Способ концентрирования и определения меди, свинца и кадмия
Владельцы патента RU 2361660:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дагестанский государственный университет (RU)
Изобретение относится к области аналитической химии. Способ аналитического определения меди, свинца и кадмия в пробе включает контактирование пробы с цинкомом, предварительно нанесенным на высокоосновной анионит JRA-400 из водно-ацетоного раствора, и определение упомянутых элементов методом спектроскопии диффузного отражения при длинах волн 630 нм, 510 нм и 570 нм для меди, свинца и кадмия, соответственно. Технический результат состоит в создании новых эффективных твердых фаз для концентрирования и количественного определения тяжелых токсичных металлов в водах различного происхождения и молокопродуктах. 4 табл.
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.
Аналитическая ценность полученного полимерного комплексообразующего сорбента определялась по следующим показателям: оптимальный диапазон рН (рНопт), степень сорбции (R, %), кинетические характеристики (τопт), сорбционная емкость по иону металла (СЕСМе), сорбционная емкость по реагенту (аопт), 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, % | рНопт | τопт, мин | аопт, модификатора и СЕСМе, мг/г | Д·104 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
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% HNO3. 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, % | Sr |
| 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.
Как видно из данных табл.3, относительное стандартное отклонение (Sr) 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.
К 1 л отфильтрованной от механических примесей анализируемой воды добавляют 6 мл разбавленной H2SO4 (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 | Sr |
| 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±0,8 13,4±0,9 18,6±0,7 |
0,07 0,05 0,03 |
| 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.
Способ аналитического определения меди, свинца и кадмия в пробе, включающий контактирование пробы с реагентом - цинкомом и определение упомянутых элементов методом спектроскопии диффузного отражения, отличающийся тем, что контактирование осуществляют с цинкомом, предварительно нанесенным на высокоосновной анионит JRA-400 из водно-ацетоного раствора с получением сорбента, при этом контактирование пробы с сорбентом осуществляют при рН 4,0-9,0 в течение 10 мин, обеспечивая концентрирование определяемых элементов, а величину диффузного отражения измеряют при длинах волн 630 нм, 510 нм и 570 нм для меди, свинца и кадмия, соответственно.
