close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Стольникова Ольга Сергеевна. Определение кадмия в растительных объектах методом ВЭЖХ

код для вставки
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..……………4
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………………….6
1.1 Общая характеристика элемента……….…………………………………….……6
1.1.1. Особенности поведения Cd в природных средах и его воздействие на живой
организм……………………………………………………………………...…..6
1.1.2. Токсичность кадмия и его соединений…………………………………..…….7
1.1.2.1. Кадмий в окружающей среде…………………………………………………9
1.1.3. Кадмий в растительных объектах……………………………………………..11
1.2. Аналитическая химия кадмия…………………………………………………...12
1.2.1. Общая характеристикааналитической группы………………………………12
1.2.2. Реакции для обнаружения кадмия………………………………………….…13
1.2.3. Количественное определение кадмия…………………………………………18
1.2.3.1. Гравиметрические методы анализа………………………………………….19
1.2.3.1.1. Осаждение труднорастворимыхсоединений кадмия……………………19
1.2.3.2. Титриметрические методы…………………………………………………..21
1.3.
Хроматографические методы анализа ………………………………………22
1.3.1. Общая характеристика…. …………………………………………………...22
1.3.2. Классификация методов хроматографии…………………………………...23
1.3.3. Газожидкостная хроматография……………………………………………....25
1.3.4. Жидкостнаяадсорбционнаяхроматография…………………………………..26
1.3.5. Жидкостная распределительная хроматография…………………………….26
1.3.6. Ионнообменная хроматография……………………………………………….30
1.3.7. Осадочная хроматография……………………………………………………..31
1.3.8. Хроматографиярадиоактивных элементов…………………………………..33
1.3.9. Аппаратура, применяемая в хроматографии…………………………………33
1.4. Концентрирование веществ……………………………………………………...35
1.5. Применение хелатообразующих сорбентов в неорганическом анализе…..…38
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1………………………………………………………………...39
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ……………………………………...40
2
2.1. Общая характеристика высокоэффективной жидкостной хроматографии…..40
2.2. Аппаратура для жидкостной хроматографии………………………………….41
2.2.1. Детекторы для ВЭЖХ…………………………………………………………43
2.3. Достоинства метода ВЭЖХ……………………………………………………...46
2.4. Анализ растительных объектов, взятых для исследования……………………47
2.4.1. Общие сведения о растительных объектахсемейство зонтичные………......47
2.4.2. Целебные свойстваи применение в медицине……………………………….49
2.5.
Определение
содержания
кадмияв
растительных
объектахсемейчтва
зонтичные методомВЭЖХ с предварительным концентрированием полимерным
хелатообразующим сорбентом……………………………………………………….51
2.5.1.Подготовка растительных проб для анализа…………………...…………….51
2.5.1.1. Способ сухой минерализации………………………………………….……51
2.5.1.2. Способ мокрой минерализации……………………………………………...53
2.5.3. Определение содержания кадмия в растительных объектах……………….54
2.5.4. Методика изучения процессов сорбции………………………………………55
2.5.4.1. Кислотность сорбции………………………………………………………...55
2.5.4.2. Влияние температуры и времени……………………………………………56
2.5.4.3. Степень извлечения…………………………………………………………..57
2.5.4.4. Результаты исследований…………………………………………………….58
2.6.Методика концентрирования…………………………………………………....62
2.7.Устройство и принцип работы жидкостного микроколоночного хроматографа
«Милихром – 4»……………………………………………………………………….61
2.8. Методика определения кадмия в растительных объектах методом ВЭЖХ....63
2.8.1. Результаты анализа………………………………………………………..……64
Выводы к главе 2……………………………………………………………………...66
Заключение…………………………………………………………………………….67
Выводы………………………………………………………………………………...68
Список использованной литературы………………………………………………...69
3
ВВЕДЕНИЕ
Кадмий, как и другие тяжелые металлы, обладает кумулятивным и
пролонгированным
действием.
В
виду
этого
увеличиваются
показатели
различных заболеваний, в том числе и онкологических.
Поэтому контроль над содержанием микроэлементов в природных и
промышленных объектах является важной аналитической задачей.
Метод предварительного концентрирования микроэлементов позволяет
выделить определяемые элементы из
солевого раствора сложного состава,
снизить пределы обнаружения, а так же снизить влияние макрокомпонентов, в
следствие чего повышается точность и чувствительность анализа.
Для решения проблемы весьма эффективны и перспективны сорбционные
методы с применением полимерных хелатообразующих сорбентов (ПХС),
содержащих
функционально-аналитические
группы
хелатообразующими свойствами, что позволяет
(ФАГ),
повысить
обладающие
избирательность,
экспрессность анализа при определении микроколичеств элементов (с= п . 10-3- п .
10-6 %) в растительных объектах, в объектах окружающей среды, источниках их
загрязнения, в промышленных объектах.
Цель исследования:
определение элемента – токсикана кадмия методом жидкостной хроматографии
после концентрирования полимернымхелатообразующим сорбентом на основе
полистирол-азо-салициловой кислоты в растительных объектах
Задачи исследования:
1. Обобщить и систематизировать литературные данные о кадмие как
элементе – токсиканте и
о методах его определения в растительных
объектах.
2. Определить
аналитические
хелатообразующего
кислоты.
сорбента
на
характеристики
основе
полимерного
полистирол-азо-салициловой
4
3. Обобщить
и
систематизировать
литературные
данные
об
хроматографическом методе анализа.
4. Определить кадмий в растительных объектах хроматографическим методом
анализа
после
сорбентом.
концентрирования
полимерным
хелатообразующим
5
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТА
Кадмий (лат.Cadmium), Cd, химический элемент II группы периодической
системы Менделеева; атомный номер 48, атомная масса 112,41 [1].
Открыт в 1817 немецким химиком Фридрихом Штромейером (1776–1835)
[1], который прокаливая карбонат цинка, получил желтоватый оксид, а не белый.
Проанализировав цинковые препараты, он установил, что желтая окраска
появилась из-за содержания нового элемента.
