Тест-системы для индикации ионов тяжёлых металлов в объектах окружающей среды (стр. 6 из 7)
 |  |  | |
 |
ввод пробы
1- газоразрядная трубка с полым катодом
2- пламя
3- свет, прошедший через пламя
4- монохроматор
5- приёмник
6- усилитель и детектор
7- измерительный прибор
Измерения на атомно-абсорбционном спектрофотометре.
Процесс атомно-абсорбционных измерений можно разбить на два этапа: подготовительный и измерительный. Перед началом измерений для каждого конкретного случая необходимо выбрать: оптимальные значения параметров источника (величина лампы с полым катодом), тип пламени и условия введения проб и эталонов, оптимальные параметры спектрального прибора (ширина щели монохроматора).
В подготовительный этап включаются также пробоотбор и приготовление эталонов и анализируемых проб.
Измерения проводили в следующей последовательности:
1. Присоединяли лампу с полым катодом к источнику питания и устанавливали оптимальное значение силы тока, обеспечивающее стабильную работу лампы;
2. Подводили питание к приёмно-реагирующей системе (фотомножитель, усилитель и индикаторный прибор);
3. Устанавливали необходимую длину волны и величину «щели» монохроматора;
4. Устанавливали оптимальный расход подачи горючего газа и окислителя;
5. Открывали подачу окислителя (воздуха);
6. Зажигали пламя при открытии подачи ацетилена;
7. Вводили в пламя чистый растворитель (бидистиллированная вода) и устанавливали нуль прибора по шкале индикатора (Е=75);
8. Анализировали эталонные растворы;
9. Вводили в пламя горелки анализируемую пробу и снимали показания с прибора.
Глава III.Экспериментальная часть
Получение твёрдофазного носителя, составляющего основу тест-системы для обнаружения ионов никеля, меди и кобальта, осуществляли по схеме, представленной на рисунке 3.
Рисунок 3 – Блок-схема получения тест-системы
Блок-схема включает в себя следующие этапы: нанесение комплексообразователя на поверхность носителя, стабилизация тест-средства методом сушки и формирование тест-системы с учётом специфичности определяемых ионов.
В три химических стакана помещали навеску силикагеля массой по два грамма, приливали реактив Чугаева (10 мл), диэтилдитиокарбамат свинца в четырёххлористом углероде (10 мл) и тиоцианат аммония (10 мл), перемешивали и оставляли на 24 часа при t 20-25°С. После чего, сорбент с иммобилизованными комплексообразователями стабилизировали методом тепловой обработки 8 часов при t 30-35°С.
Для формирования тест-системы было проведено комплексное исследование влияния различных факторов на сорбционную ёмкость, специфичность и чувствительность тест-средства.
Сорбционную ёмкость определяли по количеству связавшегося с носителем определяемого иона из раствора.
Сорбционную ёмкость ионов кобальта определяли колориметрическим методом. Для этого в пять пробирок внесли по 3 мланализируемого раствора хлорида кобальта с концентрациями: 10 мг/л, 15 мг/л, 20 мг/л, 25 мг/л, 30 мг/л. В каждую пробирку прибавили по 1 мл раствора тиоцианата аммония. Голубая окраска проявлялась в течение 5 минут. На приборе ФЭК КФК-2 измеряли оптическую плотность полученных растворов при длине волны 540 нм и при толщине кюветы 1,040 мм. Стандартом служил раствор, содержащий 3 мл дистиллированной воды и 1 мл тиоцианата аммония. Полученные результаты представлены в таблице 2 и на рисунке 4.
Таблица 2- Оптическая плотность и процент пропускания анализируемых растворов хлорида кобальта в присутствии тиоцианата аммония
| № пробирки | Концентрация анализируемого раствора, мг/л | D | T, % |
| 1 | 10 | 0,165 | 69 |
| 2 | 15 | 0,130 | 75 |
| 3 | 20 | 0,120 | 76 |
| 4 | 25 | 0,115 | 77 |
| 5 | 30 | 0,05 | 90 |
Рисунок 4 - Зависимость оптической плотности раствора хлорида кобальта от его концентрации в присутствии тиоцианата аммония
Сорбционную ёмкость по ионам меди и никеля определяли атомно-абсорбционным методом. Для этого готовили растворы хлорида никеля следующих концентраций: 10,5; 12,4; 17,8; 25,3; 35,0 мг/л. Растворы сульфата меди были следующих концентраций: 11,3; 16,3; 25,4; 34,9 мг/л.
