СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕДИ В ПРИРОДНЫХ И ПИТЬЕВЫХ ВОДАХ
METHOD OF IDENTIFYING COPPER IN NATURAL AND POTABLE WATER

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к сорбционно-спектроскопическим способам определения ионов меди(II) в элюате с предварительным их концентрированием из природных и питьевых вод на комплексообразующем сорбенте, и может быть использовано в лабораториях санитарно-эпидемиологических исследований и сертификации, в практике химико-токсикологических лабораторий.
Известен способ определения микроконцентрации меди (патент РФ №2013766, МПК G01N 21/63, опубл. 30.05.1994 г.), включающий сорбционное концентрирование меди на полиакрилонитрильном волокне, содержащем α-аминометиленфосфоновые группировки с последующим фотометрическим определением аналита в элюате.
Основным недостатком данного способа является большая трудоемкость фотометрического анализа элюата по сравнению с атомно-спектроскопическим.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ сорбционно-атомно-абсорбционного определения меди в водопроводных (питьевых) и природных водах с предварительным концентрированием на волокнистом хитозан-углеродном сорбенте, помещенном в полиэтиленовую колонку, путем пропускания анализируемой пробы через колонку с последующим элюированим катионов меди и их определение методом атомно-абсорбционной спектроскопии (Земскова Л.А., Войт А.В., Емелина Т.Б. и др. Применение волокнистого хитозан-углеродного сорбента для предварительного концентрирования меди (II) при анализе природных вод // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т.75. №10, с.17-19).
Недостатком данного способа является длительность анализа - десорбция меди с поверхности сорбента занимает 1 час. Для десорбции аналита с поверхности сорбента используется достаточно концентрированный раствор элюента (HNO, (1:2)). Отмечается, что одновременно с медью происходит концентрирование железа.
Кроме того, вышеуказанный способ не позволяет значительно упростить состав элюата по сравнению с исходной пробой.
Задачей изобретения является повышение эффективности концентрирования меди за счет использования селективного сорбционного материала, обладающего экологичностью, а также повышение экспрессности определения меди в природных и питьевых водах.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения меди в природных и питьевых водах, включающем концентрирование меди на сорбционном материале, помещенном в патрон, путем пропускания через него анализируемой пробы, элюирование меди азотной кислотой и определение меди методами атомной спектроскопии, концентрирование меди проводят на сшитом N-2-сульфоэтилхитозане со степенью замещения 0.5 со скоростью пропускания пробы через патрон 1.0-2.0 мл/мин, а элюирование осуществляют раствором азотной кислоты с концентрацией 0.1 моль/л, при этом раствор азотной кислоты пропускают через патрон со скоростью 1.0-2.0 мл/мин, в полученном элюате определяют содержание меди методами атомной спектроскопии.
Использование для извлечения меди в качестве сорбционного материала сшитого N-2-сульфоэтилхитозана со степенью замещения 0.5, полученного на основе природного биополимера, делает способ экологически более безопасным, чем некоторые известные.
Экспериментально установлено, что при динамическом извлечении ряда ионов щелочноземельных и переходных металлов (кальция (II), магния (II), стронция (II), бария (II), меди (II), кобальта (II), цинка (II), марганца (II), никеля (II), свинца (II), кадмия (II)), находящихся в растворе в эквимолярных количествах, степень извлечения мешающих ионов металлов при рН 6.0 (аммиачно-ацетатный буферный раствор) и скорости пропускания раствора 1 мл/мин не превышает 10%. Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить эффективность концентрирования меди и определения меди за счет использования предлагаемого селективного сорбционного материала, обладающего улучшенными селективными характеристиками.
Кроме того, десорбция меди проводится путем пропускания раствора азотной кислоты через патрон, заполненный сорбционным материалом, со скоростью 1-2 мл/мин, что позволяет повысить экспрессность определения меди в природных и питьевых водах.
Заявленный способ определения меди в природных и питьевых водах иллюстрируется следующим примером.
Сшитый N-2-сульфоэтилхитозан со степенью замещения 0.5 получают путем взаимодействия хитозана с 2-бромэтансульфонатом натрия, экстракции охлажденной реакционной массы этиловым спиртом, последующей обработки раствором глутарового альдегида в кислой среде, промывания и сушки (Пестов А.В., Петрова Ю.С., Бухарова А.В., Неудачина Л.К., Корякова О.В., Маточкина Е.Г., Кодесс М.П., Ятлук Ю.Г. Синтез в геле и сорбционные свойства N-2-сульфоэтилхитозана // Журнал прикладной химии. 2013. Т.86, №2, с.290-293).