Известно 8 изотопов природного кадмия: 106Cd (1,22%), 108Cd (0,88%),
110
Cd (12,39%), 111Cd (12,75%), 112Cd (24,07%), 113Cd (12,26%), 114Cd (28,85%)
и 116Cd (7,58%). Кадмий имеет степень окисления +2, редко +1.
1.1.1 ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ Cd В ПРИРОДНЫХ СРЕДАХИ ЕГО
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ
Кадмий является высокотоксичным элементом, содержание которого
необходимо контролировать в объектах окружающей среды. Поступления этого
металла
в
окружающую
среду
техногенным
образом
превалирует
над
естественным. Поведение тяжелых металлов в различных природных средах
обусловлено специфичностью их миграционных форм [11], доминирующим
вкладом участия в химических, физико –химических и биохимических процессах
экосистем.
Рассматриваемый
элемент
по
характеру
взаимодействия
сразличнымилигандами является промежуточным акцептором между мягкими и
жесткими
кислотами. Для него характерны в первом случае – образование
преимущественно ковалентных связей.
Во втором низкая поляризуемость и
электроотрицательность, высокая степень окисления и образование ионных
связей.
Во втором – образование преимущественно ковалентных связей. В таблице
1 представлены основные биогеохимические свойства металла, определяющие
наиболее вероятные их формы [2].
6
Таблица 1.
Основные биогеохимические свойства Cd
Свойства
Cd
Биохимическая активность
В
Токсичность
B
Обогащение глобальных аэрозолей
B
Минеральная форма распространения
В
Органическая форма распространения
В
Подвижность
В
Тенденция к биоконцентрированию
В
Эффективность накопления
В
Комплексообразующая способность
У
Склонность к гидролизу
У
Растворимость
B
Примечание: В - высокая, У - умеренная, Н - низкая.
1.1.2. ТОКСИЧНОСТЬ КАДМИЯ И ЕГО СОЕДИНЕЙ
Металлический кадмий не обладает токсическими свойствами. Соединения
же кадмия, независимо от их агрегатного состояния во внутренних органах
(главным образом в печени и почках) и нарушают фосфорно-кальциевый обмен
[1]. Симптомы отравления кадмием зависят от пути его поступления в организм.
Ранними характерными признаками хронического отравления малыми
дозами кадмия (после работы с ним около двух лет) является снижение обоняния
(вплоть до полной его потери), в области зубных шеек золотистое окрашивание
десен, головокружение, головная боль, нарушение аппетита и сна [1]. В городах,
7
атмосфера которых содержит относительно больше кадмия, смертность среди
страдающих сердечными заболеваниями выше.
Для острых отравлений
более длительный скрытый период. Начальные
симптомы – сухость слизистых оболочек, неприятное вяжущее сладковатое
ощущения на губах, медный вкус во рту, горловые спазмы, бледность, слабость,
головокружение и головная боль (в области лба), тошнота и боль в подложечной
области. Возможны дерматиты и изъявления кожи. В тяжелых случаях
наблюдаются боли в грудной клетке и брюшной полости, с последующей рвотой.
Затем развиваются трахеит, бронхит с приступами болезненного судорожного
кашля и сильной одышкой, повышается температура.
Для человека смертельной дозой является вдыхание в течение 1 минуты
воздуха с содержанием 2500 мг/м3
оксида кадмия (или 30 секунд при
концентрации 5000 мг/м3). Максимально допустимое количество CdO в воздухе –
0,1 мг/м3; для пыли кадмиевого сплава – 0,3 – 0,4 мг/м3 [3].
В основном кадмий находится в организме в связанном состоянии – в
комплексе
с
белком
–металлотионеином
(являющимся,
таким
образом
естественной защитой организма, попоследним данным альфа – 2 глобулин также
связывает кадмий), и в таком виде он менее токсичен, хотя и далеко не безвреден.
В
качестве
первой
помощи
при
остром
кадмиевом
отравлении
рекомендуется свежий воздух, полный покой, предотвращение охлаждения. При
раздражении дыхательных путей – теплое молоко с содой, ингаляции 2%-ым
раствором NaHCO3. При упорном кашле – кодеин, дионин, горчичники на
грудную клетку; необходима врачебная помощь [11]. Противоядием при
отравлении, вызванным приемом внутрь кадмиевых солей, служит альбумин с
карбонатом натрия. Специфическое лечение кадмиевых отравлений – применение
комплексообразующих
препаратов
2,3
–димерканто-пропанол–
1,
двойнойэтилендиаминтетрацетат кальция и натрия. Выделения кадмия из
организма
(через почки и кишечник) происходит чрезвычайно медленно;
введение 2,3 – димеркаптопропанола –1 увеличивает его примерно в три раза.
8
Механизм
токсического
действия
кадмия
заключается,
по-видимому,
в
связывании карбоксильных, аминных и особенно сульфригидрильных групп
белковых молекул, в результате чего угнетается активность ферментных систем.
В связи с ядовитостью кадмия и его соединений их контакт с пищевыми
продуктами недопустим.
1.1.2.1. КАДМИЙ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
В организм человека кадмий попадает с мясной, растительной пищей, со
съедобными грибами. В чистом виде в природе не встречается, он является
сопутствующим продуктом при рафинировании
меди и цинка. Природное
содержание в почвах невелико и часто зависит от материнской породы. Земная
кора содержит около 50 мкг/кг кадмия [3]. В окружающую среду, а далее
непосредственно в пищу, кадмий попадает следующим образом. В качестве
загрязняющего вещества в атмосферу поступает примерно 1/3 производимого
кадмия. Сточные воды, фосфорные удобрения, промышленные выбросы,
известковые
материалы,
выбросы
автотранспорта
являются
основными
источниками загрязнения почв кадмием. В некоторых странах соли кадмия
используют в ветеринарии как антигельминтные и антисептические препараты.
Установлено, что примерно 80% кадмия поступает в организм человека с
пищей, а остальные 20% через легкие из атмосферы и при курении.
