Способ экспрессного определения тяжелых металлов в почвах и биологических объектах

 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к аналитическому контролю ртути и других тяжелых металлов в природных средах, и может быть использовано для экспрессного определения содержания ртути, свинца, цинка и меди в почвах и биологических объектах. Способ осуществляют путем разложения исследуемого материала в смеси хлористоводородной и азотной кислот в соотношении 1:3 с последующей обработкой УЗ в течение 2-3 мин, с частотой 18 кГц и анализа полученного раствора. Достигается увеличение экспрессности аналитического контроля токсичных металлов в почвах и биологических объектах за счет выбора оптимального минерализатора и сокращения времени воздействия УЗ и расширения числа контролируемых металлов: свинца, цинка и меди. 7 табл.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к аналитическому контролю ртути и других тяжелых металлов в природных средах, и может быть использовано для экспрессного определения содержания ртути, свинца, цинка и меди в почвах и биологических объектах.

Ртуть, свинец, цинк и медь относятся к супертоксикантам, которые вследствие биологической активности и способности к накоплению концентрируются в почвах, растениях и затем в живых организмах, проявляя высокую токсичность в следовых количествах. В отличие от органических загрязняющих веществ для них не существует механизмов самоочищения, они способны лишь перераспределяться между природными средами.

Лимитирующим звеном химического анализа и определяющим его метрологические характеристики является стадия пробоподготовки, которая применительно к анализу почв и биологических материалов в большинстве случаев включает разложение и минерализацию пробы, получение аналитического концентрата в нужной форме. Поэтому значительно увеличить экспрессность анализа можно только за счет интенсификации пробоподготовки.

Разложение почв и биологических материалов связано с определенными трудностями, возникающими вследствие чрезвычайно сложного и неоднородного состава, присутствия большого количества органических соединений. С этой целью чаще всего используют термическую деструкцию в среде кислот. Недостатком этого способа является длительность, трудоемкость, возможность потери легколетучих компонентов.

В последние годы для интенсификации процессов мокрой минерализации предпочтение отдается способу микроволновой пробоподготовки, но для массового применения он не является доступным в связи с высокой стоимостью микроволновых печей.

Более доступным решением аппаратурного и методического обеспечения стадии пробоподготовки может являться разложение и минерализация проб почв и биологических объектов при воздействии ультразвука (УЗ). Благодаря высокой плотности энергии (10³-10⁶ Вт/см³) ультразвук, эффективно разрушая комплексы и другие соединения металлов, позволяет увеличить степень извлечения микроэлементов и значительно ускорить процесс разложения, исключить потери летучих элементов, уменьшить вероятность загрязнения.

Известен способ определения ртути в почвах и растениях после кислотного разложения с помощью УЗ и последующим определением на ртутном анализаторе "Юлия-2" [1]. Воздействие УЗ осуществляли в две стадии в течение 4 мин каждая. Существенным недостатком постадийного разложения является сложность отделения раствора от осадка для повторной обработки УЗ, что является затруднительным при анализе растений. Кроме того, это удлиняет процедуру анализа.

Известен способ экспрессного контроля ртути в почвах и биологических объектах [2] , при котором разлагают исследуемый материал в смеси хлористоводородной и азотной кислот в соотношении 3:1 и обрабатывают УЗ в одну стадию в течение 4-6 мин.

Целью данного изобретения является увеличение экспрессности аналитического контроля токсичных металлов в почвах и биологических объектах за счет выбора оптимального минерализатора и сокращения времени воздействия УЗ и расширения числа контролируемых металлов: свинца, цинка и меди.

Поставленная цель достигается путем разложения исследуемого материала в смеси хлористоводородной и азотной кислот в соотношении 1:3 и обработкой УЗ в течение 2-3 мин.

Ультразвуковое воздействие осуществляли на серийном приборе - ультразвуковой установке УЗУ - 0,25 с ванной (частота 18 кГц), куда помещали бюксы с пробами массой 250 мг и минерализатором. Конечный объем раствора пробы составляет 25 мл. Содержание металлов определяли последовательно в приготовленных растворах: ртуть - на ртутном анализаторе "Юлия-2" методом холодного пара; свинец, цинк и медь - на атомно-абсорбционном спектрометре AAS-1 в пламени пропан-воздух.

Сущность предлагаемого изобретения раскрывается следующими примерами.

Пример 1. Выбор оптимальных условий ультразвукового разложения проб для экспрессного определения ртути.

