Методики определения цинка в пробах сточных, подсточных вод и растительной биомассе

УДК 574.5

МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИНКА В ПРОБАХ СТОЧНЫХ, ПОДСТОЧНЫХ

ВОД

И РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЕ

Е.А. Петракова

В камеральных условиях исследована поглотительная способность по отношению к цинку макрофитов. Выявлен виды накопитель (и индикатор) этого биогенного тяжелого металла в природных водах: лептодикциум береговой. Проведено сравнение определения цинка в растворах методом спектрофотометрии и атомно-адсорбционной спектрометрии. Первый метод показывает большую чувствительность, но трудоемок, осложнен большими расходами реагентов. Второй -экспрессный метод анализа, но имеет повышенный открываемый минимум.

Ключевые слова: макрофиты, биогенный тяжелый металл, цинк, метод спектрофотометрии, метод атомно-адсорбционной спектрометрии

В связи с широким распространением и способностью к биоконцентрированию, особый интерес для эколого-аналитических исследований представляет цинк. В лаборатории «Мониторинга сред обитания» (НИЛ Брянского государственного университета) была изучена индивидуальная поглотительная особенность видов водных макрофитов - ряски малой, ряски трехдольной и лептодикциума берегового - по отношению к катионам цинка для разработки перспективного направления очистки и доочистки сточных вод в русле фиторемедиации [6]. В связи с вышеизложенным цель исследований - сравнительная характеристика эколого-аналитических методик обнаружения цинка в растворах, использующихся для выявления биоремедиаторов сточных вод.

Цинк- (ТМ) биогенного происхождения представлен в поверхностных водах в самых разнообразных формах, различающихся скоростью миграции и накопления фитобионтами (макрофитами) [2-4]. Этот металл и его соединения играет значительную роль в развитии растительных организмов, входя в состав тканей, определяя протекание физиологических функций, регулируя биохимические процессы [1, 2, 5].

Для определения поглотительной способности макрофитов относительно катионов цинка использовали метод спектрометрии и атомно-адсорбционной спектрометрии. Предварительно готовили серию растворов цинка, концентрацией 1 мг/л. В растворы помещали одинаковое по массе количество макрофитов и изучали поглотительную способность по остаточной концентрации цинка в растворе на 3, 6 и 12 сутки. Макрофиты выращивались в лабораторных условиях при искусственном освещении (11-часовом световом дне) и температурой воды от +22 до +25°С. Для выращивания растений использовалась водопроводная отстоянная в течение 7 дней вода. Навеска макрофитов (2,5-2,9±0,3 г.) помещалась в раствор ТМ с определенной концентрацией и выращивалась в стеклянных конических колбах емкостью 250 мл. В течение 22 суток через определенные промежутки времени проводился отбор и измерение концентрации ионов ТМ в растворах.

Для спектрофотометрического определения цинка применяли

высокочувствительную методику с дитизоном. Молярный коэффициент поглощения раствора дитизоната цинка в тетрахлористом углероде при Хшах = 538 нм составляет 8 = 9,26 • 104 (а = 1,42). При встряхивании водного раствора солей цинка (рН 4-11) с раствором дитизона (1.1) в СС14 образуется дитизонат цинка Zn(HDz)2. При этом окраска органического слоя изменяется с зеленой на розовую. Экстракция протекает довольно медленно. Дитизон готовили следующим образом: растворяли 0,10 г дитизона в 1 дм четыреххлористого углерода. Предварительно очищали реактив следующим образом: 1 г дитизона растворяли в 100 см хлороформа' Раствор переносили в делительную воронку на

3 3 3

500 см , приливали 100 см раствора аммиака (1 см концентрированного 25 %-ного аммиака разбавляли до 100 см3 бидистиллированной водой) и 5 см3 5 %-ного раствора аскорбиновой кислоты. Содержимое воронки встряхивали в течение 2 минут. После расслоения жидкости хлороформный слой сливали в чистую делительную воронку. К хлороформному раствору дитизона приливали новую порцию раствора аммиака, 5 см3 5 %-ного раствора аскорбиновой кислоты и содержимое воронки встряхивали в течение 2 минут. Операцию очистки дитизона повторяли до тех пор, пока водно-аммиачный раствор не перестал окрашиваться в оранжевый цвет. Все порции водного раствора дитизона фильтровали в колбу на 1 дм3 посредством вакуумной воронки. Приливали соляную кислоту (1:1) до выпадения дитизона в осадок. При этом водный слой приобретал бледно-зеленоватый цвет. Осадок отфильтровывали через бумажный фильтр, промывали 3 раза 1 %-ным раствором аскорбиновой кислоты и сушили на воздухе. Из полученного дитизона готовили 0,002% раствор.

