СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕДИ, СВИНЦА И КАДМИЯ
METHOD OF CONCENTRATING AND DETECTING COPPER, LEAD AND CADMIUM

Изобретение относится к области аналитической химии и пищевой промышленности, может быть использовано в лабораториях санитарно-эпидемиологических исследований и сертификации для тестирования ионов тяжелых токсичных металлов.
Известны способы определения меди, свинца, кадмия в пищевых продуктах (1-3). Сущность этого метода в атомно-абсорбционном определении некоторых макро- и микроэлементов, после предварительной пробоподготовки. При этом содержание элементного состава зависят от климатических и экономических условий места проживания.
Известен способ сорбционного концентрирования и атомно-абсорбционного определения меди свинца и кадмия в молокопродуктах на кремнеземе, химически модифицированном иминодиуксусной кислотой (4).
Известен также способ концентрирования следов металлов полимерными хелатообразующими сорбентами на основе полистирола и атомно-абсорбционное определение в природных объектах (5).
Наиболее близким является способ концентрирования и определения ионов хрома и марганца в биосубстратах (6).
Все вышеуказанные способы не позволяют определять ионы свинца, меди, кадмия в смеси после предварительного концентрирования из-за малой чувствительности и селективности, т.е. влияния матричных компонентов пробы. Некоторые из них, в частности модифицированный силикагель, применим для однократной сорбции, при элюировании ионов хрома и марганца смывается и модификатор - фенилфлуорон, что требует больших расходов, способ не экономичен и трудоемок.
Задача предлагаемого изобретения расширение ряда модифицированных сорбентов и использование новых твердых фаз в анализе объектов окружающей среды и пищевых продуктов.
Технический результат в создании эффективных твердых фаз для концентрирования и количественного определения тяжелых токсичных металлов в водах различного происхождения и молокопродуктах.
Указанный технический результат достигается тем, что получают хемосорбцией твердую фазу амберлит-цинкон (АМБ-ЦН) путем иммобилизации избирательного органического реагента на переходные элементы (Сu, Pb, Cd) - цинкона на твердый носитель - анионит высокоосновной зарубежного производства, аналог отечественного производства АВ-17, известный под названием амберлит JRA-400, (АМБ). При этом новый сорбент АМБ-ЦН начинает работать как сорбент для концентрирования микрокомпонентов и реагент для их тестирования и количественного определения.
Сущность способа концентрирования и определения меди, свинца и кадмия, включает добавление пробы к модифицированному сорбенту, где в качестве модификатора используют высокоосновной анионит JRA-400, обработанный цинконом, растворенный в водно-ацетоновой среде, при этом обработку пробы ведут при рН 4,0-9,0 в течение 5 мин, а величину диффузного отражения измеряют при длине волн 630, 510, 570 нм для меди, свинца и кадмия соответственно.
Предлагаемое изобретение состоит в том, что в качестве селективного органического реагента используют цинкон, растворенный в водно-ацетоновой среде с соотношением 1:1, иммобилизованный на гидрофобный носитель - амберлит JRA-400, предварительно очищенный и доведенный до размеров менее 160 мкм. Новый модифицированный сорбент работает как тест-система для идентификации Сu, Pb, Cd и используют для количественного определения Сu, Pb, Cd в смеси.
опт
опт
Ме
опт
Аналитическая ценность полученного полимерного комплексообразующего сорбента определялась по следующим показателям: оптимальный диапазон рН (рН), степень сорбции (R, %), кинетические характеристики (τ), сорбционная емкость по иону металла (СЕС), сорбционная емкость по реагенту (а), коэффициенты распределения (Д) по отношению к изучаемым элементам и избирательность (табл.1). Учитывалась также устойчивость модифицированного сорбента (МС) при элюировании кислотами, щелочами и органическими растворителями разной концентрации.
Таблица 1.
