Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 3
1.1.Краткая характеристика исследуемых элементов 13
1.1.1. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду 16
1.1.2. Токсичность тяжелых металлов 18
1.2. Аналитическая химия исследуемых элементов 24
1.2.1. Химические методы анализа 26
1.2.2. Физические методы анализа 27
1.2.3. Физико-химические методы анализа 30
1.2.4. Биологические методы анализа 44
ГЛАВА 2. Техника эксперимента 52
2.1. Оборудование, реактивы и материалы 52
2.1.1. Оборудование для фотометрического анализа 52
2.1.2. Оборудование для биологического анализа 52
2.1.3. Реактивы и материалы 53
2.2. Методика определения катионов элементов с использованием биологических индикаторов 56
2.2.1. Подготовка посуды и индикаторных организмов 56
2.2.2. Выполнение эксперимента 58
2.3. Методика экстракционно-фотометрического определения катионов исследуемых элементов.; 61
ГЛАВА 3. Результаты определения катионов ZN(II), CD(II), HG(II) биологическим методом и их обсуждение 64
3.1. Результаты определения ртути(П) 64
3.2. Результаты определения цинка(П) и кадмия(П) 67
ГЛАВА 4. Результаты и обсуждение экстракционно фотометрического определения катионов 71
4Л. Экстракционно-фотометрическое определения ртути(II) 71
4.1.1.Выборлиганда 71
4.1.2.Выбор красителя 72
4.1.3.Выбор кислотности водной фазы 74
4.1.4.Выборэкстрагента 75
4.1.5.Исследование устойчивости экстрактов ионных ассоциатов 75
4.1.6.Определение состава и Куст полученного ионного ассоциата ртути(II) 76
4.1.7. Определение коэффициента распределения и степени извлечения ионного ассоциата ртути(II) 77
4.1.8.Построение градуировочной зависимости для экстракционно фотометрического определения ртути(П) 80
4.1.9.Проверка правильности определения ртути (II) методом "введено определено" 81
4.1.10.Исследование мешающего влияния различных ионов на определение ионов Hg(II) 81
4.2. Экстракционно-фотометрическое определение катионов цинка(II) и кадмия(И) 83
ГЛАВА 5. Раздельное определение катионов цинка(И), кадмия(II) и ртути(II) 92
5.1. Химико-биологическое определение ртути(П) в смеси катионов тяжелых металлов 92
5.2. Экстракционно-фотометрическое определение цинка(ІІ), кадмия(II), ртути(II) в присутствии посторонних ионов 95
5.2.1.Определение ртути(П) в присутствии смеси катионов тяжелых металлов 95
5.2.2.Определение цинка(П) и ртути(П), кадмия(П) и ртути(Н) при совместном присутствии 96
ГЛАВА 6. Определение катионов цинка(II) кадмия(II) и ртути(II) в реальных объектах 99
6.1. Определение ртути(П) в строительных материалах 99
6.2. Определение цинка(П) в биологически активной добавке "Дискавери" 101
6.3. Определение кадмия(П) в искусственно-синтезированных сорбентах 102
Заключение 104
Выводы 107
Список литературы 109
Техника безопасности 126
Приложения 129
- Аналитическая химия исследуемых элементов
- Методика определения катионов элементов с использованием биологических индикаторов
- Определение коэффициента распределения и степени извлечения ионного ассоциата ртути(II)
- Определение цинка(П) в биологически активной добавке "Дискавери"
Введение к работе
Развитие современной промышленности и сферы услуг, а также расширяющееся использование биосферы и ее ресурсов, приводит к возрастающему влиянию человека на материальные процессы, происходящие на планете. В прошедшие десятилетия в процессе развития технологий была оставлена без внимания опасность непреднамеренного побочного антропогенного воздействия на природу. Естественные изменения происходят столь медленно, что для всего живого на Земле сохраняется возможность генетического приспособления к изменению окружающей среды, в то время как антропогенное вторжение в природу не оставляет никаких шансов на это приспособление, особенно для высших организмов. Нарушение естественных циклов окружающей среды, находящейся в динамическом равновесии, вызванное деятельностью человека, часто приводит к необратимому изменению биологической структуры с уничтожением определенных видов флоры и фауны.
