Антропогенне забруднення навколишнього середовища багато в чому пов'язане з мікроелементами із групи важких металів і викликає серйозну заклопотаність своїми негативними наслідками для здоров'я нації в цілому. Відомо, що в безпосередній близькості від багатьох промислових підприємств утворюються зони з підвищеним вмістом плюмбуму, ртуті, кадмію, нікелю й інших токсичних мікроелементів, результатом цього є збільшення їх вмісту в природних ґрунтових водах та вірогідності накопичення в організмі людини, що представляє загрозу для здоров'я і навіть життя [1-2].
Низькі значення ГДК токсичних елементів у водах вимагають попереднього концентрування при їх визначенні. Метод сорбційного концентрування найбільш зручний для таких цілей [3-4], а модифіковані кремнеземи, завдяки високим кінетичним характеристикам, є пріоритетними серед сорбентів [5].
Об'єкти та методи дослідження
У попередніх дослідженнях [6-7] нами було показано, що високодисперсний кремнезем, модифікований функціональними групами 6-пропіламідо-2-піридиндикарбонової кислоти (PyCOONa — CX)
є селективним до деяких важких металів. Тому подальші дослідження були спрямовані на встановлення хіміко-аналітичних властивостей PyCOONa — CX та можливості його застосування для визначення іонів біотоксикантів із бюветних вод.
Результати та обговорення
Принцип методу. Метод полягає у твердофазній екстракції іонів Cu(ІІ), Pb(ІІ), Cd(ІІ) та Zn(ІІ) за рахунок перебігу реакції комплексоутворення між вказаними іонами і групами 6-пропіламідо-2-піридиндикарбонової кислоти, ковалентно закріпленими на поверхні SiO2 з наступним визначенням вмісту зазначених іонів в елюаті за допомогою вольтамперометричного методу аналізу.
Апаратура. Аналізатор вольтамперометрич-ний АВА-2, електрохімічна комірка, що складається з графітового (індикаторного) електроду, хлорид-срібного електроду порівняння та допоміжного платинового електроду. Перистальтичний насос, хроматографічна колонка з PyCOONa-CX, іономер ЭВ — 74, мірні колби на 25 мл та на 1 л.
Реактиви. Наважка кремнезему PyCOONa-CX масою 0,5 г, 1 л водопровідної води, кислота сульфатна 0,01 М, кислота сульфатна 0,1 М, 4 М розчин хлориду амонію, кислота хлоро-воднева 5x10-3 М.
Методика визначення. У конічну колбу вміщають 1 л попередньо профільтрованої води, що аналізується, додають 10 мл 1 М сульфатної кислоти, 10 мл 10 % розчину персульфату амонію й кип'ятять впродовж 20 хв. Після охолодження розчину нейтралізують надлишкову кислоту за допомогою 0,1 М розчину амоніаку до рН 6-7 і отриманий розчин зі швидкістю 10 мл/хв. пропускають через адсорбційний патрон, що заповнено 0,5 г PyCOONa-CX. Після пропускання всього об'єму, патрон промивають 10 мл дистильованої води та десорбують адсорбовані метали 5 мл 0,5 М розчином нітратної кислоти. Вміст металів в елюаті визначають інверсійно-вольтометрично. Результати визначення наведено в табл. 1.
Таблиця 1
Сорбційно-вольтамперометричне визначення Pb(ІІ), Cu(ІІ), Zn(ІІ) у бюветних водах методом добавок (Pb(ІІ), Cu(ІІ), Zn(ІІ)) з використанням PyCOONa-CX, як сорбенту (mсорб.=0,5 г, V=1 л, d = 0,5 см, h = 20 мм, рН=5,5, v = 5 мл/хв, t(p=0.95, n=3)=4.30).
Методика вольтамперометричного визначення концентрації металів у розчині.
Вольтамперометричне визначення плюмбуму (й інших металів, зокрема цинку) виконували методом добавок за методикою [8]. В електролітичний стакан поміщали 9 мл нітратно-кислого фонового розчину. Задавали параметри комп'ютерної програми: потенціал катодного накопичення –1,1 В, час накопичення — 60 с, діапазон потенціалів анодної розгортки від –1,1 В до + 0,2 В, швидкість розгортки 0,5 В/с. Запускали програму виконання першої стадії вимірювань. Після одержання вольтамперограми фону прилад вимикали. Далі, не виймаючи електроди, до розчину в стакані додавали 1 мл досліджуваного розчину з невідомим вмістом металу. Знову вмикали прилад і запускали програму виконання другої стадії вимірювання. З одержаної вольтамперограми розчину проби записували висоту піку струму (Іх) при потенціалі іонізації плюмбуму. Вимикали прилад. До розчину у стакані, не виймаючи електроди, додавали добавку (0,1-0,2 мл) стандартного розчину плюмбуму і знову вмикали прилад, запускаючи програму виконання останньої стадії вимірювання. На отриманій вольтамперограмі визначали висоту анодного піку плюмбуму з добавкою (Іа+х). Запускали програму огляду отриманих результатів: вольтамперограми фону, проби та проби з добавкою. Концентрацію плюмбуму у розчині, отриманому додаванням 1 мл дослідженого розчину та 9 мл фонового електроліту, розраховували за формулою (1):
де Іх — висота піку струму в розчині проби, Іа+х — висота струму в розчині проби з добавкою стандарту плюмбуму Сх — невідома концентрація плюмбуму в розчині, що аналізується, мкг/л, Са — концентрація добавки плюмбуму в розчині, яка розраховується за формулою 2:
Ca = Cдоб x Vдоб / Vх+доб(мкг/л) (2)
де Сдоб — концентрація стандартного розчину плюмбуму, 1000 мкг/л, Vдоб — об'єм добавки (0,2 мл), Vx+доб — об'єм розчину з добавкою (10,2 мл).