Содержание кадмия в почве на уровне 5 мг/кг наполовину снижает
продуктивность сельскохозяйственных культур, а период его полувыведения из
почв один из самых больших – около 1100 лет. Биологический период
полувыведения кадмия более 10 лет. Главной мишенью биологического действия
являются почки. Последствие накопления кадмия – болезнь «итаи–итаи» [11],
выражающаяся в болезненном скручивании костей, анемии и почечной
недостаточности. Кадмий является антагонистом цинка, кобальта, селена,
ингибируя активность ферментов, содержащих эти металлы. Кадмия в больших
дозах способен нарушать обмен железа и кальция. Все это приводит к
9
возникновению широкого спектра заболеваний: гипертоническая болезнь, анемия,
снижение иммунитета и др. Кадмий обладает канцерогенными и мутагенными
свойствами.
Допустимое суточное потребление (ДСП) кадмия составляет 70 мкг/сут.,
ДСД 1 мкг/кг массы тела. Предел допустимой концентрации (ПДК) кадмия в
питьевой воде – 0,01 мг/л. Концентрация кадмия в сточных водах, попадающих в
водоемы, не должна превышать 0,1 мг/л. Учитывая ДСП кадмия, его содержание в
1 кг суточного набора продуктов не должно превышать 30–35 мкг.
В условиях озоления, при температуре 500 0С необходимо учитывать
способность кадмия испарятся во время определения его в пищевых продуктах.
Поэтому минерализацию проводят в серной кислоте с добавлением перекиси
водорода [1].
Практически невозможно изъять кадмий из природной среды, поэтому его
накопление в ней растет, и он попадает различными путями в пищевые цепи
человека и животных. Промышленные газообразные выбросы чаще всего
являются причиной повышенного содержания кадмия в пище. Известные до сих
пор данные о максимальной аккумуляции кадмия в пищевых продуктах относятся
к свиным почкам, где находили до 2 мг/кг Cd. Двустворчатые моллюски могут
аккумулировать кадмий, повышая его концентрацию в миллион раз по сравнению
с его содержанием в морской воде.
Однако с растительной пищей мы получаем кадмия больше всего. Дело в
том, что кадмий чрезвычайно легко переходит из почвы в растения [28]:
последние поглощают до 70% кадмия из почвы и лишь 30% – из воздуха.
Особенно большую опасность представляют в этом отношении грибы, которые
часто могут накапливать кадмий в исключительно высоких концентрациях. Так,
например, в луговых шампиньонах было найдено до 6 мг/кг Cd (вообще же в
шампиньонах находили до 170 мг/кг).
Источники
загрязнения
окружающей
нас
среды
кадмием
весьма
многообразны – например, кадмий попадает в воздух при сжигании каменного
10
угля. Каждая тонна каменного угля содержит в среднем 2 г кадмия (в нефти его
намного меньше) [11]. В последние 10 – 20 лет уменьшение потребления
каменного угля (за счет использования нефти) уже заметно способствовало
снижению загрязненности воздуха кадмием. Если снова возрастет применение
каменного угля, то следовало бы не прямо сжигать его, из-за большой примеси
кадмия, а, например, использовать в качестве топлива жидкие продукты его сухой
перегонки.
В настоящее время очень важным источником загрязнений обширных
территорий среды кадмием служат также фосфатные удобрения, с которыми в
почву, а следовательно, и в пищевые продукты – всегда попадает некоторое
количество кадмия. Речь идет об удобрениях, которые содержат лишь следы
кадмия. Это означает, что загрязнение растений, связанное с данным источником
кадмия, настолько мало, что определяемые остаточные количества должны
лежать намного ниже предела, установленного ВОЗ.
1.1.3. КАДМИЙ В РАСТИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ
Систематические исследования содержания кадмия в разных видах
растений до сих пор не проводились. Однако, установлено, что концентрация Cd
зависит от вида растений, от места произрастания и от рН почвенного раствора.
кадмий усваивается растениями лучше при кислом значении рН [14].
Наибольшие поступления кадмия в окружающую среду связаны с
металлургической промышленностью, мусороперерабатывающих заводов.
Повышенного содержания кадмия в пищевых продуктах происходит в
результате
выращивания
сельскохозяйственных
культур
или
животных
используют территории, загрязненные кадмием.
Кадмий накапливается, в первую очередь, в грибах, во многих растениях.
Наиболее чувствительны к кадмию бобовые, зерновых, овощных культуры,
шпинат, редис, морковь, овес, укроп, капуста [14].
11
Табак больше, чем другие растения, накапливает соли кадмия из почвы (до
2 мг/кг).
В растения тяжелый металл проникает из почвы. Одним почвам изначально
свойственно
повышенное
содержание
кадмия,
другие
загрязнены
промышленными отходами или обработаны удобрениями, содержащими кадмий.
Кадмия естественного в пищевых продуктах содержится примерно в 5 – 10 раз
меньше, чем свинца. Повышенные концентрации его наблюдаются в какаопорошке (до 0,5 мг/кг), почках животных (до 1,0 мг/кг) и рыбе (до 0,2 мг/кг).
В основных пищевых продуктах содержание кадмия регламентировано на
уровне от 0,05 до 0,2 мг/кг. Отдельную группу риска составляют курящие люди, –
в одной пачке сигарет может находиться до 1 мкг кадмия.
Предельно –допустимая концентрация(далее ПДК) кадмия в выбранных для
анализа растительных объектах 0,35 мг/кг.
1.2. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ КАДМИЯ
1.2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ
Кадмий относится к аналитической группе сероводорода. По класификации
качественного анализа он входит во 2-ую подгруппу IV группы (группа меди).
Катионы данной группы осаждают сероводородом в виде труднорастворимых
сульфидов при значении рН < 0,5; более растворим из них CdS (ПР = 7,910-27).
От катионов III аналитической группы (сернистого аммония) кадмий отличается
очень малой растворимостью сульфида в кислотах, от элементов V группы
(образующих тиосоли) – большей устойчивостью по отношению к сульфидам
щелочных металлов и к едким щелочам.
Горячая 2 н HNO3 для сульфидов катионов IV группы является лучшим
растворителем; при этом ион S2- окисляется до элементной
серы, а катион
переходит в раствор. Катионы данной группы обладают сильным поляризующим
действием и легко поляризуются сами. В следствие этого они с галогенидами,
роданидами и цианидами образуют комплексные анионы. Поэтому, в отличие от
12
остальных элементов IV группы, сульфид кадмия сравнительно легко растворим в
концентрированной HCl или насыщенном растворе NaCl с образованием
комплексного аниона. Из раствора, содержащего KCN, сульфид кадмия можно
осадить в присутствии меди, остающейся в растворе в виде более устойчивого
комплексного цианида [4].
