Понятие тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получило в последнее время значительное распространение. Тяжелые металлы занимают второе место по степени опасности, по прогнозам они станут более опасными чем отходы АЭС и твердые бытовые отходы. Среди разнообразных загрязняющих веществ тяжелые металлы и их соединения выделяются распространением, высокой токсичностью, многие из них — также способностью к накоплению в живых организмах.
Кадмий и медь являются наиболее важными металлами при изучении проблемы загрязнения, так они широко распространены в мире, обладают токсичными свойствами, а также способны накапливаться в живых организмах. Поэтому очень важно уметь вовремя определить их содержание в окружающей среде. Существует множество методов определения ионов меди и кадмия, но в последнее время идет интенсивная разработка методов и средств для проведения анализа объектов окружающей среды «на месте».
Анализ «на месте» имеет много плюсов. Экономия времени и средств на доставку проб в лабораторию и на сам лабораторный анализ. При анализе «на месте» обычно снижаются требования к квалификации исполнителя, так как используются более простые средства анализа. Но самое главное то, что часто анализ в лаборатории вообще не может быть выполнен или не имеет никакого смысла, так как, например, изменяются формы существования компонентов. Анализ «на месте» осуществляется почти или точно в режиме реального времени: это позволяет быстрее начать действовать по удалению источников и / или последствий, не дожидаясь проведения анализа в лаборатории и соответствующих лабораторных данных.
Практически все задачи вне лабораторного анализа могут быть решены и решаются с помощью экспресс — систем. Экспресс — методы для химического анализа представляют собой простые, портативные, легкие и дешевые методики для нахождения веществ без значительной пробоподготовки, без использования сложных стационарных приборов, лабораторного оборудования, без самой лаборатории, без сложной обработки результатов, а также подготовленного персонала; в большинстве случаев используются автономные средства одноразового использования.
Во многих случаях экспресс — методы используют для предварительной оценки наличия и содержания компонентов. Очень удобные экспресс — методы для оценки общих показателей исследуемого объекта или суммы тяжелых металлов в водоемах. По мере их совершенствования экспресс — методы служат и будут служить единственным и завершающим методом анализа.
Эти методы включают в себя методику и простые средства — бумажные полоски, порошки, трубки, таблетки, ампулы, капельницы и прочее. Они позволяют проводить широкий скрининг проб, например, объектов окружающей среды. Пробы, давшие положительный результат, отделяются от тех, что показали отсутствие компонента. В случае образцов, для которых результат был положительный, возможно и более глубокое изучение, в том числе в лаборатории с использованием дорогостоящих приборов. Другая область применения — контроль технологических процессов; иногда достаточно оценить близость контролирующей концентрации к предельной, причем это надо делать быстро и у технологического агрегата. Лабильные, изменяя свои свойства пробы часто вообще бессмысленно доставлять в лабораторию, их нужно быстро оценивать на месте.
В последнее время химический анализ постепенно перемещается из лаборатории к тем местам, где находится анализирующий объект. В большинстве случаев экспресс — методы позволяют выявить один компонент или единственный параметр. Также существуют экспресс — методы, которые позволяют выявить два и более компонентов, но число таких методов невелико. Использование нескольких, а тем более многих экспресс — методов одновременно для выявления ряда компонентов не очень удобно.
Для определения меди в сточных водах, в природных и питьевых водах, атмосферных осадках, технологических растворах были предложены индикаторные трубки. Экспресс — средство представляет собой стеклянную трубку (длина — 50 мм, внутренний диаметр — 1–2 мм), заполненную индикаторным порошком. При пропускании пробы через трубку с помощью медицинского шприца образуется окрашенная зона. Длина окрашенной зоны пропорциональна концентрации меди. Эту концентрацию определяют с помощью шкалы длин или уровней гранулированного графика. В основу положена цветная реакция меди (II) с 1 — (2 — пиридилазо) — 2 — нафталом, который включен в состав индикаторного порошка. Высокая селективность определения происходит за счет проведения реакции в кислой среде.
Тест — средство включает:
– Индикаторные трубки, заполненную индикаторным порошком.
– Ампулы, содержащие 0.2 мл 0.1 М раствора соляной кислоты (раствор 1)
– Медицинский шприц
– Пробирку с пробкой для перемешивания раствора.
Проведение анализа. До 2 мл исследуемого раствора добавляют раствор 1 и перемешивают. Полученный раствор пропускают с помощью медицинского шприца через индикаторную трубку. Измеряют длину окрашенной в фиолетовый цвет зоны и определяют содержание кадмия с помощью шкалы длин.
Характеристика методики. Диапазон определения содержания 0.06–0.3 мг / л для трубок с внутренним диаметром 1.0 мм, 0.12–0.4 мг / л для трубок с внутренним диаметром 2.0 мм. Относительное стандартное отклонение 0.06–0.08. Определению не мешают (в кратных количествах): K, Na (1 × 104), Ca (300), Mg (75) Al (25), Ni (40), Zn (30), Pb (50).
Для определения небольшого количества меди используют способ нанесения на пенополиуретановые (ППУ) кубики диэтилдитиокарбомината свинца. Для этого в 1–2 мл исследуемого раствора с концентрацией меди 0.05–10 мг / л помещают кубики ППУ и встряхивают. Цвет кубика меняется от бесцветного к желто — красный. Пробы с концентрацией 0.01–0.05 мг / л меди анализируют пропусканием 100 мл пробы через колонку, заполненную ППУ кубиками. Длина окрашенной зоны кубиков пропорциональна концентрации меди. Определению мешают серебро, ртуть и йодиды.