В результате антропогенного воздействия на природу, образуется ряд высокотоксичных продуктов, опасных и для человека, и для всего живого. Возникновение токсичных загрязнений может быть связано как с накоплением природных элементов или соединений, обладающих токсичностью, так и с синтезом новых веществ, представляющих опасность для биосферы.
Несовершенное производство вносит в окружающую среду миллионы тонн отходов, большая часть из которых не утилизируется. Эти соединения, особенно в сочетании друг с другом, представляют большую опасность для живых организмов. В число особо опасных, токсичных веществ, входят тяжелые металлы [104, 115; 7]. Металлы играют важную роль в физиологии микроорганизмов, растений и животных. Если какие-либо металлы не распространены в нормальном природном окружении, они становятся токсичными при сравнительно низких концентрациях. Загрязнение водной среды может действовать в двух направлениях: с одной стороны, устранять ограничения в доступности необходимых металлов, с другой - повышать концен- трацию металлов до их токсичных уровней.
Одними из приоритетных поллютантов являются элементы подгруппы цинка: цинк, кадмий, ртуть. Благодаря широкому использованию в промышленности, науке и технике эти металлы и их соединения в значительных количествах поступают в окружающую среду (табл.2).
Таким образом, увеличивающееся антропогенное воздействие на биосферу особенно остро ставит проблему химико-аналитического контроля окружающей среды. Важнейшей задачей является поиск методов контроля содержания тяжелых металлов в различных объектах. В настоящее время для целей анализа применяется весь арсенал методов аналитической химии: классические методы химического анализа, спектральные, хроматографиче-ские и др.
В связи с вышеизложенным, представляется актуальным исследование возможности определения малых концентраций таких опасных поллютантов, как элементы подгруппы цинка в различных объектах. В рамках решения данной проблемы заслуживает внимания использование экстракционного варианта классического фотометрического метода. В настоящий момент этот метод недостаточно востребован, в силу того, что существующие методики длительны и трудоемки, часто неселективны и малочувствительны. Ввиду этого разработка чувствительных и селективных методик экстракци-онно-фотометрического определения ртути, цинка, кадмия в различных объектах представляет значительный интерес.
Необходимо отметить, что физико-химические методы анализа не дают возможности определения биологически активных форм токсикантов. Представляется возможным для этой цели использовать химико-биологический метод анализа с применением в качестве индикаторов - живых организмов.
Биологический метод анализа - мало развитое направление в аналитической химии. Аналитическими индикаторами служат живые организмы, преимущественно микроорганизмы и простейшие. Для биологического метода характерна специфическая методика эксперимента, аппаратура и способы количественного учета ответного сигнала индикаторного организма. Благодаря использованию в рамках биологического метода живых организмов (индикаторных организмов), исследователь получает прямую информацию о биологической активности интересующих веществ. Для повышения избирательности определения применяют индикаторные организмы, высокочувствительные к определяемым веществам. Для этих же целей используется предварительное изменение биологической активности определяемого вещества и других компонентов пробы с помощью аналитических приемов маскирования или демаскирования: комплексообразования, окисления - восстановления, осаждения, галогенирования и т. д. Изменение биологической активности компонентов анализируемого раствора позволяет получить ответную реакцию индикаторного организма только на определенное вещество или группу веществ, что с учетом механизма их биологического действия дает возможность распознать природу определяемого вещества, а в случаях повышения биологической активности - снизить предел его обнаружения. Совокупность процедур специальной подготовки пробы с последующим биологическим определением вещества носит название химико - биологического метода анализа. Это новое перспективное направление в аналитической химии развивается в Нижегородском государственном университете под руководством проф. А. А. Туманова с 1988 года.
Таким образом, преимуществами химико - биологического метода по сравнению с биологическим является гораздо большая избирательность и возможность использования ограниченного числа индикаторных организмов (и даже одного вида организмов) для определения большого количества разнообразных веществ.
Цель работы.
Селективное экстракционно-фотометрическое и химико-биологическое определение Zn(II), Cd(II), Hg(Il). Развитие химико-биологического метода. Применение полученных результатов для анализа реальных объектов.
Научная новизна работы.