Катионы IV группы осаждаются в виде гидроксидов под действием едких
щелочей. Их карбонаты, фосфаты, ферро- и феррицианиды труднорастворимы.
Для многих элементов группы характерно образование достаточно устойчивых
комплексов с аммиаком
и многими азотсодержащими лигандами. Поэтому
гидроксид, основной карбонат и фосфат кадмия растворяются в избытке аммиака
(особенно легко в присутствии аммонийных солей):
Cd(OH)2+ 2NH4ОH + 2NH4Cl  [Cd(NH3)4]Cl2 + 4H20
Как уже было указано, избирательных реакций на кадмии нет. Многие
серосодержащие соединения взаимодействуют и с остальными элементами
сероводородной группы, особенно –с ионами висмута, серебра, меди, свинца и
ртути
с
представителями
группы
сульфида
избирательность по отношению к кадмию
аммония
и
др.
Поэтому
достигается лишь при изменении
кислотности среды и использовании подходящих комплексообразующих агентов.
1.2.2.РЕАКЦИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ КАДМИЯ
Для обнаружения кадмия описаны многочисленные реагенты, включенные
в систематический ход ”классического” качественного анализа (с использованием
макропробирок) или предложенные для капельных, микрокристаллоскопических,
люминесцентных и некоторых других реакций [10].
1) Неорганические реагенты:
Сероводород осаждает из 0,3 М растворов минеральных кислот яркожелтый сульфид CdS, растворяющейся при кипячении с разбавленными HCl и
H2SO4 (отличие от меди), но нерастворимый в аммиаке. Из
0,6 н растворов
выделяется оранжевый осадок, содержащий примесь Cd2SCl2 или Cd2S(SO4).
13
Вместе с кадмием осаждаются As, Bi, Cu, Pb, Sb и Sn; при указанной кислотности
Co, Fe, Mn, Ni, Zn выделяются только в том случаи, если их концентрация очень
велика (особенно это относиться к цинку, имеющему тенденцию соосаждаться с
металлами сероводородной группы).
Сульфиды Cd, Bi, Сu, Pb, Hg нерастворимы в горячем растворе желтого
сульфида аммония или 2 М раствора KOH (способ отделения осажденных с ними
сероводородом Sn, As, Sb). Для отделения от ртути
сульфиды Cd, Bi, Cu,
Pbрасстворяют разбавленной азотной кислотой, из которой осаждают Pb
действием серной кислоты и этанола, а Bi– избытком аммиака. В оставшейся
раствор,
содержащий
[Cd(NH3)4]2+
и
[Cu(NH3)4]2+,
добавляют
для
его
обесцвечивания KCN и осаждают кадмий в виде сульфида.
Кадмий и медь осаждают также тиомочевиной (связывающей медь), затем
осаждают CdS при pH< 3. Иногда перед пропусканием H2S к исходному раствору
добавляют 1/5 объема HCl, в результате чего произведение растворимости CdS не
достигается и кадмий остается в растворе. В другом варианте раствор насыщают
хлоридом натрия и тогда образуются комплексные анионы [CdCl4]2-. Можно
предварительно выделить медь действием Na2S2O3, салицилальдоксима в
уксуснокислом растворе или NaOH в тартратной среде после восстановления Cu2+
до Cu+ декстрозой [4].
При действии (NH4)2S или H2S на разбавленные нейтральные растворы
солей кадмия осадок не выделяется, а раствор окрашивается в характерный
желтый цвет коллоидного CdS; при подкислении раствора сульфид выделяется в
осадок. Однако при обработке сероводородом аммиачного раствора, содержащего
медь
и
KCN,
желтое
окрашивание
осадка
после стояния
не
служит
доказательством присутствия кадмия (такой раствор в присутствии меди
становится темно-желтым и из него может выделиться оранжево-красный
кристаллический осадок (CSNH2)2 (рубеановый водород) [10].
Открываемый минимум при осаждении CdS, по данным разных авторов:
100 мкг/мл, 10 мкг/мл и 0,1 мкг (объем не указан). В присутствии посторонних
14
катионов уверенно открываемый минимум 500 мкг/мл повышается еще в 2 – 3
раза.
Тиоацетамид.
Сероводород
заменяют
нетоксичным
тиоацетамидом,
который при нагревании гидролизуется:
CH3CSNH2 + 2H2OCH3COOHNH4 + H2S
Постепенно освобождающейся сероводород выделяет крупнозернистые,
легко фильтрующиеся
и промывающиеся осадки сульфидов. Осаждение
протекает значительно быстрее, чем при использовании H2S. Для осаждения
сульфида кадмия из 6н H2SO4необходим 50% –ый избыток реагента, из 1,0 н HCl–
стократный. В отсутствии хлоридов количественное выделение CdS возможно из
2MHClO4. Осаждению кадмия тиоацетамидом мешают ацетаты и комплексон III.
1- Амидино - 2 тиомочевина выделяет сульфид кадмия из щелочной среды:
Cd2+ + C2H6N4S + 2OH CdS + C2H6N4O + H2O
Тиокарбонат калияK2CS3 в присутствии комплексона III, в аммиачной среде
выделяет оранжевый осадок CdCS3. При избытке реагента в присутствии меди
раствор окрашивается в красный цвет, Co2+ и Ni2+ открытию кадмия не мешают
[27].
Едкие щелочи выделяют белый студенистый осадок гидроксида кадмия
нерастворимый в избытке реагента,
но легко растворяющейся в кислотах,
аммиаке и цианиде калия или натрия; хлорид аммония, лимонная и винная
кислоты препятствуют осаждению. Открываемый минимум 100 мкг/мл, уверенно
открываемый минимум – 500 мкг/мл. В присутствии ионов Bi, Cu, Pb к раствору
добавляют глицерин, образующий с ними прочные комплексы, устойчивые по
отношению к едким щелочам;
глицерат меди – темно –синий, остальные
бесцветны. Кадмий с глицерином не реагирует и осаждается в его присутствии в
виде Cd(OH)2 чувствительность реакции та же, что и без глицерина.