К 200.0 мл отфильтрованной от механических примесей анализируемой воды добавляют 3 мл концентрированной азотной кислоты и несколько капель концентрированной перекиси водорода. Пробу кипятят в течение 20 минут для разрушения комплексов ионов металлов с органическими примесями. Добавляют 10 мл 10% раствора гидроксиламина солянокислого для предотвращения выпадения в осадок гидроксида железа (III). Доводят значение кислотности среды раствора на иономере аммиачно-ацетатным буферным раствором до рН 6.0. Затем полученный раствор пропускают со скоростью 1-2 мл/мин через концентрирующий патрон, содержащий 0.1 г сшитого N-2-сульфоэтилхитозана, предварительно промытого деионизованной водой. Сорбированные ионы металлов элюируют пропусканием через патрон 10.0 мл 0.1 моль/л раствора азотной кислоты со скоростью 1-2 мл/мин. Определение концентраций элементов проводят методами атомно-эмиссионной или атомно-абсорбционной спектроскопии при оптимальных условиях анализа рассматриваемых элементов (табл.1). Правильность предложенного способа определения ионов меди в водах подтверждается методом «введено-найдено» (табл.2).
Таблица 1
Результаты концентрирования металлов, содержащихся в природных и питьевых водах методом атомно-абсорбционной спектроскопии с электротермической атомизацией
Металл
Найдено металла в пробе воды, мкг
Найдено металла в элюате, мкг
Степень извлечения металла, %
Анализ водопроводной
воды, г.Екатеринбург
Cu
8.97±.18
8.66±0.46
96.5
Ni
5.70±0.81
0.22±0.05
3.9
Со
1.14±0.01
0.02±0.01
1.8
Zn
62.93±4.85
4.06±0.11
6.5
Cd
1.27±0.06
0.00
0.0
Pb
2.35±0.01
0.21±0.01
8.9
Mn
18.32±1.37
0.26±0.01
1.4
Fe
260.05±3.88
11.27±0.17
4.3
Mg
38405.49±763.30
32.17±1.12
0.1
Ca
17738.99±1322.09
23.66±0.24
0.1
Sr
17.46±0.78
10.08±0.02
0.5
Ba
2.33±0.05
0.09±0.01
3.9
Анализ воды из р. Исеть, г.Екатеринбург
Cu
2.49±0.09
2.42±0.04
97.2
Ni
2.01±0.15
0.16±0.01
8.0
Co
0.33±0.08
0.02±0.01
6.1
Zn
31.82±3.64
3.01±0.13
9.5
Cd
1.16±0.06
0.00
0.0
Pb
2.50±0.02
0.18±0.01
7.2
Mn
84.84±4.43
0.46±0.02
0.5
Fe
25.38±0.32
3.79±0.11
14.9
Mg
60233.62±1646.04
14.32±0.18
0.02
Ca
2074.03±113.36
24.1 1±0.42
1.2
Sr
22.29±0.11
0.18±0.01
0.8
Ba
2.91±0.18
0.07±0.01
2.4
Таблица 2
Результаты определения меди в водах г.Екатеринбурга методом атомно-абсорбционной спектроскопии с пламенной атомизацией с предварительным концентрированием сшитым N-2-сульфоэтилхитозаном
Введено меди, мкг/л
Найдено меди в водопроводной воде г.Екатеринбурга
Введено меди, мкг/л
Найдено меди в воде р. Исеть, г.Екатеринбург
0
43.3±2.3
0
12.1±0.2
30
74.5±2.5
10
21.1±0.7
60
101.1±3.3
20
31.6±0.1
Из полученных данных (табл.1) видно, что содержащиеся в питьевых и природных водах ионы металлов извлекаются сшитым N-2-сульфоэтилхитозаном со степенью замещения 0.5 не более чем на 10% (исключение составляет железо, степень извлечения 15%). Медь при этом извлекается на 100%, что подтверждается методом «введено-найдено» (табл.2). Таким образом, использование сшитого N-2-сульфоэтилхитозана со степенью замещения 0.5 для предварительного концентрирования ионов меди из природных и питьевых вод позволяет значительно упростить состав элюата по сравнению с исходной пробой, что позволяет увеличить эффективность концентрирования аналита. Кроме этого, проведение десорбции путем пропускания через патрон с сорбентом 0.1 моль/л раствора азотной кислоты позволяет сделать способ более экспрессным по сравнению с прототипом.