованным на носителе ППФ имеет область линейности практически в том же интервале концентраций кадмия, что и функция ∆F (рис.3.)

Построенные кривые насыщения по которым найдена сорбционная емкость иммобилизованного реагента по иону кадмия Найдено, что сорбционная емкость по ионам Сd²⁺ равна на 3,02 ммоль/г, свидетельствует о хорошей сорбционной способности выбранного носителя.

Таблица 2.

Сравнение оптимальных условий комплексообразования кадмия с арсеназо III

Из таблица 3 видно, что оптимальные значения кислотности комплексообразования кадмия с реагентом.

Заключение: Таким образом, что этим объясняется значительное улучшение избирательности определения ионов кадмия иммобилизованным арсеназо III по сравнению с раствором, объясняется тем уменьшается влияние легко гидролизующихся ионов. Проведение сорбции ионов кадмия непосредственнно на поверхности иммобилизованного носителя, позволило сократить время анализа в 2-5 раз, т.е. увеличилась экспрессность предлагаемой методики сорбционно-фотометрического определения ионов кадмия(II).

Список литературы:

1. Женихов Н.А., Дианова Д.Г. Металлы в окружающей среде и их влияние на здоровье человека // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. -2017. -№ 1(4). -С. 72-74.
2. Шачнева Е.Ю. Воздействие тяжелых токсичных металлов на окружающую среду // Научный потенциал регионов на службу модернизации. -2012. -№ 2 (3). -С. 127-134.
3. Филов В.А. Химические загрязнители окружающей среды, токсикология и вопросы информации // Рос. хим. журнал. -2004. -Т. 48. -№ 2. -С. 4-8.
4. Теплая Г.А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды // Астраханский вестник экологического образования. -2013. -№ 1 (23). -С.182-192.
5. Леванчук А.В. Загрязнение объектов окружающей среды продуктами эксплуатационного износа автомобильно-дорожного комплекса // Гигиена и санитария. -2014.- № 6. - С. 17-20.
6. Доронин С.Ю., Данчук А.И., Грунова Ю.В., Габидулина М.К. Концентрирование и тест-определение ионов тяжелых металлов с применением модифицированного нановолокна на основе полиакрилонитрила // Журн. аналит. химии. -2020. -Т.75. -№7. -С.597-605.
7. Другов Ю.С., Муравьев А.Г., Родин А.А. Экспресс-анализ экологических проб. Практическое руководство. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, -2010. -С. 111-135. (424 с.)
8. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. М.: Химия, 1996. 319 с.
9. Фазал Хади , Аяз Ахмад . Удаление кадмия (Cd) из соленой воды растениями Veronica anagallis и Epilobium laxum в гидропонной системе// Сельскохозяйственные науки > Том 5, №11, сентябрь 2014 г. DOI: 10.4236 / as.2014.511101 .
10. Коростылев П.П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. -М.: Наука. -1981. - 202 с.
11. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. // М., Химия 1989 С. 267-275.
12. Яхшиева Х.Ш., Сманова З.А. Иммобилизация реагентов на основе производных нитрозонафтолов.// Актуальные проблемы современной науки ISSN:1680-2721.
13. Сманова З.А. ,Савичева С.В. Микроколичественное определение золота в растворе и на полимерном носителе с помощью азореагента 4-(2-Nметиланабазиназо)-м фенилдиамина // /Сорбционные и хроматографические процессы. 2012. Т. 12. Вып. 4. С 563-567
14. 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).2016 С. 159-166. ISSN 1995-0152