Аммиак при осторожном прибавлении осаждает из кислых и нейтральных
растворов гидроксид кадмия, растворимый в избытке реагента, чувствительность
реакции такая же, как и при действии едких щелочей. Уменьшение устойчивости
15
аммиаката кадмия в щелочной среде при пониженной температуре позволяет
открывать его в присутствии меди. К охлажденному раствору аммиакатов обоих
элементов добавляют равный объем 4MNH4OH , затем равный или больший
объем 2–2,5 н раствора NaOH; выделяется белый Cd(OH)2. Открываемый
минимум 50 мкг Сd/мл.
Карбонаты калия и натрия выделяют белый осадок основных солей
CdCO3nCd(OH)2, не растворимый в их избытке, но переходящий в раствор при
действии карбоната аммония или аммиака. Свежеприготовленная взвесь BaCO3 в
воде осаждает при стояние на холоду CdCO3.
Ферроцианиды выделяют белый аморфный осадок, растворимый в
минеральных кислотах и концентрированном аммиаке; однако при встряхивании
последнего
сразу
же
выпадают
крупные
белые
кристаллы
состава
[Cd(NH3)4]2[Fe(CN6)].
Феррицианидвыделяет желтый аморфный Cd[Fe(CN)6]2 [10].
Гидрофосфат
натрия
осаждает
белый
фосфат
кадмия
Cd3(PO4)2,
растворимый в уксусной и минеральных кислотах, а также в аммиаке.
Перхлорат
аммония
выделяет
из
аммиачных
растворов
белый
кристаллический осадок [Cd(NH3)4](ClO4)2 (в отличии от меди).
Роданомеркуриат
аммония
осаждает
белый
кристаллический
Cd[Hg(SCN)4]; осадки дают также Ag+, Pb+, Zn2+ (белые), Co2+ (синий), Cu2+,
Rh3+(желтые), Fe3+(красные), Fe2+ (желто –зеленный), Ni2+ (грязно –зеленный).
Кристаллы соединений, содержащих по два элемента, имеют другую окраску: Bi3+
+ Zn2+ – розовую, Co2+ + Fe3+– пурпурно –черную, Cd2+ + Co2+ и Cd2+ + Zn2+ –
голубую, Cd2+ + Cu2+, Cd2+ + Fe3+, Zn2+ + Cu2+ и Zn2+ + Ni2+ – грязно –зеленную,
Fe2+ + Fe3+, серо –голубую или серо –фиолетовую.
В отличии от остальных катионов подгруппы меди, кадмий не осаждается
при действии иодидов и тиосульфатов.
Реакции окисления – восстановления.
16
Металлы, потенциал которых в ряду напряжений положительнее водорода
(Ag, Au, Hg, Cu, Pt, Bi, Co ,Pb, Sn )восстанавливает металлический кадмий.
Магний, алюминий, цинк выделяют металлический кадмий из растворов его
солей (он не восстанавливается металлическим железом, в отличии от меди). Это
используют
для разделения (в раствор вносят железную стружку; при этом
выделяются красновато –коричневые хлопья восстановленной меди, а ионы Cd2+
остаются в растворе).
2) Органические реагенты:
Из нейтральных ацетатных растворов кадмия бромид + бруцин выделяют
белый кристаллический осадок вероятного состав [CdBr4]. бруцин2.
Открываемый минимум 100 мкг/мл. Определению мешают Bi, Hg, V, W,
Au, Mo, Pt.
Осадок Cd(OH)2 в бурый цвет окрашивает динитродифенилкарбазид. В
присутствии формальдегида осадок переходит в сине-зеленый цвет. Для того
чтобы замаскировать медь вводят цианид. К слабокислому или нейтральному
анализируемому раствору прибавляют NaOH, реагент и HCHO. Если в растворе
присутствует кадмий, то появляется зеленое окрашивание, а затем выпадает
синий осадок. Открываемый минимум 100 мкг/мл. Определению мешают Co, Pt и
в меньшей степени Fe, Te [12].
Если операцию выполнять на пластинке, то на неё наносят каплю
испытуемого раствора, затем по одной капле прибавляют 10% –й раствора NaOH,
5% –й раствора KCH, 0,1% –й спиртового раствора реагента и 3 – 4 капли 40% –
ного раствора
HCHO. В щелочном растворе реагент имеет красный цвета,
который при добавлении НСHO переходит в фиолетовый. Синевато –зеленое
окрашивание появляется в присутствии 0,8 мкг Cd (С=30 мкг/мл); приналичии
400 –кратного количества меди можно обнаружить 4 мкг Cd (С=140 мкг/мл).
Ионы Cd2+ образуют бурый осадок, Pt –желтый; допустим 10 –кратный избыток
As и Hg+, 100 –кратный – Ag, Au, Bi, Cu, Hg2+, Mo, Pb, Sb, Se, Sn, Tl, V,W.
17
В ацетатных (нейтральных) растворах дифенилкарбазид с кадмием дает
красно – фиолетовый осадок или сине – фиолетовое окрашивание. Открываемый
минимум – 100 мкг Cd/мл. Влияние Cu, Hg, Pb устраняют введением роданида и
иодида.
Кадион при добавлении к нейтральному раствору кадмия и последующем
подщелачивании 2í KOH дает фиолетово – розовое окрашивание. Открываемый
минимум – 10 мкг/мл, мешают Ag, Co, Gr3+, Cu, Fe3+, Hg, Mg, Ni, NH4+.
Комплекс меди с этилендиамином (куприэнат) с анионым комплексом
[CdI4]2- образует труднорастворимое соединение, которое выделяется в крупных
кристаллах.
При выполнения реакции к раствору соли кадмия сначала
прибавляют избыток KI, а затем куприэнат [12].
Тионалид
и хинальдиновая кислота осаждают кадмий в виде белых
кристаллов в нейтральных и щелочных растворах. Так же при добавлении к
раствору кадмия NH4CNS и затем пиридина образуется подобный осадок.
