СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДЕ Российский патент 2011 года по МПК G01N33/18 

Изобретение относится к области экологии, в частности к определению содержания тяжелых металлов в воде.

Известен способ определения тяжелых металлов в воде (заявка РФ № 93019316, G01N 30/06, 20.09.1995), основанный на анализе пробы, в которой устанавливают рН 4-6, обрабатывают комплексоном, полученную суспензию комплексов пропускают через стеклянный фильтр, концентрат растворяют в ацетонитриле и разделяют полученные хелаты металлов в хроматографической колонке, заполненной обращенно-фазным сорбентом, с последующим детектированием в УФ-области (двухволновая детекция).

Недостатком данного способа является значительная трудоемкость подготовки пробы и анализа в хроматографической колонке, а также необходимость наличия дорогостоящей аппаратуры.

Существует способ определения тяжелых металлов в воде (патент РФ № 2071050, G01N 23/223, 27.12.1996) при контроле качества питьевых вод и мониторинге водного бассейна, основанный на введении в анализируемую пробу органического реагента-комплексообразователя 1-(2-тиазолилазо)-нафтол-2 и выделение комплексов тяжелых металлов на мембранных фильтрах.

Недостатком данного способа является необходимость использования дорогостоящей аппаратуры и значительное время определения тяжелых металлов.

Известен способ (патент РФ № 2126151, G01N 33/48, 10.02.1999), сущность которого состоит в том, что при работе с биосубстратом в диагностических целях его смешивают с раствором хлорной меди, при этом в качестве растворителя используют ацетон.

Недостатком данного способа является ограниченное функциональное применение - применение только для диагностики заболеваний.

Наиболее близким к предложенному способу является изобретение (патент РФ № 2184961, G01N 33/18, 10.07.2002), сущность которого состоит в том, что при определении наличия тяжелых металлов в жидкостях в исследуемый раствор добавляют водный раствор белка известной молекулярной массы, затем среду, содержащую раствор белка и исследуемую жидкость, облучают лазерным светом, после этого определяют эффективную массу рассеивающих частиц смеси методом рэлеевского рассеяния света и по изменению этой массы по сравнению с молекулярной массой белка исходного раствора определяют наличие тяжелого металла в исследуемом водном растворе.

Недостатком данного способа является неопределенность практической применимости при различных концентрациях тяжелых металлов в водных растворах, а также значительная трудоемкость.

Задачей изобретения является повышение оперативности определения тяжелых металлов в воде и расширение функциональных возможностей применения.

Поставленная задача решается способом оперативного определения тяжелых металлов в воде, по которому биосубстрат смешивают с раствором, содержащим тяжелые металлы. В отличие от прототипа в качестве растворителя применяют этиловый спирт и воду в соотношении 6:1 и определяют индекс структуры кристаллограмм, полученных в присутствии солей тяжелых металлов: Cu²⁺, или Fe²⁺, или Zn²⁺.

Способ пояснен на фиг.1 - изменение индекса структуры кристаллограммы в зависимости от концентрации Cu²⁺, фиг.2 - изменение индекса структуры кристаллограммы в зависимости от концентрации Fe²⁺, фиг.3 - изменение индекса структуры кристаллограммы в зависимости от концентрации Zn²⁺.

В системах, моделирующих ливневый сток, содержатся тяжелые металлы: Cu²⁺, или Fe²⁺, или Zn²⁺. Кристаллограмма раствора, содержащего Cu²⁺, характеризуется дендритной структурой кристаллов и наличием ромбической сингонии. Кристаллы имеют характерный зеленоватый оттенок оксида меди. Получены кристаллограммы для раствора, содержащего Cu²⁺ при различных концентрациях: 0,5…1,0 мас.%.

Изменение индекса структуры кристаллограммы в зависимости от концентрации Cu²⁺ приведено на фиг 1. Особенностью изменения индекса структуры в зависимости от концентрации Cu²⁺ является снижение индекса структуры при повышении концентрации Cu²⁺.

Согласно фиг.1 изменение концентрации Cu²⁺ (x) в зависимости от индекса структуры кристаллограмм (y) имеет вид:

, мас.%

Кристаллограмма раствора, содержащего Fe²⁺, характеризуется слоистой структурой кристаллов и наличием тетрагональной сингонии. Кристаллы имеют характерный цвет оксида железа. Получены кристаллограммы для раствора, содержащего Fe²⁺ при различных концентрациях: 0,5…1,5 мас.%.

Изменение индекса структуры кристаллограммы в зависимости от концентрации Fe²⁺ приведено на фиг.2.

Согласно фиг.2 изменение концентрации Fe²⁺ (x) в зависимости от индекса структуры кристаллограмм (y) имеет вид:

, мас.%

Кристаллограмма раствора, содержащего Zn²⁺, характеризуется слоистой структурой кристаллов и наличием ромбической сингонии. Кристаллы бесцветны. Получены кристаллограммы для раствора, содержащего Zn²⁺ при различных концентрациях: 0,5…1,0 мас.%.

Изменение индекса структуры кристаллограммы в зависимости от концентрации Zn²⁺ приведено на фиг.3.

Особенностью изменения индекса структуры в зависимости от концентрации Zn²⁺ является увеличение индекса структуры при повышении концентрации Zn²⁺.

Согласно фиг.3 изменение концентрации Zn²⁺ (x) в зависимости от индекса структуры кристаллограмм (y) имеет вид:

, мас.%

Предложенный способ оперативного определения тяжелых металлов в воде на основе определения индекса структуры кристаллорамм, полученных в присутствии тяжелых металлов: Cu²⁺, или Fe²⁺, или Zn²⁺, являющихся характерными загрязнителями, поступающими в ливневый сток урбанизированной территории, а также биогенных веществ (содержащих NH и СО группы), содержащихся в ливневом стоке с территории города, позволяет в короткие сроки получить информацию о концентрации металлов и при этом не требует сложной аппаратуры и достаточно прост. Величина относительной погрешности индекса структуры составляет 5%.

Изобретение относится к области экологии применительно к анализу водных сред. В способе оперативного определения тяжелых металлов в воде биосубстрат смешивают с раствором, содержащим тяжелые металлы, причем в качестве растворителя применяют этиловый спирт и воду в соотношении 6:1, и определяют индекс структуры кристаллограмм, полученных в присутствии солей тяжелых металлов Cu²⁺ Fe²⁺, Zn²⁺. Достигается упрощение и ускорение анализа. 3 ил.

Способ оперативного определения тяжелых металлов в воде, по которому биосубстрат смешивают с раствором, содержащим тяжелые металлы, отличающийся тем, что в качестве растворителя применяют этиловый спирт и воду в соотношении 6:1, определяют индекс структуры кристаллограмм, полученных в присутствии солей тяжелых металлов Cu²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, и рассчитывают концентрации металлов C_Cu, C_Fe, C_Zn из соотношений
, мас.%,
, мас.%,
, мас.%,
где I_Cu, I_Fe, I_Zn - индексы структуры кристаллограмм, полученные в присутствии солеи Cu²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺.