Введение к работе
Актуальность работы. Анализ природных объектов на содержание токсичных элементов предполагает их определение на уровне значений предельно допустимых концентраций ШЖ), поэтому создание экспрессных и высокочувствительных методик является одной из наиболее актуальных задач современной аналитической химии.
Одним из перспективных методов контроля качества окружающей среди является инверсионная волыамперометрия (ШЗ) благодаря низким пределам обнаружения, возможности одновременного определения нескольких элементов, перспектив автоматизации процесса анализа, доступности и дешевизне оборудования. Однако, анализу методом ИВ предшествует длительная пробоподгоговка, связанная с извлечением определяемых элементов из твердых образцов (почв, торфов, растений и др.) в раствор, переведением их в элэктроактивное (в условиях метода ДО) состояние, устранение мешающих определению компонентов.
йспользуемне на практике методи пробоподготавки не лньеич недооїаткоз. Классический метод переведения элементов в растьар и разрушения нвяабильных иаталлоконплексав - "мокрое озовениа" -требует применения концентрированных реагентов и длителен во ьре мани; радиационное облучение экологически небезвредно, аппаратурное оформление дорого и недоступно для большинства лабораторий. Представляет интерес применение СВЧ-, Уф-, УЗ- полей. ,При их воздействии появляется возможность совмещения стадии извлечения элементов из твердого вещества в раствор а раэрупе-н'ия растворенных органических веществ и метадлокомплексов.
Работа выполнялась в соответствии с пьаном научно-исс;.0ло-вательских работ кафедри аналитически химии Томского государственного университета по теме Оі.з700і061>3 "Георвтичасг.оэ обоснование и развитие методов и.оноооменного раз^ел-гния л -::,н^ї!:Г-рирования, опелтралъных и эьзлтрохл.мчвслих «taTo.,0.; л1.\ ^г-.г.;.л-
- li -
зе веществ высокой чистогь, нефтехимических производств и объектов окружающей среды", по направлению 2.20 - аналитическая химия, по ГНТП "Экологические чистые процессы в химии и химической технологии" по проекту % 1631-227, по межвузова кои региональной, научно-технической программе "ПриродОкомплекс" по направлению. 01.01.10.
Цель работы. Оптимизация пробоподготовки природных объек
тов (.почв, торфов, вод) к ИВ анализу на содержание тяжелых .
металлов путем использования ультразвуковых, ультрафиолетовых,
микроволновых полей Сили сочетания полай) для увеличения пол
ноты извлечения мзталлов в раствор, переведения их в электроак
тивное чв условиях метода ИВ) состояние и для сокращения времени
анализа. . .
для достижения указанной цели требовалось решить следующие задачи:
-
Изучить влияние предварительного УЗ-, /&-, СВ4- облучений на электрохимические сигналы ' In, СІ, PS.'Cu, Sd , Bi, Ho ,JIS в условиях метода ИВ.
-
Оценить возможность <(ого-, ультразвуковой и микроволновой генерации активных частиц, реагирующих с мешающими ИЗ анализу компонентами.
-
Разработать механизм процесса дезактивации мешавших № анализу растворенных органических, поверхностно активных ШАЗ) веществ гумусового характера, окислителей под действием СВЧ-, УЗ-, Уу- обработки Сили сочетания полей) и осуществить его экспериментальную проверку.
-
Подобрать оптимальные условия одновременного и эффективного извлечения определяемых элементов в раствор и устранения мв~ . тающих компонентов, для последующего анализа методом ИВ.
-
Расширить круг определяемых методом ИВ элементов за счет окислительно-восстановительных реакций с радикалами, генерируемыми при воздействии физических поле*!.
-
Разработка методик ИВ анализа Zn, C(f, PS , ЬЧ.Ьв ,Ві,Щ ,//S її почвах, торгах, водах, аэрозолях с оптимизацией пробопод-готовки и балво высокими метрологическими характеристиками по сравнении с применяемыми в настояиео время на практике»
Экспвримзнтальные исследования проводились с помощью мето-
-5-.
дов циклическое воиьтамперометрии, классической полярографии и
инварсионной вольтампаромвгрии. Проверка предполагаемого меха-
низка устранения меваваего влияния растворенных органических
веществ, окислителей проводилась с привлечением методов слектро-
фогоматрии, потенциоматріи, а также методов математического мо
делирования и планирования эксперимента. Проверка правильности
разработанных методик проводилась с использованием государствен
ных стандартных образцов и методом агомно-эмиссионной спектрос
копии. .
Научная ^овизна. Впервые для извлечения тяжелых металлов из почв, торфов и одновременной дезактивации органических веществ - гумусового характера предложено использовать одновременное УЗ- й УФ- облучение или пооаедоввтельнов СЗЧ- и Ї4?- облучение в присутствии реагента Фенгона vFellD - t^Og), генерирующего окислительные &Н-радикаяы.
Предложен и обоснован радикально-циклический механизм дезактивации растворенных органических.веществ гумусового характера UTGB) и «х комплексов с металлами ОН-радила нами, генери-. рувмыки при одновременном воздействии У5- и УФ- полей на лселезс-, перокоидну» систему.
