Способ совместного определения ионов металлов в объектах окружающей среды

 

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано в металлургии, химической индустрии, экологии, медицине, пищевой промышленности. Сущность предлагаемого изобретения в том, что в качестве органического лиганда используют 2-карбокси-2-гидроксо-5-сульфоформазилбензол, при этом учитывая различия в значениях рН и длин волн максимального светопоглощения комплексов, определяют содержание ионов металлов по цветовой шкале, составленной по эталонным растворам соответствующих ионов металлов. Технический результат - повышение избирательности совместного определения ионов токсичных металлов. 5 табл.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано в металлургии, химической индустрии, экологии, медицине, пищевой промышленности.

Известны спектрофотометрические, экстракционно-фотометрические, полярографические, атомно-абсорбционные и другие методы определения указанных ионов металлов (1-5).

Определение меди с помощью атомно-абсорбционного метода характеризуется высокой чувствительностью. Для резонансной линии 324,8 нм при спектральной ширине 0,7 нм C_x = 0,09 C_обн. = 0,002 мкг/мл. Но определению меди мешает присутствие ионов палладия, железа, кобальта из-за совпадений спектральных линий.

Полярографическое определение цинка и свинца основано на способности последних восстанавливаться на ртутном капающем электроде. Мешает определению медь.

Определение кобальта основано на образовании комплексного соединения ионов кобальта с нитро-Р-солью и фотометрическом анализе окрашенного соединения.

Но методы - аналоги - не позволяют без предварительного отделения определять ионы меди, цинка, кобальта, железа, никеля, палладия в смеси.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных способов, относится то, что используемые методы очень длительны, не избирательны, требуют дорогостоящего приборного обеспечения, являются труднодоступными для фермерских хозяйств и малых перерабатывающих комбинатов, а также при выездных анализах на местах.

Нами впервые разработан способ именно совместного определения ионов меди, кобальта, палладия, цинка, железа, никеля и свинца. В литературе мы нигде не обнаружили сведений о подобном способе или методе.

Задача - определение ионов токсичных металлов в различных объектах.

Технический результат - повышение избирательности совместного определения некоторых токсичных металлов путем разработки экспресс-тест метода.

Указанный технический результат достигается тем, что промышленные природные, медицинские и сельскохозяйственные объекты подвергаются химическому исследованию, затем пробу подвергают анализу предложенным способом, позволяющим быстро и экономно определять содержание более шести ионов металлов в смеси.

Сущность предложенного способа в том, что используют 2-карбокси-2 гидроксо-5-сульфоформазилбензол в качестве органического лиганда, при этом учитывают различия в значениях pH и длину волн максимального светопоглощения (λ_mer) комплексов, а затем определяют содержание ионов металлов по цветовой шкале, составленной предварительно по эталонным растворам.

2-карбокси-2-гидроксо-5-сульфоформазилбензол, известный под названием цинкон (ЦН), представляет собой трехосновную кислоту, ионизацию которой можно представить по схеме: Готовят аналитические формы хромогенного реагента на твердофазных носителях. Созданные аналитические формы азореагента, иммобилизованные на целлюлозной основе хроматографической бумаги, обладают не только индикаторными, но и ионообменными свойствами, не размываются, и позволяют осуществлять концентрирование определяемых ионов и достичь чувствительность в пределах < 0,001%.

Изучены реакции комплексообразования ЦН с ионами кобальта, меди, цинка, железа, никеля, палладия и свинца (табл. 1). Указанные ионы в соответствии с константами устойчивости можно расположить в следующий ряд: CO > Cu > Ni > Zn > Fe >Pd.

На основании сопоставления основных химико-аналитических характеристик (pH, Δλ = λ_MeR-λ_R; ξ_MeR; β_уст) проверена возможность раздельного определения указанных ионов в конкретных объектах.

Проведен анализ на содержание ионов токсичных металлов в почве, мясных и субпродуктах, а также внутренних органов сельскохозяйственных животных некоторых районов РД, растительной массе, стандартных образцах стали. Результаты анализа представлены в табл. 2-5.

ХОД АНАЛИЗА 1. Пробу растительного материала массой 2 г, высушенную до воздушно-сухого состояния при температуре 65^oС, взвешивают на весах (с погрешностью не более 0,02 г) и помещают в тигель. Тигли ставят в холодный муфель и обугливают образцы при температуре 250-300^oC до прекращения выделения дыма. После этого повышают до 450^o и выдерживают при этой температуре в течение 4 ч.

