Візульний експресний тест-моніторинг іонів деяких токсичних елементів у водах
Однією з вимог до еколого-аналітичних методів визначення токсикантів у природних, стічних та питних водах є їх експресність і можливість виконання аналізу на місці відбору проби. При цьому особливу увагу слід звернути на селективність методики, її чутливість та простоту. Експресне візуальне тестування не потребує високої точності, але воно повинно забезпечувати надійне визначення токсикантів на рівні гранично допустимої концентрації (ГДК). Для цього часто необхідно попередньо концентрувати визначуваний компонент. Оптимальним варіантом є поєднання процесу концентрування компоненту з його одночасним візуальним визначенням. Важливим є також можливість наступного точного кількісного визначення даного інгредієнту з використанням одержаного концентрату.
Вказаним вимогам задовольняють сорбційно-фотометричні методи на основі реагентів, імобілізованих на твердих сорбентах. При цьому зручними є сорбенти, зокрема пінополіуретани, які можна вводити у досліджуваний розчин у вигляді шматочків (блоків) певного розміру і які після сорбції можна легко відокремити від розчину і при необхідності транспортувати у стаціонарну лабораторію з метою наступного кількісного визначення. Сипкі сорбенти (силікагель, оксид алюмінію тощо) у практичному відношенні менш зручні.
Пінополіуретанові сорбенти (ППУ) на основі етерів та естерів, модифіковані неорганічними та органічними аналітичними реагентами, широко використовуються для сорбційного концентрування іонів металів [1,2]. У випадку утворення забарвлених комплексних сполук на поверхні ППУ виникає можливість їх експресного візуального напівкількісного визначення безпосередньо на місці відбору проби води шляхом порівняння з відповідною попередньо виготовленою шкалою стандартних зразків. Для кількісного аналізу використовують ті ж самі зразки ППУ, вимірюючи інтенсивність їх забарвлення за спектрами дифузного відбиття, або проводять десорбцію ацетоном чи іншим розчинником і вимірюють оптичну густину десорбату.
Сорбція комплексів металів на ППУ може відбуватися (залежно від умов та властивостей комплексів) за катіонохелатним, іонообмінним, гетеролігандним та механізмом приєднання [3]. Часто ці механізми діють кооперативно. Тому сорбційно-фотометричні методи з використанням ППУ охоплюють широкий арсенал різноманітних реакцій, які лежать в основі отримання аналітичного сигналу. Нами розроблені експресні та зручні методики визначення у природних, стічних та питних водах таких елементів: кобальту(ІІ), феруму(Ш) та молібдену(V,VI) у вигляді тіоціанатних комплексів, які утворюються у фазі ППУ; сумарного вмісту купруму, цинку, кадмію, плюмбуму та нікелю з використанням сорбованого на ППУ групового реагенту - тіосемікарбазону 1,2-нафтохінону; ортофосфатів у вигляді сорбованих на ППУ синіх молібденостанумфосфатних гетерополікомплексів; талію(І) на ППУ, попередньо модифікованому жовтим молібденофосфатним гетерополікомплексом; фторид-іонів - на основі часткового знебарвлення ППУ, модифікованого тіоціанатом феруму(Ш).
Сорбційно-фотометричне визначення і візуальне тестування кобальту(II) в природних водах. Кобальт - незамінний мікроелемент, який міститься в організмах людини, тварин та рослин. В невеликих кількостях він стимулює важливі фізіологічні процеси: фотосинтез, дихання, водний обмін тощо. Але вищі за гранично допустимі концентрації (ГДК) даного іону є токсичними: порушується обмін речовин, відбувається розлад дихальних шляхів, нервової системи, змінюється будова та функції щитовидної залози, органів травлення. ГДК кобальту в природних водах складає 0,1 мг/л. Методика визначення кобальту, яка пропонується, базується на утворенні у фазі ППУ синє-зеленого тетратіоціанатного комплексу кобальту(II) згідно рівняння реакції:
Co2+ + 2NCS- + * ,
де рискою вгорі позначена тверда фаза.
Для візуального тестування порівнюють інтенсивність забарвлення зразків ППУ після сорбції з шкалою, яка отримана для серії стандартних розчинів. Кількісне визначення виконують методом добавок, вимірюючі оптичну густину забарвлених ацетонових десорбатів при 625 нм. Межа візуального визначення кобальту складає 1 ГДК (0,1 мг/л). Інтервал концентрацій, які можна визначати фотометрично в ацетоновому десорбаті, дорівнює 0,03-1,00 мг кобальту (II) в пробі води (об`єм проби - 300 мл). Методика придатна для визначення кобальту у різних природних водах на рівні ГДК. Заважаючий вплив феруму (III) усувають додаванням до проби фториду амонію.
Сорбційно-фотометричне визначення і візуальне тестування феруму в природних водах [5]. Іони феруму(Ш) не є сильними токсикантами, але при перевищенні ГДК (0,5 мг/л) під їх впливом подразнюються слизові оболонки органів травлення. Методика визначення феруму(Ш) грунтується на утворенні у фазі ППУ червоного комплексу феруму(III) за реакцією:
Fe(NCS)2+ + 2NCS- + * ,де М - К+ або Н+, а додатковим лігандом (L) виступає сам сорбент. Для тестування на наявність іонів феруму(III) використовують ППУ, попередньо модифікований тіоціанатом амонію. Визначення проводять в межах концентрацій нітратної кислоти 0,7-1,2 моль/л. Інтенсивність забарвлення зразків ППУ після сорбції порівнюють з шкалою, отриманою для серії стандартних розчинів. Кількісне визначення проводять методом добавок, десорбуючи забарвлений комплекс ацетоном і вимірюючи оптичну густину десорбату при 450-490 нм. Межа візуального визначення феруму(III) - 1 мкг в пробі. Інтервал визначуваних концентрацій дорівнює 0,3-10 мкг феруму(III) в пробі води, що значно нижче за ГДК. Методика придатна для визначення феруму(III) у питній воді та в мінеральних кислотах для встановлення їх кваліфікації.