Предложен радикальный механизм ускорения дезактивации ГРОВ
И металлокомпяексов в (к)Ч-поле С » » 2ч50 МГц, .W- 600 Вт]) а при-
. сутствии системы Фенгона, радикалами ОН и HOg,'генерируемнми в'
процарсе облучения.
'. Обоснована возможность осуществления циклического радикала ного процесса дезактивации ГРОВ путем чередования СііЧ— и. У*-облучений растворов, содержащих железопероксидную систему и окои- чили карбоновую) киолоту.
'Определены кинагичеохие характеристики для реакции іентона при одновременном воздействии У*- (Л>200 нм) и УЗ- ( I' =5о кГц, W* 3,7Ь Вт) полей у.консганта скорости, квантовый выход, энергия активации).
Обоснован механизм и условия ^огоокислепил ионов сурьми и мышьяка до 3J5(V и ММ или ^отовосстановления *о &1'$) и folHl) .
Впервце изучены реакции іротовосстановления микроколичеств ртути и серебра на активированном угле в присутствии KCOOil с целью их концентрирования и последующего ^азАвлзния.
Практическое значение. Методики пробоподготоаки о использованием одновременного УЗ- и УФ- оолучения или последовательного GB4- и УФ- облучения позволяют в точение 20 минут извлечь из почвы в раствор 90 - iiX) % тяжелых металлов, устранив при этом влияние гумусовых веществ на электрохимический сигнал.
Реакции мговосстановлония возможно использовать для переведения ионов сурьмы и мышьяка в электроакгивное в условиях метода ИВ состояние { об , Jo ), в также для концентрирования nQ и Л0 на поверхности активированного угля, а реакции фо-гоокисления - для маскирования элементов ч So (yj f ЛіМ)%
Ультразвуковая обработка раствора способствует снижению остаточного тока восстановления кислорода до емкостного, -что можно использовать при ИВ анализе электроположительных элементов Си і So , 8i t tot-fe без применения инертного газа.
Разработаны методики определения На ,Й5 в почвах, торгах, водах, аэрозолях, основанные на использовании для пробоподготовки физических полей. Время анализа одной пробы составляет 30 - 60 минут, включая время пробоподготовки.
Разработана методика Ш определения M(j и 19 при совместной присутствии.
Методики пробоподготовки природных объектов к анализу, а также методики ИВ анализа почв, торфов, аод, аэрозолей на содержание Zn , Cd , Ph , Си , $ , i>\ , Но , Ь внедрены в ЛОА СО РАН, г.Томск; НИИ ПП, г.. Томск; в химической лаборатории Полигона токсичных промышленных отходов, г.Томск; в НШ ДОС Томского государственного университета, что подтверждается актами о внедрении.
На зздиту выносятся;
- радикально-циклический механизм дезактивации растворенных
органических, поверхностно-активных веществ, металлокомплвксов,
окислителей при совместном ультразвуковом и ультрафиолетовом воз-
действии на систему, содержаиуп реагент Фентона (РеШ) - h^Og).
Механизм ускорения дезактивации растворенных органических зешеств гумусового.характера ОН и HOg радикалами, генерируемыми а растворе, содержащем систему Фентона при микроволновом облучении, и оптимальные условия реализации механизма окисления;
оптимальные условия извлечения тяжелых металлов из "почв и", горбов воздействием УЗ-, №-, СіЗЧ- полай с одновременной дезак-
тивациэй мешавших ШЗ анализу компонентов;
- методики инверсионно-вольтамлсзромэгрического анализа:
Zti, Lii , РЬ , Си, Bi а почвах и горірах с предварительной СБЧ- и У^- обработкой системы почва - раствор;
- 2п, Cii . PS »Cli о предварительной У'А- и У'- обработкой и
последующим анализом методом ЙВ о У*-облучением;
Щ ,А с одновременной УЗ- и Уч«- обработкой;
6і , fii с предваритедькой УЗ- и УФ- обработкой и последующем анализом кетодом їШ с УФ- облучением;
методика концентрирования Щ и J(J на поверхности активированного угля, путем фоговосстаноштнил различных форм до.iiQ'' tj Р.О , избирательного растворения и последующего йВ анализа.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Ш Региональной конференции. "Анали— тика Сибири-90'Чг,Иркутск, 1990); на Всесоюзной конференции "Анализ-90"(Ижавсж,1990); на Региональной научно-практической конференции "Аналитическая химия На.службе здоровья человека" (Томск,1991)і на Всесоюзной научно-практической конференции "Современные методы контроля качества окружающей среды и пищевых продуктов'ЧКраснодар,199І); на ІУ Региональной-конференции "Аналитика Сибири и Дальнего Востока" чТомск,19ЭЗ); на Всероссийской конференции "Электрохимические методы анализа" (Москва, 199) и др. .
. Публикации. Но теме диссертационной работы опубликовано ii работ в вида статей, тезисов докладов..
Структура и объем диссертации. Работа сосїоит аз введения, шести глав, обсуждения результатов, выводов, списка литературы, содержащего 201 наименование и приложения.