Рассчитаны константы устоЙчивости(Куст), константы экстракции(К<.х), коэффициенты распределения(О), состав ионных ассоциатов гидроксоком-плексов цинка с бриллиантовым зеленым, иодидных комплексов кадмия с бриллиантовым зеленым и бромидных комплексов ртути с астрафлоксином. Найдены оптимальные условия проведения анализа. Разработаны методики экстракционно-фотометрического определения катионов цинка, кадмия, рту-ти(П), основанные на образовании ионных ассоциатов комплексными анионами указанных катионов с основными красителями, с последующим экстрагированием неполярным органическим растворителем.
Величины Кусг, Кех, D, степень экстракции для ионного ассоциата рту-ти(И) отличаются от значений соответствующих констант для ассоциатов цинка(П) и кадмия(И). Одной из основных причин наблюдаемой закономерности является большая устойчивость комплексов ртути(П) по сравнению с комплексами цинка(П) и кадмия(П). Последнее можно объяснить заметным усилением деформируемости ионов и их поляризующего действия в ряду Zn2+ - Cd + - Hg2+. Это в свою очередь сказывается на комплексообразующей способности, которая увеличивается в той же последовательности. Таким образом, различие в свойствах исследуемых ионов влияет на характеристики разработанных методик определения.
Показана возможность определения катионов исследуемых металлов с использованием индикаторных организмов - бактерий Bacillus subtilis niger. Проведено исследование влияния состава питательной среды на результаты определения. Установлено, что использование картофельно-морковного агара вместо традиционных: рыбного, триптозного агаров и агара Чапека-Докса, позволяет улучшить метрологические характеристики методики. При исследовании влияния анионов на определение выявлено, что бромидный комплекс ртути(П) является более токсичным, чем катионы ртути(П) (зона подавления роста заметно увеличивается); катионы других тяжелых металлов не образуют прочных и токсичных бромидных комплексов. Это обстоятель- ство использовано нами для селективного определения ртути(П) в смеси катионов тяжелых металлов.
Практическая значимость работы
Разработаны методики экстракционно-фотометрического определения Zn(II), Cd(II), Hg(II) позволяющие снизить предел обнаружения, по сравнению с известными аналогичными методиками. Исследованы экстракционные процессы в системе водный раствор ионного ассоциата - органический растворитель, рассчитаны коэффициенты распределения ионных ассоциатов между органическими растворителями (бензол, толуол, четыреххлористый углерод, хлороформ) и водой. Исследовано мешающее влияние, оказываемое катионами ряда тяжелых металлов на определение катионов Zn(II), Cd(II), Hg(II). Предложен способ раздельного экстракционно-фотометрического определения указанных катионов при совместном присутствии, а также в смеси катионов тяжелых металлов. Методики апробированы при анализе реальных объектов.
Исследовано мешающее влияние, оказываемое катионами некоторых тяжелых металлов на биологическое определение исследуемых катионов. Разработана методика селективного химико-биологического определения катионов ртути(П) в смеси катионов тяжелых металлов. Полученные результаты легли в основу оформленной и направленной в Федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, заявки на патент.
Положения, выносимые на защиту:
Исследование экстракционных процессов, расчет коэффициентов распределения ионных ассоциатов, определение состава, Куст полученных ионных ассоциатов.
Применения биологических индикаторов - бактерий Bacillus subtilis ni-ger для определения исследуемых катионов. Влияние состава питательной среды на определение.
Исследование возможности экстракционно-фотометрического и химико-биологического определения катионов цинка, кадмия и ртути(П) при их совместном присутствии, а также в смеси с катионами других тяжелых металлов.
Апробация работы, публикации
Основное содержание работы изложено в 16 работах (Заявка на патент, статей - 2, тезисов докладов - 12, материалы доклада - 1). Результаты работы доложены на Международном форуме "Аналитика и аналитики" (Воронеж, 2003), III Российской научной конференции "Проблемы теоретической и экспериментальной аналитической химии"" (Пермь, 2004), IV Всероссийской конференции молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии"(Саратов, 2003), XIII Российской студенческой научной конференции "Проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Екатеринбург, 2003) а также на 7 молодежных сессиях и конференциях.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, и списка литературы, включающего 141 ссылку, Работа изложена на 131 с. текста, включает 20 рис. и 29 табл.
Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель работы и приведены обоснования поставленных задач.
В главе 1 (обзор литературы) обоснован выбор объектов анализа - катионов тяжелых металлов II группы побочной подгруппы, показана опасность, представляемая выбранной группой объектов для живых организмов. Рассмотрены существующие на сегодняшний момент методы определения этих элементов в различных объектах.
