научная статья по теме ОПРЕДЕЛЕНИЕ РТУТИ В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ Химия

Текст научной статьи на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ РТУТИ В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ»

ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2008, том 63, № 3, с. 322-326

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РТУТИ В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Алтайский государственный университет 656049 Барнаул, просп. Ленина, 61 Поступила в редакцию 06.10.2006 г.

На примере количественного извлечения токсиканта из снеговых вод с помощью расслаивающейся системы без органического растворителя (вода-антипирин-сульфосалициловая кислота) реализовано определение малых концентраций ртути. Образующийся в результате кислотно-основного взаимодействия в режиме in situ органический компонент системы использован в микролитровых количествах для модифицирования графитового индикаторного электрода и регистрации аналитического сигнала ртути. Для достоверности результатов вольтамперометрического метода использован независимый метод "холодного" пара. Приготовленный расслаиванием органический компонент использован для извлечения ртути из консервативных компонентов экосистемы: твердых частиц снега, сконцентрированных мембранным фильтром из снеговой воды, речных взвесей - из поверхностной воды, пойменных почв, а также образцов рыб. Обсуждены особенности извлечения ртути смесью минеральных кислот и жидким органическим компонентом расслаивающейся системы без органического растворителя.

При фоновом мониторинге водных экосистем и особенно атмосферных осадков появляется задача определения малых концентраций ртути. Пределы обнаружения с применением флуоресцентной спектрометрии достигают 0.02-0.05 нг/л [1] после дву стадийного концентрирования ана-лита газожидкостным отделением с последующим амальгамированием. Такие аналитические технологии необычайно дороги и по этой причине малодоступны для выполнения массовых анализов. В работе [1] амальгамирование дает коэффициент концентрирования 7-8 и по этому параметру сравнимо с абсолютным концентрированием в расслаивающихся системах без органического растворителя [2, 3]. Такие системы перспективны с позиций "зеленой" аналитической химии, поскольку вода служит единственным жидким компонентом расслаивающейся системы. В качестве объекта аналитического применения исследована система вода-антипирин-сульфосалициловая кислота. Реагенты (твердые вещества) доступны для аналитиков.

Цель работы - апробирование указанной расслаивающей системы для количественного извлечения и определения ртути в компонентах речных систем: снежном и почвенном покровах, взвешенном веществе и образцах рыб.

Из литературных данных о подобной тройной системе вода - производное пиразолона - нафта-лин-2-сульфокислота [3] выбран оптимальный интервал составов 15-20 ммоль антипирина (АпШ) и

7-10 ммоль 2-водной-сульфосалициловой кислоты (HSSA) при общем объеме системы 10 мл.

Снеговая вода (модельные растворы). В стеклянную пробирку общим объемом 10 мл вводили сухие порошкообразные химические реагенты: антипирин "фармокопейный" (брутто формула C11H12N2O, т. пл. 113°С, молярная масса 188.23 г), сульфосалициловую кислоту (ГОСТ 4478-78, брутто формула C7H6O6S ■ 2H2O, молярная масса 254.21 г) в количествах, например, 2.8 г и 1.8 г соответственно, и разбавляли фильтратом снеговой воды (подкисленным HCl как описано ниже) до 10 мл. Пробирку плотно закрывали пробкой, интенсивно встряхивали 5 мин, отстаивали 15-30 мин при 25°С, центрифугировали 5-10 мин, отбирали 0.5 мл нижней фазы, добавляли 0.5 мл 0.1 М HCl и определяли ртуть методом "холодного" пара (температура кварцевой печи 140°С) после восстановления 1 мл 3%-ного щелочного раствора NaBH4 в потоке аргона около 50 мл/мин, затем сигнал атомно-аб-сорбционного поглощения (AAS 1N, ГДР) относительно излучения ртутной лампы с полым катодом ООО "Кортек" (аналитическая линия 253.7 нм) регистрировали однокоординатным самописцем в координатах абсорбция - время. Типичные кинетические зависимости представлены на рис. 1. Методом введено-найдено определяли степень извлечения ртути данной системой из модельных водных растворов (табл. 1) с добавками ГСО 7263-69 состава ионов ртути 0.95-1.05 мг/мл, приготовленных последовательным разбавлением. Модельные растворы готовили из 2 М растворов реагентов при оптимальном соотношением объемов 2 М растворов антипирина и сульфосалици-

ловой кислоты 2:1. Общий объем системы равен 10 мл, объем органического компонента системы после расслаивания - 1 мл. Степень извлечения ртути в органический компонент составила 96.5; 95.0; 97.0%, что позволяет использовать такой экстракт для извлечения ртути из природной снеговой воды с коэффициентом распределения 170-290. Сигнал ртути, оставшейся в водной фазе системы, соизмерим с сигналом контрольного опыта в методе "холодного" пара (около ±0.01 нг Hg/мл).

В дальнейшем метод "холодного" пара применяли как независимый для градуировки электрохимического способа.

Несмотря на разнообразие природных объектов (твердые частицы снежной массы, почва, речные взвеси, органы рыб) подготовка проб к анализу была унифицирована.