Полученную золу охлаждают, смачивают деионизированной водой и приливают 5 см³ HCl (1:3) для переведения оксидов и карбонатов элементов в хлориды. Накрывают тигель часовым стеклом и выдерживают на кипящей водяной бане в течение 30 мин. Полученный раствор, не фильтруя, переносят через воронку в градуированные пробирки вместимостью 25 мл, остатки из тигля смывают бидистиллятом и доводят раствор до метки. Раствор золы тщательно перемешивают, оставляя до осветления (можно центрифугировать), отбирают пипетками аликвоты в 5, 10, 15 мл в колбы вместимостью 25 мл, туда же вводят 10 мл уксусноацетатного буферного раствора с pH 4,0 для определения ионов меди; аммиачно-хлоридного буферного раствора с pH 9,2 для определения ионов цинка и никеля. Определение ионов свинца проводится в тех же пробах, после маскировки ионов меди тиосульфатом натрия, создавая pH 5,0 ацетатным буферным раствором или на pH-метре. Затем по каплям наносят на реактивную индикаторную бумагу, сопоставляя по интенсивности окрашенное пятно с цветовой шкалой, составленной по эталону соответственно диапазону содержания указанных ионов в зеленой массе.

2. Навеску стали 0,2 г растворяют в 10 мл смеси соляной и азотной кислот, выпаривают до прекращения выделения паров азотной кислоты. Затем прибавляют 5 мл 85%-ного раствора фосфорной кислоты, 20 мл серной кислоты (1: 1), 5 мл 70%-ной хлорной кислоты и выпаривают большую часть раствора.

Полученный раствор переносят в мерную колбу емкостью 100 мл и доводят до метки дистиллированной водой.

Для анализа образца на содержание ионов кобальта, никеля и меди отбирают 5; 10; 15; 20 мл раствора стандартного образца стали, переносят в мерную колбу вместимостью на 25 мл, приливая одномолярный раствор HCL и создавая соответствующее иону Co²⁺ значение pH 1,0; для ионов меди pH 2 - 4; Ni²⁺ - pH 9,0 (вводят 5 мл аммиачно-хлоридного буферного раствора).

Затем по каплям наносят на реактивную индикаторную бумагу, сопоставляя по интенсивности окрашенные пятна с цветовой шкалой, составленной заранее по эталону, соответственно диапазону содержания ионов кобальта, меди, никеля в стандартном образце стали. Результаты представлены в табл. 5.

Таблица 2 (см. в конце описания).

Математическая обработка результатов: n = 7; tp = 2,36 S = 1,1516; S = 3,9530 Δ = 18,86±1,03; Δ = 22,43±1,77 Δ = X±ξ Сравнительный анализ двух методов по результатам показал, что содержание свинца в почве у автострад находится в пределах ПДК и чуть выше, а результаты двух методов сходные.

Таблица 5 (см. в конце описания).

Статистическая обработка результатов определения для ионов Co²⁺

S = 3,01 • 10^-3; S = 9,03 • 10^-6
S_r = 1,06 • 10^-3; S_r = 3,62 • 10^-3
ξ = 1,97•10^-2; ξ = 6,73•10^-3

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о том, что 2-карбокси-2-гидроксо-5-сульфоформазилбензол впервые использован в качестве лиганда для совместного определения некоторых ионов металлов и свинца, учитывая различия в значениях pH и длину волн максимального светопоглощения комплексов согласно интенсивности окраски.

Разработанный нами впервые тест-метод позволяет определять ряд ионов без предварительных операций: отделения, маскировки, экстракции. Метод очень экономичен, прост в осуществлении, экспрессен и возможен к применению при выездных анализах на местах.

Способ при его осуществлении предназначен для использования в экологии, медицине, металлургии, сельском хозяйстве и т.д., везде, где необходим контроль за содержанием токсичных металлов в результате загрязнения окружающей среды и может быть рекомендован для фермерских хозяйств, малых перерабатывающих комбинатов, всем, кто заинтересован в экспресс-анализе на содержание ионов токсичных металлов.

Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.

Источники информациии
1. Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды "Экоаналитика-94" Тезисы докладов. Краснодар - 1994 - с. 196
2. Дмитриев М.Т., Казнина Н.И. и др. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. - М.: Химия, 1989 - с. 318
3. Хавезов И., Цалев Д. Атомно-абсорбционный анализ Л.: Химия, 1983 - с. 130
4. Заугольников С.Д., Кочанов М.М., Лойт А.О. Экспрессные методы определения токсичности и опасности химических веществ; Медицина, - 1978 - с. 178
5. Ягодин Б. А. Практикум по агрохимии. - М.: Агропроиздат, 1987 - с. 308, 321.

Формула изобретения

Способ совместного определения ионов металлов в объектах окружающей среды, в котором используют 2-карбокси-2-гидроксо-5-сульфоформазилбензол в качестве органического лиганда, при этом учитывают различия в значениях рН для каждого металла и длину волн максимального светопоглощения комплексов согласно интенсивности окраски, а затем по цветовой шкале определяют содержание ионов металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4