Особое внимание уделено современному уровню развития различных аспектов фотометрического метода анализа и методу с использованием индикаторных организмов.
В главе 2 (техника эксперимента) изложена методика определения катионов цинка, кадмия, ртути с использованием индикаторных организмов. Сформулированы необходимые требования к работе с микроорганизмами. Описаны возможные способы регистрации аналитического сигнала, а также методики и основные условия экстракционно-фотометрического определения указанных катионов.
В главе 3 представлены и обсуждены результаты определения исследуемых катионов с использованием в качестве индикаторных организмов — Bacillus subtilis niger. Показано влияние питательной среды на результаты определение катионов цинка, кадмия, ртути и мешающее влияние некоторых катионов.
В главе 4 изложена методика экстракционно-фотометрического определения исследуемых катионов, основанная на получении ионных ассоциа-тов комплексов этих катионов и основного красителя. Представлены результаты выбора условий определения, исследования мешающего влияния катионов некоторых металлов. Изучены состав получаемых ионных ассоциатов и некоторые характеристики протекающих экстракционных процессов.
В главе 5 представлены результаты раздельного определения катионов цинка, кадмия и ртути, при их совместном присутствии.
Аналитическая химия исследуемых элементов
Для успешного осуществления контроля загрязнения природных объектов такими опасными поллютантами, как тяжелые металлы, используются как классические химические и физические методы анализа, так и современные методы инструментального анализа[57, 89, 66, 68, 110]. Уровень содержания металлов в различных компонентах биосферы может изменяться в очень широких пределах, поэтому аналитические методы должны обеспечивать определение как следовых количеств, так и высоких концентраций металлов. Выбор оптимального метода анализа в каждой конкретной ситуации зависит от анализируемого объекта, требуемой точности, наличия необходимых приборов и реактивов, экспрессное анализа. Наибольшее предпочтение отдается методам, требующим минимальной пробо-подготовки при максимальной информативности. В настоящее время применяются следующие методы определения металлов: атомно-абсорбционный, атомно-эмиссионный, полярографический и другие методы [63-65, 21]. Отдельно нужно отметить метод с использованием биологических индикаторов. Биологический метод анализа - это метод качественного обнаружения и количественного определения соединений, основанный на применении живых организмов в качестве аналитических индикаторов. Он занимает пограничную область между аналитической химией, биологией, и, отчасти, экологией. Для аналитической химии биометод служит методом входного анализа, отвечая на вопрос, следует ли глубоко изучать объект анализа с помощью физико-химических методов. В экологии биологический метод может служить поставщиком информации о воздействии различных веществ и их смесей на компоненты экосистем. Таким образом, все методы аналитической химии, используемые для определения содержания металлов в различных объектах можно разделить на четыре группы: химические, физические, физико-химические и биологические. К химическим методам анализа относятся гравиметрический и тит-риметрический методы. Преимуществом весового метода является высокая точность (погрешность определения не превышает ОД - 0,2 %), однако он характеризуется низкой селективностью, чувствительностью и большой продолжительностью эксперимента.