Разложение проб лечебной грязи санатория "Усть-Кут" проводили в среде хлористоводородной и азотной кислот в соотношении 3:1 (прототип) и в среде хлористоводородной и азотной кислот в соотношении 1:3 (заявляемый способ) при различном времени воздействия УЗ от 1 до 7 мин. Результаты измерения абсорбционности ртути представлены в табл. 1. Как видно из табл. 1, заявляемый способ позволил сократить оптимальное время воздействия УЗ до 2 мин.

Пример 2. Оценка правильности и воспроизводимости определения ртути.

Оценку полноты извлечения ртути по заявляемому способу осуществляли по государственным стандартным образцам (ГСО) состава почв и растений (табл. 2) и способом стандартных добавок на лечебной грязи курорта "Усолье" (табл. 3). Как видно из табл. 2, расхождение между найденным и аттестованным содержанием не превышает доверительный интервал. Разность между найденными и введенными значениями добавок в пробе лечебной грязи ΔC сопоставляли с величиной доверительного интервала δ_ΔC (табл. 3).

Таким образом, систематическая погрешность определения ртути не превышает случайную и не является значимой.

Воспроизводимость ультразвукового извлечения ртути из почв, растений, донных отложений и лечебных грязей характеризовали относительной погрешностью, которую рассчитывали по результатам двух параллельных определений. Результаты расчета приведены в табл. 4. Как видно из данных таблицы, относительная погрешность определения ртути в почвах и биологических объектах после разложения проб предлагаемым способом составляет 0,07-0,15 в диапазоне содержаний (1-210)•10^-6 мас.%.

Таким образом, при воздействии УЗ в течение 2 мин в смеси кислот хлористоводородной и азотной в соотношении 1:3 достигается полное извлечение ртути из почв и биологических объектов в пределах случайной погрешности.

Пример 3. Оценка полноты ультразвукового извлечения свинца, цинка и меди.

Наряду со ртутью из одного раствора после ультразвукового разложения определяли содержание свинца, цинка и меди в ГСО состава почв и донных отложений оз. Байкал (табл. 5) и в листьях топинамбура (табл. 6). Полноту извлечения исследуемых металлов в почвах и донных отложениях оценивали сопоставлением найденного содержания с аттестованным. Как видно из табл. 5, расхождение находится в пределах доверительного интервала. Оценку полноты извлечения металлов из листьев топинамбура проводили способом стандартных добавок. Как видно из табл. 6, разность между найденным и введенным содержанием не превышает доверительный интервал.

Таким образом, проведенные исследования показали, что при разложении проб заявляемым способом наряду со ртутью в кислотный раствор извлекаются полностью в пределах случайной погрешности свинец, цинк и медь.

Пример 4. Воспроизводимость ультразвукового извлечения свинца, цинка и меди из почв и биологических объектов.

В табл. 7 представлены диапазоны содержаний С, число степеней свободы f и относительная погрешность S_r определения свинца, цинка и меди в растениях, почвах, лечебных грязях, донных отложениях после ультразвукового разложения проб. Как видно из табл. 7, относительная погрешность определения составляет: для свинца 0,07-0,16 в диапазоне содержаний (4-300)•10^-4 мас.%, для цинка 0,05-0,15 в диапазоне (13-700)•10^-4 мас.%, для меди 0,04-0,13 в диапазоне (7-30)•10^-4 мас.%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить экспрессность определения ртути, расширить число анализируемых элементов за счет свинца, цинка и меди, не снизив точности анализа.

Источники информации 1. Гончарова Н. Н. и др. Определение ртути в почвах и растениях на ртутном анализаторе "Юлия-2" с ультразвуковой обработкой проб, - Заводская лаборатория, 1992 г., т.58, вып.9, с.15 - 16.

2. Гончарова Н. Н. и др. Способ экспресного контроля ртути в почвах и биологических объектах. Патент. изобретение 2129263, 20.04.1999 (прототип).

Формула изобретения

Способ экспрессного определения тяжелых металлов в почвах и биологических объектах, включающий разложение исследуемого материала в смеси НСl и HNO₃ при воздействии ультразвуком и анализ полученного раствора, отличающийся тем, что исследуемый материал разлагают в смеси НСl и HNO₃ в объемном соотношении 1:3 с последующим воздействием ультразвуком с частотой 18 кГц в течение 2-3 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2