Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ТЕСТ-ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ СВИНЦА С СУЛЬФАРСАЗЕНОМ

Торопов Л.И. 1
1 ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», Пермь
Рассмотрена возможность определения ионов свинца (II) тест-методом с использованием хроматографической бумаги (ХБ) и пластин для тонкослойной хроматографии (ТСХ), модифицированных сульфарсазеном. Найдены оптимальные условия импрегнирования реагентом тест-полос. Исследовано влияние на определение Pb2+сопутствующих катионов (Cd2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+, Ca2+, Mg2+, Ni2+, Co2+, Hg2+). Установлено, что для определения ионов свинца в сходных условиях предпочтительней использовать хроматографическую бумагу. С использованием реактивной индикаторной бумаги на основе ХБ разработана тест-методика визуального определения 1–50 мг/л Pb(II). Продолжительность анализа 3–5 мин. Относительное стандартное отклонение результатов анализа не превышает 0,12. Предел определения – 1 мг/л.
тест-метод
хроматография на бумаге
свинец
сульфарсазен
1. Сульфарсазен // Википедия. Свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. – URL: http://ru.wikipedia.org/ (далее «Указатель А–Я») (дата обращения: 29.11.2011).
2. ГОСТ 18293–72. Вода питьевая. Методы определения содержания свинца, цинка и серебра.
3. Сульфарсазен [Электронный ресурс]. – URL: http://www.ormet.ru/info.php?id=0407051 (дата обращения: 03.12.2011).
4. Торопов Л.И., Урявина О.Г. Химико-атомно-эмиссионный анализ порошков // Журн. аналит. химии. – 1995.– Т. 50. – № 2. – С. 177–180.
5. Третьяков В.Г., Амелин А.В. Пластины для тонкослойной хроматографии с адсорбционно закрепленными реагентами в химических тест-методах анализа // Журн. аналит. химии. – 2005. – Т. 60. – № 3. – С. 291–296.
По степени воздействия на живые организмы свинец отнесен к классу высокоопасных веществ наряду с мышьяком, кадмием, ртутью, селеном, цинком, фтором и бенз(а)пиреном (ГОСТ 17.4.1.02-83).

Цель работы - создание простых и дешевых тест-систем для быстрого определения ионов свинца на уровне их предельно допустимых концентраций в технологических и сточных водах.

Изготовление тест-полос. Для изготовления тест-полос использованы хроматографическая бумага (ХБ) толщиной b = 0,36 и 0,19 мм и пластины для тонкослойной хроматографии (ТСХ), перспективные при иммобилизации на них красителей различного типа [5].

Хроматографическую бумагу и пластины для ТСХ (Silufol, размер частиц 0,07-0,1 мм) однократно пропитывали 0,05%-ным раствором сульфарсазена в 0,05 М растворе буры (1,8 мл) с добавлением 2 М NaOH (1,2 мл). Индикаторные полоски сушили потоком теплого воздуха. Полученные реактивную индикаторную бумагу (РИБ) и пластины разрезали на полоски длиной 5 см и шириной 0,5-1 см. С одной стороны полоски отмечали линию финиша для исследуемого раствора на расстоянии 1,0 см от конца полоски. Затем заклеивали в полимерную пленку для предотвращения окисления реагента кислородом воздуха и его вымывания из тест-матрицы при контакте с анализируемой жидкостью. У основания тест-полоски оставляли свободными от пленки (~ 1 мм) для увеличения площади контакта с исследуемым раствором.

Методика эксперимента. В химический стакан емкостью 50 мл вносят исследуемый раствор, создают необходимую кислотность среды, добавляют, при необходимости, маскирующий реагент. Содержимое стаканчика тщательно перемешивают. В анализируемый раствор опускают приготовленные тест-полоски РИБ или полоски для ТСХ. Появляется окрашенная зона, которая является аналитическим сигналом присутствия свинца в растворе. После того как исследуемый раствор дойдет до метки, тест-полоску вынимают из него и измеряют длину окрашенной зоны L.

Результаты исследования и их обсуждение

Выбор оптимального значения pH-среды. Известно, что сульфарсазен (плюмбон) при рН 7,0-7,3 образует комплексное соединение со свинцом, экстрагирующееся дитизоном в CCl4 при рН 9,2-9,6 [2]. В то же время из других источников следует, что этот реагент используется для фотометрического определения Pb(II), Zn, Cd, Hg(II) при pH 9,0-10,5 и как металлохромный индикатор для титриметрического определения Pb при pH 9,8-10 [1; 3].

Предварительными исследованиями установлено, что оптимальное значение pH (9,55) для увеличения скорости процесса импрегнирования достигается растворением сульфарсазена в буре при добавлении дополнительного количества натриевой щелочи. Поэтому анализ проб рекомендуется проводить при pH 9,55, что также способствует уменьшению мешающего влияния примесей на определение Pb2+.