Использование маскирования и варьирование рН позволяет повысить селективность и чувствительность. Гравиметрический метод применяется для определения как неорганических, так и органических веществ. В [16, 107] изучена возможность использования гексатиоцианатоплатинатов(4+), гексатиоцианатохроматов (3+) для гравиметрического определения токсичных тяжелых металлов, в т.ч. цинка, кадмия и ртути. Титриметрический метод анализа достаточно широко используется в аналитической практике для определения содержания ионов различных металлов в растворах. К недостаткам данного метода можно отнести относительно низкую чувствительность по сравнению с физическими и физико-химическими методами [111]. В работах [135, 119, 125] описаны методики комплексонометрического определения некоторых тяжелых металлов в присутствии ряда катионов (напр., в сплавах). С использованием 1,10-фенантролина в качестве маскирующего реагента, индикатора ксиленолового оранжевого и в качестве титранта: Pb(N03) [135], ZnS04 [119]. Методика позволяет определять до 4 мг Hg(2+), в пробе. Определению мешают ионы оло-ва(4+), никеля(2+), циркония(4+) и титана(4+). В [39], с использованием титриметрического метода анализа исследованы разрезы верховых торфяников юга
Тюменской области с послойным отбором проб (через 5 см). В пробах определялось соотношение валовых, ки-слоторастворимых, подвижных и водорастворимых форм тяжелых металлов, Полученные данные свидетельствуют о наличии существенной разницы в содержании различных форм тяжелых металлов, а также о различии в тенденции их накопления по всему разрезу торфяника Масс-спектрометрические методы Данный метод анализа основан на ионизации атомов и молекул изучаемого вещества и последующем разделении образующихся ионов в пространстве или во времени. Аналитическая масс-спектрометрия характеризуется высокой чувствительностью, селективностью и универсальностью. Метод широко применяется для элементного анализа твердых неорганических веществ и материалов. Среди наиболее распространенных источников ионизации можно выделить искровой электронный разряд и излучение лазера. Наибольшее число определений проводится методом искровой масс-спектрометрии. Для этого метода характерен достаточно низкий предел об-наружения 10 г. Высокая чувствительность и возможность одновременного экспресс-определения большого числа элементов и их изотопных отношений в природных объектах способствовали широкому применению метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС), а также сочетанию газовой хроматографии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в токсикологии и нефтехимии, для экологического контроля содержания тяжелых металлов в окружающей среде [36, 61, 62, 58]. В работе [62] представлены результаты исследования по оценке распространенности тяжелых металлов в природных водах Иссык-Кульской котловины и высокогорных ледниках Алтая. Элементный и изотопный анализ выполнен на ИСП масс-спектрометре ELEMENT (Finnigan Mat). Предел обнаружения некоторых металлов (Си, Zn, Cd, Pb, Bi,) составляет от 0,001 до 0,03 нг/г. Относительное стандартное отклонение при определении таких низких концентраций - 5-10%. В [137] показана возможность селективного определения химических форм элементов сочетанием методов микроколоночной многокапиллярной газовой хроматографии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Предел обнаружения ртути составил 0,1 пг.
Методика определения катионов элементов с использованием биологических индикаторов
В связи с использованием в биометоде организмов (бактерий) ко всем реактивам, материалам и посуде предъявлялись требования микробиологической чистоты. Для достижения чистоты оборудование и материалы подвергали стерилизации перегретым паром в автоклаве при давлении 2 атмосферы и температуре 120С. Время стерилизации - 30 минут. Микробиологическая петелька и мелкие предметы обжигались в пламени спиртовки. Все работы, связанные с посевом микроорганизмов, проводились над пламенем спиртовки, в стерильном боксе, периодически облучаемом УФ лампой. Музей культур Индикаторные культуры бактерий содержатся в виде музея (в закрытых пробирках на столбиках рыбного агара) при температуре 4-6 С. Музей создается в двух повторностях и пересевается 1 раз в год. В данной работе используется культура бактерий Bacillus subtilis niger В - 723. Колонии на рыбном агаре мелкие, округлые, плоские, блестящие, светло-агарового цвета, гладкие с ровным краем, по краю образуется валик, оптимальная температура роста в интервале 32 - 39 С. Морфология: палочки (0.7 - 0.8)х(2.0 - 3.0) мкм с хаотичным расположением. Культура высокочувствительна к антибиотикам, катионам тяжелых металлов, менее чувствительна к остальным токсикантам. Выращивание "свежей" вегетативной культуры и приготовление водной суспензии бактериальных клеток
Для выращивания "свежей" биомассы производился пересев культуры бактерий из музея в пробирку со скошенным слоем триптозного агара. Пробирка выдерживалась в термостате в течение 1-2 суток при температуре 30 С. По прошествии необходимого времени выросшая биомасса осторожно снималась микробиологической петелькой с поверхности питательной среды, переносилась в пробирку с дистиллированной водой и взбалтывалась. В используемой методике применялась суспензия бактериальных клеток, имеющая концентрацию 1 млрд. клеток/мл. Концентрация суспензии устанавливалась путем сравнения со стандартом мутности по Тарасевичу и при необходимости корректировалась. Выбор питательной среды Все питательные среды можно разделить на три группы[5, 85]: Естественные среды содержащие минимально измененные органические вещества природного происхождения. Искусственные питательные среды содержащие очищенные органические и неорганические компоненты. Эти среды должны содержать все необходимые для роста и размножения микроорганизмов вещества, являющиеся источниками азота и углерода. Источниками азота в таких средах в основном служат белки животного происхождения - мясо, рыба, мясо - костная мука. Кроме того, для этой цели применяют заменители мяса, можно использовать белки растительного происхождения (соевые бобы, ячмень, горох). Но питательные среды, содержащие животные белки или продукты их гидролиза, связывают тяжелые металлы в большей степени, чем среды с другими источниками азота.