Затем проводили анализ растворов следующим образом: слегка подкисленный (до рН 2-3) анализируемый раствор объемом 25 мл, помещали в делительную воронку, добавляли 5 мл ацетатного буферного раствора и 5 мл раствора тиосульфата натрия и встряхивали с малыми порциями раствора дитизона в СС14 до тех пор, пока зеленый органический слой не переставал изменять свою окраску. Экстракты объединяли и промывали встряхиванием с двумя порциями по 5 мл промывного раствора. Розовый раствор Zn(HDz)2 в тетрахлористом углероде переносили в мерную колбу на 25 мл, разбавляли до метки растворителем и хорошо перемешивали. Измеряли оптическую плотность при 538 нм относительно растворителя с использованием спектрофотометра СПЕКС ССП 310 по стандартным методикам установления оптической плотности. В результате были получены следующие данные (табл.1).

Таблица 1 - Остаточная концентрация 2п2+ (мг/л) в растворах с макрофитами _(метод спектрофотометрии)_

Макрофит 3 сутки 6 сутки 12 сутки

Ряска малая 0,67 0,57 0,45

Ряска трехдольная 0,755 0,695 0,385

Лептодикциум береговой 0,12 0,001 0,22

Установлено, что остаточная концентрация цинка равномерно снижается в течение 2 недель, наибольшая поглотительная способность наблюдается у лептодикциума берегового.

Данная методика осложнена большими расходами органического растворителя и трудоемкостью эксперимента. Альтернативным методом послужил атомно-адсорбционный анализ водных растворов цинка. Необходимости переводить катионы металла в окрашенные комплексы отсутствует, так же как и мешающее действие катионов других металлов. В результате нами получены следующие данные (таблица 2).

Таблица 2 - Остаточная концентрация 2п2+ в растворах с макрофитами _(метод атомно-адсорбционной спектрометрии)_

Макрофит 3 сутки 6 сутки 12 сутки

Ряска малая 0,16 0,16 0,13

Ряска трехдольная 0,1 0,26 0,18

Лептодикциум береговой 0 0,05 0,05

Данный метод подтверждает падение остаточной концентрации цинка в течение 2

недель, высокая поглотительная способность лептодикциума доказана. Однако данный метод имеет больший открываемый минимум, чем спектрофотометрия, поэтому чувствительность данного метода ниже и лежит на границе ПДК цинка для водной среды.

Итак, в ходе эксперимента была доказана поглотительная способность водными макрофитами катионов тяжелых металлов на примере цинка в течение 2 недель посредством спектрофотометрии и атомно-адсорбционной спектрометрии. Первый метод показывает большую чувствительность, но трудоемок, осложнен большими расходами реагентов. Второй - экспрессный метод анализа, но имеет повышенный открываемый минимум. В целом, обе методики могут быть использованы для определения поглотительной способности тяжелых металлов макрофитами в фиторемедиации.

In laboratory conditions was investigated adsorption capacity in relation to zinc macrophytes. Identified types of memory (and indicator) of this nutrient heavy metals in natural waters: Leptodictyum. Comparison zinc determination in solution by spectrophotometry and atomic-absorption spectrometry. The first method shows higher sensitivity, but time-consuming, complicated by the high costs of reagents. The second is a rapid method of analysis, but has an opening at least.

Key words: macrophytes, nutrient, heavy metal, zinc, method spectrophotometry, method of atomic-absorption spectrometry

Список литературы

1. Золотухина Е.Ю., Гавриленко Е.Е. Тяжелые металлы в водных растениях. Аккумуляция и токсичность // Биологич. науки. №9. 1989. С. 93-106.

2. Линник П. Н., Набиванец Б. И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат,1986. 270 с.

3. Кадукин А.И., Красинцева В.В., Романова Г.И., Тарасенко Л.В. Аккумуляция железа, марганца, цинка, меди и хрома у некоторых водных растений // Гидробиол. журнал. Т. 18. №1. 1982. С.79-82.

4. Медь и ее соединения / Под ред. Н. Ф. Измерова. М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1989. Вып. 120. 225 с.

5. Никаноров А. М., Жулидов А. В. Биомониторинг металлов в пресноводных экосистемах. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 312 с.

6. Петракова Е.А., Анищенко Л.Н., Белов С.П. Накопительная и фиторемедиационная возможность водных растений по отношению к ионам меди // Вода: химия и экология. 2014. № 6 (июнь). С. 45-49.

Об авторе

Петракова Е.А. - аспирант кафедры экологии и рационального природопользования, Брянский государственный университет, eco_egf@mail.ru