Анализ содержания подвижных форм кадмия также проводили по специально разработанным экспресс — методам, которые представляют собой упрощенные примеры и приспособления для быстрого выявления и оценки количества кадмия в различных условиях, чаще всего вне лабораторных.
Для определения ионов кадмия предложен экспресс — метод с использованием бумаги, импрегнированном дитизонатом цинка. Определение кадмия проводили при рН 3–7. В присутствии кадмия протекает обменная реакция:
Zn (ДТС) 2 + Cd2 + → Cd (ДТС) 2 + Zn2 +,
при этом малиновая бумага становится оранжевой.
Конечно точность такого анализа невысокая, но целью является не точное определение содержания подвижных форм кадмия, только экспресс — оценка их наличия с целью проведения дальнейших исследований.
Определение кадмия с помощью индикаторных трубок. Тест — средство представляет собой стеклянную палочку (длина — 50 мм, внутренний диаметр — 1 мм), заполненную индикаторным порошком. После добавления комплексообразующих реагентов к анализируемой пробе и пропуске с помощью медицинского шприца полученного окрашенного раствора через индикаторную трубку в ней образуется окрашенная зона, длина которой пропорциональна концентрации кадмия в анализированном растворе. Эту концентрацию определяют с помощью шкалы длин или уровней гранулированного графика. В основу положена цветная реакция кадмия с 1, 10 — фенантролином и бромпирогаллоловим красным и сорбция образованного окрашенного соединения в индикаторной трубке.
Тест — средство включает:
– Индикаторные трубки, заполненную индикаторным порошком.
– Ампулы, содержащие 0.3 мл 2.5 × 10–5 М раствора бромпирогаллолового красного (раствор 1)
– Ампулы, содержащие 0.3 мл 9 × 10–5 М раствора 1, 10 — фенантролина (раствор 2)
– Ампулы, содержащие 0.4 мл боратного буферного раствора (раствор 3)
– Медицинский шприц
– Пробирку с пробкой для перемешивания раствора.
Проведение анализа. К 1 мл исследуемого раствора добавляют раствор 1, раствор 2, раствор 3 и перемешивают. Полученный раствор пропускают с помощью медицинского шприца через индикаторную трубку. Измеряют длину окрашенной в фиолетово — малиновый цвет зоны и определяют содержание кадмия с помощью шкалы длин.
Характеристика методики. Диапазон определения содержания 1–10 мг / л. Относительное стандартное отклонение 0.06–0.08. Определению не мешают (в кратных количествах): Al (50), Ni (25), Zn, Co, Vn (II) (10), Pb (2).
В ходе эксперимента определяли содержание подвижных форм меди с помощью экспресс — методов и стандартными методиками (табл. 1). Для проведения эксперимента с помощью КФК — 2 был построен калибровочный график (рис. 1).
Таблица 1
Погрешность измерения экспресс— методов определения подвижных форм меди
|
Определение содержания меди, мг/кг |
||
|
Стандартным методом |
ППУ кубики |
Индикаторные трубки |
|
0.082 |
0.1 |
0.091 |
|
0.016 |
0.2 |
0.19 |
|
0.42 |
0.5 |
0.47 |
|
0.83 |
1 |
0.92 |
|
1.61 |
2 |
1.79 |
|
2.36 |
3 |
2.53 |
Разница между результатами, полученными экспресс — методами и в лабораторных условиях составляет около 10–20 %
Рис. 1. Зависимость концентрации подвижных форм меди от оптической плотности
В ходе эксперимента определяли содержание подвижных форм кадмия с помощью экспресс — методов и стандартными методиками (табл. 2). Для проведения эксперимента с помощью КФК — 2 был построен калибровочный график (рис. 2).
Таблица 2
Погрешность измерения экспресс— методов определения подвижных форм кадмия
|
Определение содержания кадмия, мг / кг |
||
|
Стандартным методом |
Бумага, импрегнированная дитизонатом цинка |
Индикаторные трубки |
|
0.41 |
0.5 |
0.46 |
|
0.84 |
1 |
0.93 |
|
1.67 |
2 |
1.89 |
|
2.44 |
3 |
2.95 |
|
3.25 |
4 |
3.65 |
|
4.23 |
5 |
4.53 |
Разница между результатами, полученными экспресс — методами и в лабораторных условиях составляет около 10–20 %
Рис. 2. Зависимость концентрации подвижных форм меди от оптической плотности
Разработка экспресс — методов характеризуется достаточно высокой точностью и могут широко использоваться в полевых условиях.
Таким образом предложенные экспресс — методы позволяют оперативно реагировать на санитарно-гигиеническое и экологическое состояние окружающей среды.
Литература:
- Другов Ю. С. Экологическая аналитическая химия. — М.: 2000. — 432 с.
- Золотов Ю. А., Иванов В. М., Амелин В. Г. Химические тест — методы анализа. — М.: Едиториал УРСС, 2002. — 304
- Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. — М.: Химия, 1984.
- Шицкова А. П. Методы определения вредных веществ в воде водоемов. — М.: Медицина, 1981. — 376 с.
- Смирнова Н. В., Шведова Л. В. Невский Л. В. Влияние свинца и кадмия на фитотоксичность почвы// ЭКИП.- 2005.- № 4.- С.32–35.
- Ягодин Б. А. Тяжелые металлы в системе почва — растение// Химия в сельском хозяйстве. — 1996. — № 5. — С. 43