Это затрудняет применение животных белков в качестве компонентов питательных сред для микробиологического метода анализа. Синтетические питательные среды состоят из растворов химически чистых веществ (в основном неорганических солей) в строго определенном соотношении. В качестве источников азота в этих средах обычно используются добавки аминокислот. Однако их недостаточное обогащение питательными веществами, затрудняет рост индикаторных организмов. По консистенции питательные среды разделяют на жидкие, полужидкие и плотные [85]. В качестве уплотнителей используют агар-агар, желатин, иногда силикагель. Плотные среды получают добавлением к жидким средам 2 - 2,5% агар-агара, 2 - 3% желатина; полужидкие среды содержат 0.8 - 1.2% агар-агара. Питательные свойства плотной среды зависят только от наличия комплекса питательных веществ и не зависят от уплотнителя. Выбор консистенции питательной среды в микробиологическом анализе зависит от способа регистрации аналитического сигнала. Для создания осмотических условий, необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов, в питательные среды добавляют 0.5% хлорида натрия. Это необходимо учитывать при работе с некоторыми катионами, например катионами серебра. Исследованию воздействия катионов цинка, меди, кадмия и ртути на бактерии указанное количество NaCl не мешает. Как правило, оптимальный для жизнедеятельности бактерий рН питательных сред находится в интервале 7-8. Однако при данных значениях рН доля катионной формы некоторых тяжелых металлов резко уменьшается. Поэтому для исследований необходимо выбирать более кислые значения рН среды: 4 - 6.5. На основе всего вышеизложенного, для исследования нами выбраны следующие питательные среды: триптозный, картофельный и картофельно-морковный агары. Триптозный агар наиболее богат питательными веществами и содержит небольшое количество белков животного происхождения, картофельно-морковный - наименее питателен и не содержит белков животного происхождения.
На водяной бане расплавляют питательную среду, разливают ее по чашкам Петри, из расчета 30 мл на чашку. После отвержения агара чашки подсушивают в термостате при температуре 38 С в течение 1 часа. Посев индикаторной культуры осуществляют путем нанесения на поверхность питательной среды бактериальной суспензии, по 0,1 мл на чашку Петри. Суспензия растирают шпателем равномерно по всей поверхности чашки Петри. Шпатель предварительно стерилизуют в пламени спиртовки. После посева чашки Петри помещают в термостат и выдерживают при температуре 38 С в течение двадцати минут. В каждой чашке Петри, с помощью сверла для пробок, в толще питательной среды делаются 3 лунки. Затем в лунки шприцем вводили по 0,3 мл раствора азотнокислой соли исследуемого катиона. Чашки оставляют в термостате при температуре 38 С на сутки. В качестве анионов солей исследуемых металлов выбраны нитрат-ионы. Предварительные исследования показали, что токсическое действие нитрат ионов начинается при концентрации их выше 3 моль/л, что удовлетворяет целям работы. В данной микробиологической методике аналитическим сигналом служит диаметр зоны подавления роста бактерий вокруг лунок в питательной среде, в которые помещаются исследуемые растворы (рис.5 ).
Определение коэффициента распределения и степени извлечения ионного ассоциата ртути(II)
Коэффициент распределения и степень извлечения являются одними из наиболее важных в теории распределения и их экспериментальное определение необходимо для более точного представления и понимания процесса экстракции. Кроме того, эти величины играют большую роль при выборе оптимальных условий проведения анализа. Для нахождения коэффициента распределения, и определения степени извлечения ионного ассоциата [HgBr3]"AF+ из водной фазы, проводилась Аь Аг, Аз,... А„ - значение оптической плотности экстракта ионного ассоциата после первой, второй, третьей..., п-ной экстракции соответственно. VB, VQ - объемы водной и органической фаз. Определены коэффициент распределения (D) и степень извлече-ния(Е,%) ионного ассоциата AF[HgBr3] бензолом из водной фазы. Данные представлены в табл.13. Видно, что их значения остаются постоянными при изменении концентрации ртути(П) в растворе. Так как значение коэффициента распределения ) не изменяется при изменении концентрации ртути(П), можно считать его равным константе распределения KD[26]. Значение константы экстракции Кех рассчитывали используя метод Бента-Френча. Следовательно Куст=Кех/ D. В табл.14 представлены значение Кех, Куст ионного ассоциата ртути для нескольких концентраций ртути(П). Как следует из данных табл. 14 состав получаемого ионного ассоциата и значение константы устойчивости остается постоянным в указанном диапазоне концентраций ионов ртути(ІІ). Из представленных результатов следует, что образующийся ионный ассоциат обладает достаточной устойчивостью. Времени, в течение которого оптическая плотность остается постоянной достаточно для проведения анализа (п. 4.1.5.). Для построения градуировочнои зависимости использовалась серия растворов ртути(П) различной концентрации. Измерения проводились по методике, описанной в п.2.3. На рис.13 представлена градуировочная зависимость для определения катионов ртути(П). вид А=(3,1±0,2) снЄ(іі). Рабочая область градуировочнои зависимости находится в интервале концентраций ртути(Н) 0,01 - 0,4 мг/л.
Предел обнаружения, cmin,o,99 составляет 0,005 мг/л, молярный коэффициент светопоглощения (9,6±0,5)-104 л/(моль см). Правильность предлагаемой методики проверялась с использованием растворов ртути, приготовленных из стандарт-титра (Hg(NC 3)2 с концентрацией 1,00мг/см3 в 1н HNO3. Определение проводили по вышеописанной методике. Как следует из табл.15, при использовании предлагаемой методики, получены хорошо воспроизводимые результаты. Погрешность определения в среднем, не превышает 7%. Анализируемая проба наряду с определяемым компонентом может содержать ряд других элементов, поэтому необходимо исследовать их мешающее влияние на определение ионов Hg(II). Исследование мешающего влияния проводилось следующим образом. В растворы, с известной концентрацией катионов ртути вводились различные все увеличивающиеся количества растворов мешающего иона и проводилось определение ртути по вышеизложенной методике в п.3.2. Результаты приведены в табл. 16 Из табл.16 видно, что мешающее влияние исследуемых катионов наиболее часто сопутствующих ртути в анализируемых пробах, начинает сказываться более чем при 500 кратных молярных избытках по отношению к содержанию ртути(П).
Влияние таких анионов, как N(V, S042\ СТ" сказывается при более, чем тысячекратном их молярном избытке по отношению к содержанию исследуемых катионов ртути(П). Это можно объяснить тем, что ионы ртути(П) образуют неустойчивые комплексные соединения с указанными анионами. Подбор оптимальных условий для экстракционно-фотометрического определения цинка и кадмия и само исследование проводились также, как в случае катионов ртути(П) в п.4.1. В качестве лигандов для получения отрицательно заряженных комплексов цинка нами рассмотрены анионы: лимонной и глутаминовои кислот, пирокатехина, ОН", СГ. Для кадмия - анионы: а-аланина, 3-фенил-а-аланина, лимонной кислоты, J", СГ. Как следует из литературных данных именно с этими анионами катионы кадмия и цинка способны образовывать комплексные соединения [44, 117]. Наши исследования показали, что для кадмия(П) оптимальным является применение J HOHOB, В случае катионов цинка(П) - гидроксидных ионов
Определение цинка(II) в биологически активной добавке "Дискавери"
Методика использована для определения цинка(П) в биологически активной добавке «Дискавери» (Производитель: ООО Арт Лайф, г.Томск; паспортные данные: Змг 7п(П)/табл.; т(табл)=0,5г). Определение проводилось следующим образом. Навески таблеток исследуемого препарата массами Ш] = 0,520 г; ) = 0,296 г; Шз = 0,203 г растворяли в азотной кислоте(Ы), осадок отфильтровывали, промывали 5 раз порциями дистиллированной воды. Объем фильтрата доводили до 100 мл. Первую пробу дополнительно разбавили еще в 10 раз. Определение цинка проводили по методике, описанной в п.2.3. Кроме того, содержание цинка в используемом препарате определяли по методу добавок. Результаты представлены в табл.27 Исследована возможность использования разработанной методики для определения кадмия в искусственно синтезированных сорбентах. Определение проводилось следующим образом: навеску сорбента массой 0,1 г растворили в 0,1 М растворе щелочи и выдерживали двое суток для установления равновесия. Затем осадок отфильтровывали и промывали дистиллированной водой, последнее делалось не менее пяти раз. Полученный объем фильтрата доводили до 50 мл.