Кристаллический фиолетовый образует ассоциат с иодидным комплексом
кадмия. К 2 мл испытуемого раствора (нейтрального) прибавляют по 1 –ой капле
хлористоводородной кислоты, 0,06%-ного раствора красителя и 25% –ного
раствора KI. В присутствии кадмия появляется синее или фиолетовое
окрашивание. Предельное разбавление – 4000000, открываемый минимум – 5 мкг
Cd
(С= 0,25 мкг/мл); 3000 –кратный избыток цинка не мешает [4]
Некоторые производные 3 – аминопиридина, аценафтенхинон –2 –
(окси)анил, бром – ииодпроизводныетриоксифлуоронов, родизонат натрия в
растворе, содержащем ацетон и желатин, тиокапролактам в присутствии
роданида, 2’,3’,4’–триоксихалкон; N –фенилацетилфенилгидроксиламин, диметил
– и диэтилдиселенокарбаминаты, хинолин –8–селенол и многие другие реагенты
образуют с кадмием нерастворимые, окрашенные или экстрагирующиеся
соединения.
1.2.3. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАДМИЯ
1.2.3.1. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
18
Для определения кадмия его неорганические соединения, тройные
комплексы
с
неорганическими
и
органическими
соединениями,
внутрикомплексные соединения с органическими реагентами и выделенный
электролитически
металл
служат
его
распространенный
электрогравиметрический
весовыми
метод,
формами.
который
Ранее
позволяет
определять до 500 мг кадмия, для получения точных результатов требует
длительного электролиза. Электролитом для данных целей служит раствор
цианида.
1.2.3.1.1. ОСАЖДЕНИЕ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХСОЕДИНЕНИЙ КАДМИЯ
Выбор
гравиметрического
метода
определения
кадмия
зависит
от
сопутствующих элементов.
Наиболее часто используемая весовая форма кадмия – это сульфат кадмия.
Предварительно кадмий необходимо отделить от элементов, которые дают
остаток после выпаривания серной кислотой и прокаливания. Недостатком метода
является
трудность полного удаления из остатка серной кислоты, поэтому
прокаленный СdSO4 растворяют в воде и затем раствор снова упаривают, остаток
прокаливают, взвешивают. Данные операции повторяют до тех пор, пока вес
станет постоянным; если кадмий связан с какой-либо летучей кислотой, то
раствор переносят во взвешенный платиновый тигель, обрабатывают серной
кислотой (1:1) и выпаривают на водяной бане. Сульфат кадмия должен иметь
белый цвет и давать прозрачный водный раствор. Если прокаленный остаток
имеет
коричневый или желтый цвет (в результате
частичного разложения
сульфата), то его смачивают разбавленной серной кислотой и повторяют
прокаливание при температуре 350 – 400оС [12].
Если кадмий был предварительно выделен в виде СdS, то осадок переносят
в маленький стакан и сохраняют фильтр с оставшимися на нем частицами осадка.
Стакан
накрывают часовым стеклом, прибавляют HCl (1:3), нагревают до
растворения осадка и прекращения выделения H2S. Cнимают часовое стекло и
19
споласкивают, промывные воды прибавляют к раствору. Воронку с фильтром
помещают над стаканом, растворяют остаток CdS горячей HCl (1:3) и промывают
фильтр горячей водой. Раствор в стакане выпаривают до малого объема,
переносят во взвешенный платиновый тигель и поступают далее так, как описано
выше, начиная с обработки H2SO4 (1:1).
Для осаждения CdS вместо сероводорода можно использовать тиосульфат
натрия: соляно– или
сернокислый раствор нейтрализуют избытком аммиака,
подкисляют точным избытком CH3СOOH, нагревают до кипения и вносят в
кипящий раствор порошкообразный Na2S2O3. После кипячения в течение 30
минут кадмий, и сера переходят в осадок.
Из органических реагентов для осаждения CdS предложены тиоацетамид и
тиокапролактам [10].
С бруцином C23H26O4N2
.
4 H2O
при добавлении бромида калия можно
определять кадмий в присутствии Al, Cu, Cr, Pb, Mg, Zn, Mn.
Дифенилдитиофосфорная
слабокислых,
нейтральных
и
кислота(C6 H5O)2PSSSH осаждает кадмий из
слабощелочных
растворов
в
виде
белого
кристаллического осадка, растворимого в концентрированных кислотах,аммиаке
и щелочах; растворимость в воде при 18 – 200С составляет 2,2. 10-4 моль /л.
Допустимо изменение в широких пределах концентрации кислоты и присутствие
значительных количеств Al, Be, Ca, Co, Cr, Ga, Mg, Mn, Ni, Sr, Zn и небольших
количеств железа. Мешают ионы тяжелых металлов, осаждающихся реагентом в
кислой среде.
Диэтилдитиофосфат никеля(C2H5O)2PSS2Ni осаждает кадмий из кислой
среды. Al, Ce, Zn, Zr и некоторые другие металлы определению не мешают.
Реакция применена для определения до 0,05% Cd в магниевых сплавах.
-НафтохинолинC13H9N реагирует с ионами CdI4-2в 2 н H2SO4, поэтому
возможно определение их даже в присутствии больших количеств цинка; мешают
определению As, Bi, Cu, Pb, Sb, Sn
и высокое содержание железа (малые
количества его можно замаскировать винной кислотой) [13].
20
o–2–(Оксифенил) бензоксазолC13H9O2N осаждает кадмий в щелочном
растворе, содержащем тартрат. Co, Cu, Niосаждаются в ацетатной среде при
pH4 и могут быть удалены таким путем. Допустимо присутствие Ag, Al, Bi, As,
Cr, Fe, Hg, Mg, Mn, Pb, Zn, щелочных и щелочноземельных металлов.
8 –ОксихинолинC9H7ON в нейтральной или слабокислой среде реагирует со
многими ионами, поэтому кадмий должен быть предварительно отделен от них
(кроме ионов щелочных и щелочноземельных металлов).