Твердые частицы снега (ЧС). Снеговые керны (диаметром 3.2 см и высотой 60-70 см) отбирали в пойме р. Барнаулки по 5 штук для каждой точки (7 точек отбора, табл. 2). Пробы объединяли, тщательно перемешивали и доставляли в лабораторию в замороженном виде. В лаборатории отделяли аликвотные части снега массой около 1 кг, помещали в стеклянные стаканы, закрывали чашками Петри. Талую снеговую воду затем фильтровали с помощью прибора В.С. Куприна (ГР 60) в атмосфере аргона через мембранный ядерный фильтр (d = 0.11 мкм). Фильтрат с растворенными формами ртути подкисляли конц. HCl (5 мл HCl на 1 л воды). ЧС на фильтре высушивали под ИК лампой до постоянной массы. Затем каждый фильтр разрезали на две равные части. Одну половину фильтра обрабатывали смесью 2 мл HNO3, 1 мл H2SO4 и 1 мл HCl на водяной бане, а другую - 2 мл органического компонента расслаивающейся системы вода - AntH - HSSA в бюксах при комнатной температуре.

Почва (П). Донные отложения (ДО). Под снегом отбирали почвенный покров на глубину 510 см. В лаборатории почвенные образцы отделяли от растений, определяли их влажность, просеивали через сито 1 мм и брали навески почв массой не менее 0.5 г, помещали в бюксы и заливали 2 мл нижней фазы системы вода - AntH - HSSA. ДО брали с помощью дночерпателя грейферного типа и готовили к анализу подобно П.

Речные взвеси (ВВ) концентрировали из поверхностных вод фильтрованием, но речную воду не анализировали. Пробы взвешенного вещества к анализу готовили подобно ЧС.

Рыба. 4 экземпляра леща (масса 0.5-0.8 кг, возраст 4-4.5 г) выловлены в пойменных озерах Верхней Оби, приготовлены сырые параллельные навески массой 1-2 г тканей и органов ( мышцы, печень, жабры, сердце), одну серию обрабатывали 4 мл органического компонента системы, а другую - указанной выше смесью минеральным

А - абсорбция; г - время; I - сила тока; Е - потенциал модифицированного графитового электрода

Рис. 1. Кинетические зависимости в ААС "холодного" пара ^ (левый столбец) и в ИВА графитового электрода, покрытого 1 мкл органической компоненты (правый столбец).

кислот с добавкой 1 мл НС104. Для сравнительного анализа использовали экземпляр амурской горбуши.

Результаты определений представлены в табл. 2. Даже в снеговом фильтрате городских территорий растворимые формы ртути содержатся в таких малых количествах, что для их определения необходимо дополнительное концентрирование,

Таблица 1. Метрологические характеристики определения ртути расслаивающейся экстракционной системой вода-антипирин-сульфосалициловая кислота (введено 0.0025 мкг ртути)

Найдено Hg, мкг R, %

0.00240 ± 0.0001 96 ± 4

Примечание: Я - степень извлечения, общий объем системы 10 мл. Объем органического компонента 1 мл. Аликвота для метода "холодного" пара 0.5 мл.

Таблица 2. Результаты определения ртути (мкг/л) методом "холодного" пара в фильтрате талой воды после жидкостной экстракции вода-АпШ-НЗБА

Талая вода № пробы Водная фаза (верхняя фаза) ОК (нижняя фаза) cHg

Условно фоновый 1 <0.01 0.0087 ± 0.0002 0.0084 ± 0.0002

уровень 2 <0.01 0.0084 ± 0.0001

3 <0.01 0.0085 ± 0.0002

Городской снежный 4 <0.01 0.016 ± 0.004 0.016 ± 0.003

покров 5 <0.01 0.014 ± 0.002

6 <0.01 0.018 ± 0.002

7 <0.01 0.014 ± 0.001

Таблица 3. Метрологические характеристики градуировочных графиков

Окончание Уравнение у = а + ЬеНё [мкг/л] r Диапазон cHg, мкг/л cmin, мкг/л; Sr (n > 20)

ААС Зависимость площади пика ААС поглощения от концентрации стандартного раствора Б [см2] = 0.63 + 2.9 сН8 [мкг/л] 0.989 0.05-1.0 0.01; 0.02

ИВА Высота анодного тока в максимуме пика Е* = (0.0. 0.1) В I [мкА] = 0.16 + 2.27 ещ [мкг/л] 0.995 0.05-1.0 0.02; 0.05

Е*, В - потенциал относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода; ААС - атомно-абсорбционная спектрометрия; ИВА - инверсионная вольтамперометрия.

так как метод "холодного" пара без концентрирования не давал удовлетворительных по воспроизводимости результатов.

Во всех пробах, кроме рыб, параллельно определяли ртуть вольтамперометрически (ВА) с помощью компьютерного анализатора ТА 2 (Томск, ТПУ, ТУ 4215-000-36304081-95) на графитовом электроде c геометрической площадью 0.13 см2. Перед каждым определением поверхность графитового электрода шлифовали фильтровальной бумагой, промывали горячим бидистиллятом и наносили 1 мкл жидкого органического компонента системы. Модифицированный электрод помещали в трехэлектродную ячейку с 10 мл 0.1 М HCl (растворенный кислород предварительно вытесняли аргоном), без задержки проводили накопление ртути при -1.4 В в течение 30 с и регистрировали анодную вольтамперограмму, на которой наблюдался пик окисления ртути в интервале 0.000.10 В, линейно зависящий от концентрации ртути в органическом компоненте (табл. 3). Типичные вольтамперограммы (правый столбец на рис. 1) получали в постоянно-токовом режиме при скорости развертки 80 мВ/с при развертке потенциала от -1.2 до 1.0 В. Содержание ртути находили по градуировочному графику (табл. 3). За предел обнаружения принимали концентрацию, соответству

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