Вольтамперометричні визначення металів здійснювали з використанням вольтамперо-метричного аналізатора АВА-2, електрохімічна комірка якого складається з графітового індикаторного електроду, хлоридсрібного електроду порівняння та допоміжного платинового електроду [8].
На рис 1 наведено інверсійно-вольтамперо-метричні криві деяких зразків бюветних вод, а в табл. 1 результати розрахунків концентрації іонів купруму плюмбуму та цинку у пробах елюатів.
Рис.1 Приклади кривих інверсійно-вольтамперометичного визначення іонів цинку, плюмбуму та купруму в різних порціях елюатів, отриманих шляхом кислотного відмивання адсорбційного патрону PyCOONa-CX після пропускання через нього 1000 мл води з бювету:
1) пр. Бажана; 2) пр. Григоренка; 3) вул. Драгоманова (V=10мл, S=100):
1) бідистилят, 2) елюат, 3) елюат з добавкою.
ЛІТЕРАТУРА
1. Державні санітарні правила і норми "Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання", №383 від 23.12.96. Затверджено МОЗ України.
2. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий (СН-245-71). Приложение 4. Изд. Официальное. М., Стройиздат,1972. 96 с.
3. Кузьмин Н.М. Концентрирование следов элементов. / Н.М. Кузьмин, Ю.А. Золотов —М.:Наука,1988. — 267с.
4. Мицуике А. Методы концентрирования микроэлементов в неорганическом анализе. / А. Мицуике — М.:Химия, 1986. — 151с.
5. Зайцев В.Н. Комплексообразующие кремнеземы: синтез, строение привитого слоя и химия поверхности. / В.Н. Зайцев Харьков: Фолио, 1997. — 240 с.
6. Рева Т.Д. Сорбційна здатність кремнеземів з прищепленими комплексоутворюючими групами до іонів Zn(II), Hg(II), Fe(III), Cu(II) та Pb(II) / Т.Д. Рева, В.М. Зайцев, О.М. Трохименко // Методы и объекты химического анализа. — 2008. — Т. 3, № 2. — С. 202–206.
7. Модифікований сорбент для вилучення іонів металів із розчинів: Заявка на винахід №20031110242, рішення про видачу патенту від 21.01.2004, МПКB01J20/10./ В.М. Зайцев, С.О. Алексєєв, Т.Д. Рева, Г.М. Зайцева, С.М. Гождзінський-Заявлено 13.11.2003. Основы аналитической химии / — М.Высшая школа,2000. — 32;183 c.
REFERENCES
1. Derzhavni sanitarni pravyla i normy "Voda pytna. Gigienichni vymogy do yakosti vody centralizovanogo gospodars'ko-pytnogo vodopostachannya", №383 vid 23.12.96. Zatverdzheno MOZ Ukrainy.
2. Sanitarnye normy proektirovaniya promyshlennykh predpriyatij (SN-245-71). Prilozhenie 4. Izd. Oficial'noe. M., Strojizdat,1972. 96 s.
3. Kuz'min N.M. Koncentrirovanie sledov elementov. / N.M. Kuz'min, Yu.A. Zolotov —M.:Nauka,1988. — 267s.
4. Micuike A. Metody koncentrirovaniya mikroelementov v neorganicheskom analize. / A. Micuike — M.:Khimiya, 1986. — 151s.
5. Zajcev V.N. Kompleksoobrazuyuschie kremnezemy: sintez, stroenie privitogo sloya i khimiya poverkhnosti. / V.N. Zajcev Khar'kov: Folio, 1997. — 240 s.
6. Reva T.D. Sorbcijna zdatnist' kremnezemiv z pryscheplenymy kompleksoutvoryuyuchymy grupamy do ioniv Zn(II), Hg(II), Fe(III), Cu(II) ta Pb(II) / T.D. Reva, V.M. Zajcev, O.M. Trokhymenko // Metody i ob'ekty khimicheskogo analiza. — 2008. — T. 3, № 2. — S. 202–206.
7. Modyfikovanyj sorbent dlya vyluchennya ioniv metaliv iz rozchyniv: Zayavka na vynakhid №20031110242, rishennya pro vydachu patentu vid 21.01.2004, MPKB01J20/10./ V.M. Zajcev, S.O. Alekseev, T.D. Reva, G.M. Zajceva, S.M. Gozhdzins'kyj-Zayavleno 13.11.2003. Osnovy analiticheskoj khimii / — M.Vysshaya shkola, 2000. — 32; 183 c.
Надійшла до редакції 6.03.2012 р.