ТиокапролактамC6H11NS. К 100 мл нагретого до кипения раствора,
содержащего 20-300 мг Cd, при энергичном перемешивании приливают 15 – 20
мл 1%-ного раствора реагента в 50%-ном этаноле, затем по каплям – 20мл 0,5 н
NaOH
и на 10 минут оставляют на кипящей водяной бане. Осадок
CdS
отфильтровывают через стеклянный фильтр, промывают водой, затем этанолом и
высушивают при 110 – 1200С
1,10–ФенантролинC12H8N2
.
H2O
и
роданид
осаждают
кадмий
из
слабокислых растворов; аналогичные осадки в присутствии роданида дают
антипирин, пиперазин, пирамидон, пиримидин. Определению кадмия мешают Co,
Cu, Mn, Ni, Zn и некоторые другие элементы; Fe можно замаскировать
комплексоном III.
1.2.3.2. ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Эти методы определения основаны на предварительном выделении
труднорастворимых простых или комплексных солей кадмия и на образовании им
прочных, хорошо растворимых в воде или органических растворителях
комплексных соединений.
В первой группе методов отделенный от раствора осадок растворяют, либо
непосредственно
титруют,
для
чего
используют
методы
нейтрализации
(ацидиметрия или алкалиметрия), окисления – восстановления (броматометрия,
иодатометрия, иодометрия, перманганатометрия) или осаждения (аргентометрия
и др.). В частном случае титрования диэтилдитиокарбаматом образующийся
21
осадок соединения кадмия служит индикатором для гетерометрического
установления конечной точки [30].
Вторая
группа
методов
включает
различные
варианты
комплексонометрического титрования с металлоиндикаторами. К этой же группе
можно отнести экстракционное и фотометрическое титрование с образованием
комплексов кадмия, растворимых в органических экстрагентах [10].
В
большинстве
титриметрических
методов
точку
эквивалентности
устанавливают визуальным путем или с помощью фотометрической аппаратуры
(фотометрическое титрование и др.) Визуальными методами обычно определяют
n100-n101
мг, в некоторых микровариантах - n10-1мг Cd; фотометрическое
титрование позволяет определять n10-2-n10-3мг Cd.
1.3. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
1.3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
В
1903
годурусским
ботаником
М.С.
Цветом
был
открыт
хроматографический метод разделения и анализа сложных смесей. Описывая
принцип данного метода, он писал: при фильтрации смешанного раствора через
столб адсорбента пигменты расслаиваются в виде отдельных, различно
окрашенных зон подобно световым лучам в спектре, различные компоненты
сложного пигмента закономерно распределяются друг за другом в столбе
адсорбента и становятся доступными для качественного определения. Этот метод
анализа он назвал хроматографическим методом [5].
А. Дж. П. Мартином и Р. Л. М. Синджемомв 1941 году в основу разделения
смеси веществ было положено различие не в адсорбционном сродстве
компонентов разделяемой смеси, а в их коэффициентах распределения между
двумя смешивающимися жидкостями. Этот метод назвали распределительной
хроматографией.
Наибольших
успехов
распределительная
хроматография
достигла после того, как в качестве носителя неподвижной фазы стали применять
полоски бумаги – распределительная хроматография на бумаге.
22
Впервые в 1947 году Т.Б. Гапон, Ф.М. Шемякин, Е.Н. Гапон осуществили
хроматограф,ическое разделение смеси ионов в раствореи это разделение было
объяснено ими обменом ионами сорбента на ионы
раствора. Так возникла
ионообменная хроматография, которая в настоящее время получила широкое
распространение [7].
В
1948
году
Е.Н.
Гапон
и
Т.Б.
Гапон
предложили
осадочную
хроматографию.
Хроматография достигла своего расцвета после того, как А. Дж. П. Мартин
и А.Т. Джеймс в 1952 году предложили новый метод хроматографии, а именно
газожидкостную распределительную хроматографию.
Хроматографическим
методом
называется
физико-химический
метод
разделения смесей, при котором компоненты разделяемой смеси распределены
между двумя фазами, одной из которых является неподвижный слой с большой
поверхностью контакта, другая фаза представляет собой поток, фильтрующийся
через неподвижный слой.
Характерной
особенностью
хроматографического
метода
является
многократность повторения процесса сорбции и десорбции. Это обуславливает
высокую эффективность хроматографии как метода разделения сложных смесей
веществ с весьма близкими свойствами.
1.3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ХРОМАТОГРАФИИ
Многообразие видоизменений вариантов хроматографического метода
вызывает необходимость их систематизации и классификации. В настоящее время
общепринятыми являются: по агрегатному состоянию фаз(таблица 2) (первое
слово в этой классификации характеризует агрегатное состояние подвижной
фазы, второе неподвижной) и по методике проведения эксперимента [7].
Таблица 2.
Классификация хроматографических методов по агрегатному состоянию фаз
23
Неподвижная
Подвижная
фаза
фаза
Твердая
Жидкая
Наименование метода
Возможные
варианты
Адсорбционная
Окислительно-
хроматография
восстановительная
жидкостей и растворов; хроматография;
ионообменная
хроматография;
осадочная
хроматография
Твердая
Адсорбционнокомплексообразова
-тельная;
тонкослойная
Газообразна Газовая Адсорбционная Хроматермография
я
хроматография
,
теплодинамически
й метод
Жидкая
Жидкая
Жидкостная
Колоночная;
распределительная
бумажная:
хроматография
одномерная,
двумерная,
круговая; метод
обращенных фаз;
электрофоретическ
ая; тонкослойная
Жидкая
Газообразна Газожидкостная
Хроматография
я
распределительная
газов, жидкостей,
хроматография
вакантная,
ступенчатая,
24
капиллярная.
По методике проведения эксперимента различают три вида хроматографии:
1. Проявительная или элюентная.
2. Фронтальная.
3. Вытеснительная
1.3.3. ГАЗОЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ
Так как процесс динамического поглощения не зависит от механизма
сорбции, может быть основано на различной растворимости их в поглащающей
среде (Закон Генри).
С этой целью на поверхность зерен шихты (неактивный носитель) – пемза,
огнеупорный кирпич, кизельгур – наносится слой жидкости, нелетучей при
условиях проведения опыта (силиконовые смазки, сквалан, апиезоновые смазки –
остатки
парафиновых
масел
с
низким
давлением
пара,
–
эфиры
высокомолекулярных спиртов и т.п.) [5].