Характеристика процесса сорбции меди, свинца и кадмия модифицированным амберлитом (t=20±2°С)
N
Система
R, %
рН<sub>опт</sub>
τ<sub>опт</sub>, мин
а<sub>опт</sub>, модификатора и СЕС<sub>Ме</sub>, мг/г
Д·10<sup>4</sup> мл/г
1
АМБ-ЦН
100
3,0-10,0
72
44,0
-
2
АМБ-ЦН-Сu
100
3,8-9,5
2,5
32,0
4,0
3
АМБ-ЦН-Cd
100
4,0-8,9
5,0
28,0
0,5
4
АМБ-ЦН-Рb
95
4,0-9,0
5,0
9,5
3,6
Конкретный пример выполнения
3
К 500 молокопродукта добавляют 10 мл азотной кислоты (1:1), перемешивают и помещают на электроплитку и проводят обугливание до прекращения выделения дыма. Затем чашу помещают в электропечь при температуре 250°С, постепенно доводя температуру до 450°С. Минерализацию считают законченной, когда зола становится белого или слегка окрашенного цвета, без обугленных частиц. При наличии обугленных частиц повторяют обработку золы раствором азотной кислоты или водой. Затем растворяют золу в 75 мл 1% HNO. Полученный озолят переносят в мерную колбу емкостью 250 мл вместе с промывными растворами. Нейтрализуют раствор добавлением 10% раствора аммиака и доводят дистиллированной водой до метки. К пробе добавляют 0,2 г сорбента АМБ-ЦН, создают рН 4,0-4,5 растворами NaOH и НСl (0,1М). Раствор перемешивают на магнитной мешалке в течение 10 мин при температуре 20±2°С. Затем сорбент отфильтровывают на бумажный фильтр «синяя лента», промывая 2-3 раза дистиллированной водой, доводят до воздушно-сухого состояния, после чего снимают величину диффузионного отражения (R) на спектрофотометре «Спектротрон». Расчет содержания ионов меди, свинца и кадмия проводят по заранее построенному градуировочному графику.
Для оценки способности сорбента к групповому концентрированию проверена правильность определения микроколичеств меди, свинца и кадмия после группового концентрирования с помощью модельных растворов (табл.2).
Таблица 2.
Правильность определения Cu, Pb и Cd в модельных растворах методом спектроскопии диффузного отражения (СДО).
n=10 р=0,95
Сорбент
Элемент
Введено, мкг/л
Найдено, мкг/л
R, %
S<sub>r</sub>
АМБ-ЦН
Сu
50,0
49,5±1,1
99,0
0,03
Pb
100,0
99,3±1,4
99,3
0,02
Cd
50,0
49,±1,4
98,8
0,04
Анализ результатов исследования образцов молочных продуктов (табл.3) показал, что содержание в них всех исследуемых металлов ниже уровней ПДК (ПДК Cu - 1, Pb - 0,01, Cd - 0,03 мг/л). Однако отмечается, безусловно, высокое содержание указанных элементов в пробах сырого молока фермерских хозяйств пригородных районов Дагестана. Концентрация свинца (81,8 мкг/л), хотя не превышает ПДК, но близка к ней, что свидетельствует о высоком содержании его в окружающей среде и активном вовлечении этого элемента в трофическую цепь.
r
Как видно из данных табл.3, относительное стандартное отклонение (S) при определении меди, свинца и кадмия в молокопродуктах после предварительного концентрирования на сорбенте амберлит-цинкон составило 0,01-0,09.
Методика определения меди, свинца и кадмия в водах.
2
4
К 1 л отфильтрованной от механических примесей анализируемой воды добавляют 6 мл разбавленной HSO (1:1) и 1,0 г персульфата аммония для разрушения комплексов меди, железа и цинка с органическими примесями, содержащимися в природной воде. Пробу кипятят 10-15 мин и отстаивают в течение 1 ч. Избыток кислоты нейтрализуют добавлением 10%-ного раствора аммиака до рН 2,0-2,5. К пробе добавляют 0,2 г сорбента, создают рН 4,5-5,0 0.1 М растворами NaOH и НСl. Раствор перемешивают на магнитной мешалке в течение 10 мин при температуре 20±2°С. Затем сорбент отфильтровывают через бумажный фильтр «синяя лента», промывают 2-3 раза дистиллированной водой. Десорбируют элементы (медь, свинец и кадмий), промывая сорбент на фильтре 10 мл 2 М раствора НСl. Определение концентраций элементов проводят методом отражательной спектроскопии при оптимальных условиях анализа рассматриваемых элементов (табл.4).
