ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ АНАЛИТИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ ПОЧВ,
РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ К ИНСТРУМЕНТАЛЬНОМУ ОПРЕДЕЛЕНИЮ
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
С.В. Темерев, В.А.Петухов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образова-
ния «Алтайский государственный университет»
г. Барнаул, Россия
Ключевые слова: тяжелые металлы, почвы, растения, животные, инструментальный метод
анализа, пробоподготовка.
В статье обобщены современные методы подготовки образцов к анализу инструмен-
тальными методами на примере тяжелых металлов. Рассмотрены экстракционные системы с
катионами пиразолония как перспективные для приготовления концентратов ртути, тяжелых
металлов, мышьяка, селена, ртутеподобных элементов, а также фенолов, нитритов и других
веществ, нормируемых в химическом мониторинге экосистем.
Аналитическая процедура предполагает строгий регламент на каждой стадии. Пробо-
отбор зависит от задачи химического мониторинга, количество проб в серии должно пред-
ставлять химический состав компонентов живой системы. Приготовление аналитических об-
разцов предполагает сокращение, экстрагирование, жидкофазную экстракцию аналита (ана-
литов) в малый объем экстрагента. Регистрация аналитических сигналов в концентратах реа-
лизуется инструментальными методами. Часто для достоверности результатов химико-
аналитического контроля ртути и тяжелых металлов пользуются на практике независимыми
методами анализа, например оптическим и электрохимическим. Подготовка образцов к ана-
лизу инструментальными методами – главнейшая стадия, определяющая на 40-60% резуль-
тат процедуры анализа (Другов, 2002; Карпов, 2003). Особую значимость приобретает про-
боподготовка в случае сложных по химическому составу аналитических образцов биологи-
ческих объектов природных и живых систем. На результат аналитической процедуры оказы-
вают решающее влияние внутренние факторы: сложная матрица, органические и неоргани-
ческие формы веществ, побочные реакции с лигандами. В сложных по составу, восприимчи-
вых к температуре химических формах аналита увеличивается значимость методов концен-
трирования (Золотов, Кузьмин, 1982), сокращается число предварительных стадий разделе-
ния как жидкофазного, так и твердофазного, связанных с потерей определяемого вещества,
возрастает роль эффективности концентрирования, селективности извлечения целевого ком-
понента in situ в соответствии с современными требованиями «зеленой» (Петров и др., 2015)
аналитической химии в системах без органического растворителя, реализации на практике
тест систем химико-аналитического контроля с применением методов цветометрии (Рудако-
ва и др., 2012), сенсоров типа электронный «нос» (Коренман, Калач, 2002), электронный
«язык» (Коренман и др., 2008). Несмотря на современное развитие цифровой обработки ана-
литического эксперимента с целью выявления достоверного аналитического сигнала, метод
подготовки образцов к анализу определяется физико-химическими принципами метода реги-
страции аналитического сигнала (Физико-химические методы …, 1988).
Термин «тяжелые металлы» введен в практику эколого-химических исследований
токсикологами и предполагает в первую очередь химико-аналитический контроль безопас-
ности и соответствия почв, растений и животных в условиях техногенных химических
нагрузок на компоненты экосистем в отношении этой группы токсикантов. В перечень нор-
мируемых в экосистемах тяжелых металлов включают в первую очередь ртуть, кадмий, во
вторую: медь, свинец, цинк, в третью очередь - мышьяк, селен. В случае необходимо-
сти вещественного анализа: алкилированных форм ртути, олова, мышьяка, кадмия, свинца и
других металлорганических форм необходимы современные гибридные методы: термохро-
матография, газовая (жидкостная) хроматография, масс-спектрометрия.
Гибридные методы предполагают экстракционное концентрирование и разделение
сложных объектов дереватизацией по группам. При этом объединение элементов в группу
«тяжелых металлов» происходит по нестрогому свойству токсичности и в одном ряду оказы-
ваются железо вместе с сидерофильными элементами Co, Ni, полупроводниковым мышья-
ком и неметаллическим селеном (Перельман, 1989).
Цель настоящей работы – обобщить современные методы подготовки образцов к ана-
лизу инструментальными методами на примере «тяжелых металлов». Особое внимание об-
ратить на перспективные экстракционные системы с катионами пиразолония как перспек-
тивные для приготовления концентратов ртути, тяжелых металлов, мышьяка, селена, ртуте-
подобных элементов, а также фенолов, нитритов и других веществ, нормируемых в химиче-
ском мониторинге экосистем.
Традиционным способом подготовки образцов природных, геологических и техниче-
ских объектов к элементному анализу считается «сухое» озоление (Бок, 1984). Существен-
ным потери легколетучих соединений происходят в результате «сухого» озоления или dry
ashing в муфельной печи образцов при температурах свыше 500
0
C. К существенным потерям
приводит пробоподготовка природных образцов с значительным содержанием органических
и элементорганических соединений легколетучих, гидридообразующих элементов. Особую
тщательность следует соблюдать при подготовке к анализу образцов биоты, почв и донных
осадков с высоким содержанием органических веществ (Loon, 1985).
Подготовка образцов к элементному анализу путем озоления сухим способом не под-
ходит для определения легколетучих элементов (табл. 1). Температурная обработка свыше
500 ◦C приведет к полной или частичной потере элементов. В клинических и биологических
образцах образуются элементорганические соединения, которые также могут разлагаться
при отжиге в муфельной печи.
Температурная неустойчивость галогенидов используется не только для отгонки гало-
генидов элементов (кремния, германия (Loon, 1985)) для устранения мешающих влияний, но
и в особочистых нанотехнологических процессов эпитаксии в современных планарных тех-
нологиях изготовления больших интегральных схем.
Неустойчивость гидридов элементов используется как метод подготовки образцов к
анализу мышьяка, ртути, сурьмы, селена, олова, висмута и других гидридообразующих рту-
теподобных элементов. В качестве восстановителя применяют щелочной раствор борогидри-
да натрия, который при взаимодействии гидролизуется с образованием атомарного водорода,
борана BH
3
и диборана B
2
H
6
.
2NaBH
4
+ 2HCl 2NaCl + B
2
H
6
+ 4H
+
+ 4e
B
2
H
6
BH
3
+ 2e
2 BH
4
-
+ 2H
+
B
2
H
6
+ 2H + H
2
На примере мышьяка можно представить схему образования арсина с последующей
атомизацией при 900 ◦C восстановленной формы мышьяка до атомного пара элемента и га-
зообразного водорода
4 AsO
-
2
+ 3 NaBH
4
+ 4 H
+
4 AsH
3
+3NaBO
2
+ 2 H
2
O
106
107
2AsH
3
2As
0
+ 3H
2
(900 ◦C, табл. 2). Температура атомизации гидрида определяется
прочностью связи элемента с водородом, ртуть (II) из хлоридных растворов восстанавлива-
ется до элементного состояния (Loon, 1985)
HgCl
2
+ 2NaBH
4
= Hg(BH
4
)
2
+ 2NaCl
Hg(BH
4
)
2
= HgH
2
+ 2 BH
3
HgH
2
Hg
0
+ H
2
Применение борогидрида натрия в качестве восстановителя позволяет на порядок
улучшить предел обнаружения ртути (II) в сравнении с SnCl
2
.
Таблица 1
Достарыңызбен бөлісу: |