СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕДИ, СВИНЦА И КАДМИЯ Российский патент 2009 года по МПК B01J20/26 G01N33/18 

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 (рН_опт), степень сорбции (R, %), кинетические характеристики (τ_опт), сорбционная емкость по иону металла (СЕС_Ме), сорбционная емкость по реагенту (а_опт), 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, % рН_опт τ_опт, мин а_опт, модификатора и СЕС_Ме, 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, % S_r 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 (S_r) 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 S_r 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.

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.

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.