Определение проводилось по методике, описанной в п.2.3. Кроме того, содержание кадмия в сорбентах определяли по методу добавок. Результаты исследования представлены в табл.28 Из табл.28 видно, что расхождение между данными, полученными методом фадуировочного фафика и методом добавок, незначимо. Результаты обоих методов можно рассматривать как результаты одной выборки. Погрешность определения в среднем не превышает 10%. Достоверность полученных результатов проверена сравнением с данными атомно-абсорбционного метода. Результаты представлены в табл.29 Из табл.29 видно, что расхождение между данными, полученными по разработанным методикам экстракционно-фотометрического метода и методом ААС, незначимо. Результаты обоих методов можно рассматривать как результаты одной выборки. В диссертационной работе исследована возможность экстракционно-фотометрического определения катионов элементов II группы, побочной подгруппы (цинка, кадмия, ртути) и определения с использованием биологических индикаторов. Разработаны методики биологического определения исследуемых катионов в водных растворах. В качестве аналитического сигнала использован диаметр зоны подавления роста бактерий Bacillus subtilis niger. Изучено влияние природы питательной среды на определение. Показано, что чувствительность определения возрастает с уменьшением питательности среды. Из использованных питательных сред: триптозного, картофельного и картофельно-морковного агаров оптимальной питательной средой для определения указанных катионов биологическим методом, является карто-фельно-морковный агар. Правильность предлагаемой методики проверялась с использованием стандартизованных растворов нитратов цинка, кадмия и ртути(П) методом «введено - определено». По предложенной методике возможно определение катионов цинка в интервале концентраций 33 - 0,3 мг/л, кадмия 11 - 0,11 мг/л и ртути 1,2-0,01 мг/л.
Пределы обнаружения составляют соответственно 0,08, 0,04 и 0,005 мг/л. Методики экстракционно-фотометрического определения катионов цинка(11), кадмия(И) и ртути(П) основаны на образовании ионных ассоциатов анионных комплексов указанных катионов с основным красителем, с последующим экстрагированием полученных ионных ассоциатов неполярным органическим экстрагентом. Исследованы характеристики протекающих экстракционных процессов. Определен состав ионных ассоциатов и рассчитаны их константы устойчивости. Подобраны оптимальные условия определения, позволяющие снизить предел обнаружения на порядок, по сравнению с известными аналогичными методиками[46, 2, 17, 26]. Пределы обнаружения составляют соответственно 0,01, 0,01 и 0,005 мг/л для цинка(И), кадмия(П) и ртути(П). Правильность предлагаемой методики проверялась с использованием стандартизованных растворов методом «введено - определено». Как указывалось ранее, свойства ртути отличаются от аналогичных свойств цинка и кадмия. Полученные нами данные хорошо согласуются с литературными. Так, в частности, константы устойчивости полученных ионных ассоциатов цинка, кадмия и ртути составляют (3,4±0,2)-10 , (4,2±0,2)-10 , (6,4±0,4)-103 соответственно. Видно, что в случае ионного ассоциата ртути, Куст. более чем на порядок больше. В то время как для цинка и кадмия значения константы устойчивости практически одинаковы. Расчет коэффициентов распределения и степени экстракции ионных ассоциатов из водной фазы бензолом показал, что в данном случае также имеет место указанная зависимость. Они составляют соответственно 30±2 и (75±4)% для цинка(И), 40±3 и (80±4)% для кадмия(П), 68±3 и (87±5)% для ртути(П). Одной из основных причин наблюдаемой закономерности является большая устойчивость комплексов ртути(П) по сравнению с комплексами цинка(11) и кадмия(ІІ). Последнее можно объяснить заметным усилением деформируемости ионов и их поляризующего действия в ряду Zn2+ - Cd2+ -Hg . Это в свою очередь сказывается на комплексообразующей способности, которая увеличивается в той же последовательности. Таким образом, разница в свойствах атомов исследуемых элементов заметно влияет на особенности разработанных методик определения. Исследовано мешающее влияние катионов некоторых металлов на экс-тракционно-фотометрическое и биологическое определение исследуемых катионов.