Определение оптимального размера тест-полосы. Рассмотрено влияние размеров (длина и ширина) специально приготовленных тест-полос на эффективность визуального фиксирования результатов хроматографирования. Установлено, что для импрегнированной ХБ ширина полос особого значения не имеет, в то время как на обработанных сульфарсазеном пластинах для ТСХ наблюдается значительное снижение длины окрашенной зоны при увеличении их ширины. При этом различие в концентрациях практически нивелируется (табл. 1).

Таблица 1 - Зависимость длины окрашенной зоны от ширины тест-полос

CPb,

мг/л

Ширина пластин для ТСХ, мм

Ширина РИБ0,36*, мм

10

7

5

10

7

5

Длина окрашенной зоны, мм

10

5,7

7,7

10,3

13,2

13,3

13,3

20

6,3

8,5

13,3

17,5

17,6

17,7

   * 0,36 - толщина реактивной индикаторной бумаги, мм. 

Исходя из необходимости проведения экспресс-анализа (1-2 мин) на содержание ионов Pb2+ была выбрана длина тест-полос (с шириной 5 мм), равная 5 см, что соответствует прохождению анализируемого раствора со средней скоростью 4 см/мин.

Влияние мешающих элементов. Мешающее влияние элементов, аналогично реагирующих с сульфарсазеном - Cd2+, Zn2+, Hg2+ [3], а также часто содержащихся в сточных и технологических водах - Fe3+, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Ni2+, Co2+, устраняли введением в исследуемый раствор тартрата натрия (C4H4O6Na2∙2H2O). Установлено, что определению свинца в присутствии 0,2 М тартрата натрия не мешают кратные избытки изученных ионов:  Fe3+ и Ca2+ - 5000, Cd2+ - 2200, Zn2+ - 1800, Ni2+ - 1500, Cu2+ - 640, Mg2+ - 120, Co2+ - 60. Содержание ионов ртути (II) в анализируемой воде не должно превышать ПДК более чем в 400 раз, т.е. должно быть ≤ 0,2 мг/л Hg2+.

Исследование влияния концентрации ионов свинца (II) на визуально-метрические характеристики окрашенной зоны. Исследование проводилось согласно методике эксперимента: тест-полосы помещали в химические стаканы, содержащие различные концентрации Pb, мг/л: 100; 50; 40; 30; 20; 10; 1;   0,5; 0,2; 0,1; 0,04. Изучалось распределение соединения Pb2+ с сульфарсазеном на тест-полосах, изготовленных из пластин для ТСХ и из ХБ различной толщины.

Из данных табл. 2 и рис. 1 следует, что наиболее предпочтительна для определения свинца (II) хроматографическая бумага толщиной 0,36 мм. При использовании более тонкой бумаги (0,19 мм) поднятие верхней границы окрашенной зоны несколько меньше, что более значимо в области низких концентраций Pb2+ (рис. 2). Поэтому изменение размеров окрашенной зоны в присутствии маскирующего агента было изучено на РИБ0,36. Присутствие тартрата натрия в анализируемом растворе при CPb2+ = 1 мг/л снижает длину окрашенной зоны на 3,1 мм (табл. 2), и дальнейшее снижение концентрации ионов элемента существенно увеличивает погрешность их определения по параметру L. Однако добавление тартрата натрия способствует усилению интенсивности окраски зоны и ее резкости, что облегчает визуальное определение L.

Таблица 2 - Зависимости длины окрашенной зоны тест-полос* от CPb

 

Тест-

средства

Концентрация ионов Pb2+, мг/л

100

50

40

30

20

10

1

0,5

0,2

0,1

0,04

Длина окрашенной зоны, мм

РИБ0,36

32,0

26,7

23,9

20,7

17,2

13,3

9,7

7,7

5,7

4,3

3,0

РИБ0,36 +

тартрат натрия

25,0

19,3

16,8

14,3

11,7

9,3

6,6

5,3

3,7

2,7

-

РИБ0,19

31,3

25,7

22,7

19,3

15,8

12,5

9,0

7,0

5,3

4,3

3,3

Пластины

для ТСХ

25,3

20,6

18,0

15,4

13,0

10,3

-

-

-

-

-

* ширина тест-полос - 5 мм.

Следует отметить, что при использовании пропитанных реагентом пластин для ТСХ окраска сохраняется ограниченное время. При достаточно высоких концентрациях свинца оно составляет 15-20 мин, а при CPb2+ < 10 мг/л - в пределах 1 мин, очевидно, вследствие меньшей адсорбционной способности на поверхности пластины и, как следствие, разрушения комплекса с сульфарсазеном.

Из рис. 1, 2 следует, что прямолинейные зависимости с максимальным углом наклона к оси Y находятся в интервале от 1 до 50 мг/л. Таким образом, при использовании РИБ предел определения ионов Pb2+ с сульфарсазеном составляет 1 мг/л. Предел обнаружения находится на уровне 0,1 мг/л. Градуировочные зависимости аналитически значимых интервалов приведены в табл. 3.

pic

pic

Рис. 1. Зависимость длины окрашенной зоны от концентрации ионов свинца.