Влияние массы сорбента на сорбционную ёмкость проводили следующим образом. К навеске тест-сорбента определённой массы добавляли раствор анализируемого иона известной концентрации и оценивали величину сорбционной ёмкости. Данные представлены на рисунке 5.
Для данных кривых было получено критериальное уравнение и рассчитана вероятность степени аппроксимации.
У1 = -35,711x3 + 72,202x2 + 3,5789x + 52,813 (для ионов кобальта)
R2 = 0,9981;
У2 = -29,617x3 + 63,305x2 - 7,872x + 69,347 (для ионов никеля)
R2 = 0,9999;
У3 = 61,09x3 - 226,24x2 + 275,44x - 10,297 (для ионов меди)
R2 = 1.
Рисунок 5 – Влияние массы сорбента на сорбционную ёмкость
Из графика видно, что максимальная сорбционная ёмкость по ионам кобальта и никеля наблюдалась при массе сорбента 1,2 г, а по ионам меди – 1г. Выбор концентрации растворов исследуемых ионов для постановки данного анализа был обусловлен валовым содержанием этих элементов в объектах окружающей среды.
Сорбционная ёмкость влияет на длину окрашенной зоны. В основу количественного определения элементов по величине окрашенной зоны положена особенность, связанная с равномерным распределением веществ в зоне, т.е. пропорциональная зависимость между размерами зон и концентрацией исследуемого раствора. Для этого нами было проведено исследование зависимости длины окрашенной зоны от концентрации анализируемого иона в растворе. Сорбент с иммобилизованным комплексообразователем помещали в стеклянную трубку диаметром 10 мм и длиной 100 мм. Через полученную систему пропускали раствор анализируемого иона известной концентрации. Наблюдалось развитие окраски тест-средства в результате взаимодействия комплексообразователя, закреплённого на носителе с исследуемым ионом.
Химизм реакций комплексообразования представлен на рисунке 6.
Со2+ + 6SCN- = [Co(SCN)6]4-
Рисунок 6 – Реакции комплексообразования ионов кобальта, никеля и меди с соответствующими лигандами
Полученные результаты представлены на рисунке 7.
Рисунок 7 – Зависимость длины окрашенной зоны от сорбционной ёмкости
Нами исследована специфичность тест-средства. Полученные данные представлены в таблице 2.
Таблица 3 – Влияние разноимённых ионов на специфичность тест-системы
| № п/п | Специфичность тест-системы Cu2+-Ni2+ | Специфичность тест-системы Cu2+ - Co2+ | ||||||||||
| Cu2+ | Ni2+ | Cu2+ | Co2+ | |||||||||
| Снач, мг/л | Скон, мг/л | Сорбция, % | Снач, мг/л | Скон мг/л | Сорбция, % | Снач мг/л | Скон, мг/л | Сорбция, % | Снач мг/л | Скон, мг/л | Сорбция, % | |
| 1 | 11,3 | - | 100,0 | 12,4 | 11,9 | 4,0 | 11,3 | - | 100,0 | 21,7 | 21,2 | 2,3 |
| 2 | 16,3 | 0,2 | 98,0 | 17,8 | 17,2 | 3,4 | 16,3 | 0,6 | 96,3 | 30,5 | 30,1 | 1,3 |
| 3 | 34,9 | 5,4 | 85,0 | 35,0 | 34,4 | 1,7 | 34,9 | 4,8 | 86,2 | 50,0 | 49,3 | 1,4 |
Проанализировав данные таблицы 2, можно сделать вывод, что отдельно взятое тест-средство отличается специфичностью, которая позволяет сформировать тест-системы следующим образом: медь-никель и медь-кобальт.