Таблица 4.
Результаты определения Cu, Pb и Cd в водах (n=5 p=0,95)
Определяемый элемент
Введено, мкг/л
Найдено, мкг/л
S<sub>r</sub>
Питьевая вода г.Махачкала
Cu
0
18,8±0,5
0,02
10,0
29,0±0,8
0,02
20,0
38,6±0,6
0,01
Pb
0
6,9±0,9
0,09
3,5
10,2±1,1
0,08
7,0
13,8±0,9
0,05
Cd
0
-
-
10,0
10,4±0,7
0,05
20,0
20,4±0,6
0,02
Вода канала им. «Октябрьской революции» (в месте сбора мусора)
Cu
0
21,4±0,9
0,03
10,0
38,2±1,0
0,02
20,0
41,2±0,7
0,02
Pb
0
8,4±0,8
0,03
5,0
13,4±0,9
0,05
30,0
18,6±0,7
0,03
Cd
0 5,0 10,0
8,4±0,813,4±0,918,6±0,7
0,070,050,03
Вода Каспийского моря (Редукторный пос.)
Cu
0
23,6±0,8
0,02
12,0
35,4±0,8
0,01
24,0
47,6±0,7
0,01
Pb
0
17,4±0,7
0,03
9,0
26,0±0,7
0,02
18,0
35,0±0,9
0,02
Cd
0
7,2±0,7
0,07
4,0
11,8±1,0
0,07
8,0
16,2±1,2
0,05
Преимущества предлагаемого способа:
1) экспрессивность (скорость сорбции равна 10 мин, что для извлечения трех элементов достаточно высокая);
2) экономичность из-за высокой устойчивости полученного модифицированного сорбента (АМБ-ЦН), последний применяют для многократной сорбции, легко регенерируется;
3) способ извлечения меди, свинца и кадмия селективен, несмотря на сложность состава матричных компонентов пробы, функционально-аналитические группировки цинкона, закрепленного на амберлите, специфичны к указанным элементам;
4) в таком виде, как описано выше, установлена возможность использования изобретения в анализе объектов окружающей среды и пищевой промышленности.
Необходимо отметить, что на дату подачи заявки предлагаемое изобретение не известно и не следует явным образом из уровня техники.
Литература.
1. Хизанишвили Н.И., Оладко В.В. Методы анализа пищевых продуктов. Проблемы аналитической химии. Т.5. М.: Наука, 1988, с.44.
2. РД 50.27.08.07/001-92 Методика определения массовой концентрации ионов кадмия, свинца, меди и цинка в водах, почвах, продуктах растительного и животного происхождения. - Краснодар: КГУ, 1992, 6 с.
3. ГОСТ 26931-86, ГОСТ 26932-80, ГОСТ 26934-86. Сырье и продукты. Методы определения токсичных элементов. - М.: Издательство стандартов, 1986, с.41-73.
4. Тихомиров Т.М., Шепелева Е.Н., Фадеева В.И. Сорбционно-атомно-адсорбционное определение токсичных металлов в молокопродуктах//Журнал аналитическая химия. 1999. Т.54. №4, с.441-444.
5. Оскотская Э.Р., Басаргин Н.Н. и др. Концентрирование следов металлов полимерными хелатообразующими сорбентами в мониторинге природных объектов // Международный форум: Аналитика и Аналитики / Тезисы докладов. Т.2. - Воронеж. 2003. - С.370-371.
6. Патент РФ №2292545 от 27.01.2007 г. Способ концентрирования и определения ионов хрома и марганца в биосубстратах. С.Д.Татаева, У.Г.Бюрнаева, Дагестанский государственный университет.