Рис. 2. Зависимость L от CPb2+ в области низких концентраций.

Таблица 3 - Характеристики тест-метода с различными носителями

Тест-средства

Способ

детектирования

ДОС*, мг/л

Уравнение

прямолинейной

зависимости**

I. Пластинка

    для ТСХ

     Silufol

Визуальный,

по длине

окрашенной зоны

b = 0,5 см

 

10-50

L = 7,78 + 2,56·10-1·CPb

r = 0.9999

II. Реактивная

индикаторная

бумага (0,36 мм)

Визуальный,

по длине

окрашенной зоны

1-50

 

 

с тартратом

1-50

L = 9,81 + 3,48·10-1·CPb

r = 0.9979

 

L = 6,54 + 2,57·10-1·CPb

r = 0.9996

III. Реактивная

индикаторная

бумага (0,19 мм)

Визуальный,

по длине

окрашенной зоны

 

 

1-50

L = 8,93 + 3,41·10-1·CPb

r = 0.9995

 

* ДОС - диапазон определяемых содержаний;  b - ширина тест-полоски.

** L - длина окрашенной зоны, мм; С - концентрация, мг/л; r - коэффициент корреляции.

На основании проведенных исследований разработана методика определения содержания свинца (II) в водах с повышенным его содержанием, например в технологических и сточных водах предприятий производства кабельной продукции и химического машиностроения.

Методика определения. В химический стакан емкостью 50 мл вносят 4 мл исследуемого раствора, добавляют 1 мл 1 М тартрата натрия (при необходимости); 4 М NaOH создают рН среды ≥ 9 (по индикаторной бумаге). В анализируемый раствор опускают тест-полоску РИБ0,36. По достижении исследуемым раствором заранее поставленной метки на расстоянии 4 см от начала (50-60 с) тест-полоску вынимают и измеряют длину окрашенной зоны L. Содержание свинца рассчитывают по соответствующему уравнению (табл. 3).

Для оценки правильности и воспроизводимости результатов анализа тест-методом была исследована сточная вода Пермского электротехнического завода (после ванн никелирования гальванического цеха). Концентрация свинца в пробах до и после очистки воды, определенная атомно-эмиссионным методом [4], составляла соответственно 1,875 и 0,187 мг/л. С учетом разбавления в процессе подготовки проб к анализу исходная концентрация уменьшится до 1,5 мг/л и 0,15 мг/л Pb2+. Поэтому перед определением отобранные пробы воды дополнительно концентрировали упариванием: до очистки (вход) - в 2 раза, а после очистки (выход) - в 5 раз. Ввиду наличия в воде значительных количеств никеля определение проводили согласно методике с введением тартрата натрия. Для установления вышеназванных характеристик в области минимальных концентраций использовали метод добавок. В качестве добавки в пробу сточной воды (4 мл) вводили Pb(NO3)2 (0,5 мл) из расчета конечной концентрации Pb2+ = 1 и 10 мг/л, приливали 0,5 мл 2 М тартрата натрия, добавляли 2-3 к 4 М NaOH. Результаты определения приведены в табл. 4.

Таблица 4 - Результаты определения свинца (II) в сточной воде (n = 3; P = 0,95)

 


Проба

Введено,

мг/л

Найдено тест-методом

L, мм

CPb, мг/л

(f )

Отн. погрешность,%

f

Sr

Вход

- (1,5)*

6,9

1,4 ± 0,2

14,3

0,058

Вход + эталон

10 (1,5)

9,4

11,1 ± 0,4

3,6

0,015

Выход + эталон

1 (0,15)

6,8

1,0 ± 0,1

10,0

0,040

Вход, упаривание

- (3,0)

7,3

3,0 ± 0,2

6,7

0,027

Вход упаривание

+ эталон

10 (3,0)

9,8

12,7 ± 0,3

2,4

0,010

Выход, упаривание

+ эталон

1 (0,75)

6,9

1,4 ± 0,4

28,6

0,12

* В скобках указана концентрация Pb2+ в исходной пробе с учетом разбавления и упаривания.

Как следует из табл. 4, правильность и воспроизводимость вполне удовлетворительны для визуального определения. Продолжительность анализа, при наличии исходных растворов и с учётом расчета содержания Pb2+ по уравнению, составляет 3-5 мин. Относительное стандартное отклонение результатов анализа в области минимальных концентраций свинца (II) не превышает 0,12.

Таким образом, разработанная методика определения свинца (II) с сульфарсазеном позволяет быстро и с высокой степенью достоверности определять содержание Pb2+ в технологических и сточных водах химических предприятий.


Библиографическая ссылка

Торопов Л.И. ТЕСТ-ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ СВИНЦА С СУЛЬФАРСАЗЕНОМ // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=5112 (дата обращения: 29.07.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074