Сорбционно-фотометрическое определение хрома (III) на поверхности полимерного носителя

АННОТАЦИЯ

Исходя из актуальности проблемы защиты продуктов питания от загрязнения соединениями тяжелых металлов, среди которых хром представляет потенциальную опасность для людей и окружающей среды, а также предъявляемых требований к анализу объектов окружающей среды и пищевых продуктов нами предусмотрена разработка нового высокочувствительного и экспрессного метода определения иона хрома.

Многокомпонентность объектов анализа, низкие концентрации металлов определяют необходимость использования, для решения такого рода задач, комбинированных методов анализа, включающих стадию концентрирования, поэтому нами в данной работе для определения ионов хрома использован сорбционно-спектроскопический метод. В качестве носителя использовали волокнистый материал, модифицированный гексаметилендиамином.

В работе приведены результаты исследования по взаимовлиянию определяемых и посторонних мешающих металлов для установления их предельно допустимых концентраций. Поскольку, питьевая вода источников водоснабжения, а также молибденовые руды характеризуются различными составами, широким диапазоном концентраций элементов, находящихся в ней, от n×10^-2 мг/дм³ (Сa²⁺, Na⁺) до n×10^-4 мг/дм³ (Ag⁺, Tl⁺, Be²⁺, Hg²⁺, Cr⁶⁺, Pb²⁺ и др.) и ниже, разнообразием форм их нахождения, непостоянством её состава, то для установления возможности определения изученных металлов в реальных объектах необходимо располагать данными о количественных соотношениях и взаимовлияниях посторонних мешающих элементов, присутствующих в них, поскольку от этих факторов во многом зависят, надёжность, правильность и воспроизводимость разработанных методик и полученных данных.

Поэтому, нами проверена возможность определения хрома в модельных бинарных, тройных и более сложных смесях, состоящих из числа тех катионов, которые часто и широко сопутствуют определяемым металлам.

В работе приведены результаты эксперимента из которых видно, что благодаря использованию иммобилизованных органических реагентов можно повысить на порядок чувствительность определения по сравнению с растворами.

ABSTRACT

Based on relevance of the problem of food protection from pollution by compounds of heavy metals among which chrome is a potential danger to people and the environment, as well as the entry requirements to the analysis of environment objects and food, we provide the development of new highly sensitive and rapid method to determine the chrome ion.

The multicomponent analysis of objects, low metal concentrations determine by the necessity to use combined methods of the analysis to solve such problems, including the concentration stage, so we use the sorption-spectroscopic method in this study to determine the chrome ions. As the carrier, fibrous material is used which is modified by hexamethylenediamine.

In the article research results on the mutual influence of determined and outside interfering metals are shown to set their maximum permissible concentrations. Since the drinking water of supply sources and molybdenum ores have different compositions, a wide range of concentrations of the elements that are in it, from n×10^-2 mg / dm³ (Сa²⁺, Na⁺) to n×10^-4 mg / dm³ (Ag⁺, Tl⁺, Be²⁺, Hg²⁺, Cr⁶⁺, Pb²⁺, and others) and lower, a variety of forms of their location, variability of its composition, to establish the possibility of determining studied metals in real objects, it is necessary to have data on proportions and mutual outside interfering elements which are present in them because reliability, accuracy and reproducibility of the developed techniques and findings depend largely on these factors.

Therefore, we have checked the possibility of determining chrome in model binary, ternary or more complex mixtures consisting of those cations which widely and often go with defined metals.

In the article results of the experiment are presented which show that due to the use of immobilized organic reagents, detection sensitivity can be increased in comparison with solutions.

В результате выбросов промышленности, сжигания твердого и жидкого топлива, при переработке металлолома и отходов, соединения хрома поступают в атмосферу, а затем в воду и почву, откуда они мигрируют в растения, а с ними поступают в организм животных и человека [2; 8].

Одним из перспективных методов определения металлов в сложных объектах являются сорбционно-фотометрические методы анализа, позволяющие совмещать концентрирование с последующим определением металлов на твердой матрице [1; 5; 9].

Экспериментальная часть

Реагенты и аппаратура. Стандартный раствор хрома (III) готовили растворением соответствующей навески cоли хрома по точной навески CrCl₃٠6H₂O в разбавленной хлористоводородной кислоте с последующим разбавлением водой [3].

Раствор органического реагента ксиленового оранжевого (КО) был приготовлен растворением соответствующей навески препарата в бидистиллированной воде C=1·10^-3 моль/л.

Буферные растворы готовили из солей и кислот квалификации х.ч. [7]. Для проведения эксперимента использовали бидистиллированную воду. Соли металлов и другие реагенты имели квалификацию х.ч. или ч.д.а. и использованы без дополнительной очистки. Менее концентрированные растворы готовили точным разбавлением исходных бидистиллятом.

Кислотность растворов регулировали ацетатно-аммиачными буферными растворами, pH растворов измеряли на иономере И-130 и pH/ mV/ TEMP METER P25. Спектры поглощения измеряли на спектрофотометре СФ-46, КФК-2, спектр отражения на колориметре «Пульсар». Использовали сорбент полиакрилонитрильного (СМА-1), модифицированный гидроксиламином в форме диска диаметром 2 см и массой 20–30 мг. Промывали 50 мл. 0,1 н HCl. 10 мл. ацетона, погружали на 10 минут в 10 мл. 1×10^-3 М раствор ксиленового оранжевого, затем иммобилизованный сорбент хранили в чашках Петри во влажном состоянии. Содержание реагента в сорбенте определяли спектрофотометрически по изменению оптической плотности исходного раствора реагента при 540 нм после иммобилизации.

Характеристики иммобилизованного реагента определяли в статическом режиме. Диски иммобилизованного ксиленолового оранжевого (ИМКО) помещали в стакан с исследуемым раствором и при слабом перемешивании выдерживали определенное время. Аналитическим сигналом служило изменение коэффициента диффузного отражения дисков ИМКО при 650 нм (табл. 1)

Таблица 1.

Спектрофотометрические характеристики органического реагента, закрепленного на сорбенте СМА-1

Используется сорбент двух типов исходный (бежевого цвета) и иммобилизованный реагентами (окрашенный). Изменение окраски вследствие комплексообразования на твердой фазе детектируется прибором или визуально.

Обсуждение результатов

В качестве носителя для иммобилизации КО опробованы различиные полимерные носители промышленного производства (силасорб 600, анионит АРА-8-и, силосорбамин, анионит АН-1 и др.) и синтезированные на кафедре химии полимеров НУУз, модифицированные гексаметилендиамином (МХ-1 и СМА-1), гидроксиламином (СМА-2), этилендиамином (СМА-3). Установлено, что максимальный аналитический сигнал наблюдается при иммобилизации реагента на сорбенте СМА-1. Поэтому для дальнейших исследований выбрана система полиакрилонитрильное волокно СМА-1: КО (ИМКО) (табл. 2).

Таблица 2.

Выбор сорбента для иммобилизации КО

О качественной и количественной характеристике вод судили исходя из данных ГОСТов на питьевую воду и воду водоисточников [4; 6]. Некоторые данные о содержании гостируемых компонентов в питьевой воде приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Предел допустимых концентрации компонентов питьевой воды

В таблице 4 приведены результаты, полученные при установлении ПДК различных посторонних металлов, оказывающих мешающее влияние на определение хрома в бинарных смесях при их различных соотношениях, правильность которых устанавливали методом «введено-найдено».

Таблица 4.

Результаты влияния посторонних сопутствующих мешающих катионов на правильность и воспроизводимость СС определения хрома (С_Сr = 5,0 мкг/мл; Х – сопутствующий металл, Р = 0,95)

Из данных таблицы 4 видно, что определению хрома не мешают
100-кратные количества железа, цинка, марганца, 50-кратные – кадмия, а свинец и медь при их содержаниях, превышающих концентрацию хрома более чем в 20 раз, полностью подавляют пик хрома, что также приводит к невозможности его определения.

Многие металлоиды, сопутствующие хрому в растворе на носителе не мешают. Увеличение избирательности при использовании иммобилизованных органических реагентов объясняется, по-видимому тем, что при комплексообразовании на твердой фазе жёстче требования к конфигурации и устойчивости комплексов, образуемых различными ионами. Ba, Ca, Cl, Hg, Mn, Mg, Sn, сульфаты, фосфаты, хлориды и нитраты не мешают определению хрома Fe³⁺, Cu²⁺, Bi²⁺, Ni²⁺, Pb²⁺, Cr³⁺ маскируют тиогликолевой кислотой. Найдена оптимальная нагрузка реагента (табл.5), которая равна 12,5 мкг/мл.

Таблица 5.

Определение оптимальной нагрузки реагента

Проведенные исследования позволили разработать методику сорбционно-фотометрического определения хрома в водных растворах и пищевых продуктах (табл. 6) и сравнить полученные данные с результатами атомно-абсорбционного анализа.

Таблица 6.

Конкурентоспособность разработанной методики определения хрома (III) с помощью иммобилизованного КО в объектах окружающей среды

Из данных результатов эксперимента видно, что благодаря использованию иммобилизованных органических реагентов можно повысить на порядок чувствительность определения по сравнению с растворами. Подготовка на пробы к анализу минимальна и включает лишь стадию подкисления (в случае со сточными водами). Продолжительность анализа 10–12 мин. В зависимости от содержания ионов хрома и объема анализируемого раствора.