Такой метод разделения носит название колоночной
газо-жидкостной
хроматографии.
Зерненый носитель набивается в колонки малого диаметра длиной от
нескольких сантиметров до нескольких метров, применяется также способ
нанесения жидкой фазы на стенки узкой капиллярной трубки диаметром до 0,3
мм и длиной в несколько десятков метров – капиллярная газо-жидкостная
хроматография.
25
1.3.4. ЖИДКОСТНАЯ АДСОРБЦИОННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ
Процесс хроматографического разделения можно проводить в жидкой
среде, содержащей смесь растворённых веществ. Этот вид хроматографии был
открыт в 1904 году ботаником М.С. Цветом на примере разделения экстрактов
пигментов из листьев растений. Т.к. в слое бесцветного сорбента при этом
наблюдается появление ряда окрашенных зон, процесс разделения был впервые
назван хроматографией. Эти опыты послужили фундаментом развития всех
видов хроматографии. Закономерности разделения молекулярно-растворённых
веществ те же, что и в случае газо-адсорбционной хроматографии. Применяются
фронтальная и вытеснительная хроматографии в колонках, наполненных
зернёными сорбентами (активный уголь, силикагель, цеолиты, окись алюминия,
целлюлозный порошок и т.п.) [26].
Детектирование
осуществляется в проточных кюветах. Применяются
кюветы, в которых измеряется электропроводность, протекающего раствора:
(кондуктометрические),
диэлектрическая
оптическая
проницаемость
плотность
(высокочастотные
(фотометрические),
методы
определения
концентрации), показатель преломления (рефрактометрические), радиоактивность
раствора (радиометрические) и т.д. Очень важно, чтобы измерительная часть
проточной кюветы имела малый объём; в противном случае может иметь место
запаздывание и «размазывание» показаний датчика прибора [6].
Анализ может быть произведен также отбором фракций, для чего
существуют коллекторы различных конструкций (карусельные, линейные,
вертикальные и т.д.), с датчиками, позволяющие накоплять заданное число
капель, или определенный объем жидкости (фотоэлектрические каплесчитатели и
дозаторы).
1.3.5. ЖИДКОСТНАЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ
Этот
вид
хроматографии
является
аналогом
газо
–жидкостной
хроматографии. Смесь веществ, находящихся в растворе, пропускаемом через
26
хроматографическую колонку, разделяется вследствие различной и обратимой
сорбируемости в жидкой или твердой неподвижной фазе, нанесенной на зерна
сорбента. При сорбции молекул органических веществ, растворённых в воде,
неподвижной фазой могут быть масла, парафины и т.п.
Так же как и в газо –жидкостной хроматографии, разделение происходит
вследствие различной растворимости компонентов в неподвижной фазе.
Примером
может
быть
разделение
органических
соединений
(высших
органических кислот) может служить система, в которой сорбентом является
порошок резины, содержащий бензол, а подвижным растворителем – смесь
метилового спирта и воды. Для разделения смесей полярных веществ
(аминокислоты, производные пиримидина) применяют сорбенты, хорошо
удерживающие полярный неподвижный растворитель (воду), таким сорбентом
являются специально отработанный силикагель и порошок целлюлозы [24].
Подвижной фазой может служить насыщенный раствор фенола. В качестве
сорбентов для разделения смеси аполярных веществ могут быть применены
высокомолекулярные гели (гель полистирола, получаемый полимеризацией в
присутствии различных растворителей, удаляемых затем из готового продукта).
Применение специально подобранных растворителей, позволяет получать
гели с порами молекулярных размеров. Разделение на таком сорбенте,
помещенном в колонку, происходит вследствие различной скорости диффузии в
гель молекул веществ смеси с различной длиной молекулярной цепочки. На
выходе колонки появляются вещества прежде с большим молекулярным весом,
хуже
сорбирующиеся
калиброванной
гелем.
колонке
со
Этот
способ
стандартными
разделения,
гелями,
проводимый
на
позволяет определить
содержание в смеси веществ с разной степенью полимеризации и молекулярным
весом.
1) Хроматография на бумаге
Специфическим
для
этого
вида
распределительной
хроматографии
(жидкостной) является применение такого сорбента, как бумага из чистой
27
целлюлозы. Исследованные растворы в виде капель определенных размеров
наносятся на некотором расстоянии от края бумажного листа в условиях
равновесной влажности. После испарения растворителя край листа помещается в
кювету, содержащую подвижную фазу (проявитель). В герметической камере,
атмосфера которой насыщенна парами подвижной фазы, начинается капиллярное
передвижение последней, вдоль листа бумаги [6].
Как и в случае газо –жидкостной распределительной хроматографии,
наблюдается передвижение исходного пятна по потоку проявителя. При этом
происходит разделение перемещающегося пятна на определенные пятна,
компоненты, хуже сорбирующиеся на гидротированных волокнах целлюлозы,
передвигаются
быстрее. Через некоторое время
бумагу высушивают и
опрыскивают раствором специфического индикатора, т.к. пятна отдельных
компонентов могут быть визуально наблюдаемы. Применяют также нагревание
серной кислоты для обнаружения обуглившихся
органических соединений,
наблюдения в УФ –свете, ауторадиографию пятен радиоактивных веществ и т.д.
Для идентификации веществ опыты проводят параллельно с раствором, заведомо
содержащим искомый компонент. Можно также использовать величину Rf,
являющуюся отношением расстояния, пройденному фронтом проявителя. Этот
способ менее точен, т.к. Rf зависит от качества бумаги и не может быть раз и
навсегда установлена для какого-либо вещества. Главное требование к бумаге
однородность и изотропность структуры. Нарушение этих условий ведет к
искажению результатов опыта и отсутствию воспроизводимости [10].
Вариантами хроматографии на бумаге являются
-двухмерная хроматография, в которой пятна, полученные после первого
разделения другим проявителем в направлении, перпендикулярном первому ряду
пятен;
-радиальная
хроматография в котором пятно, помещенное в центре листа,
размывается по концентрическим окружностям;
28
- Электрофоретическая хроматография: когда к концам влажной полоски бумаги,
с пятном исходной смеси посередине её, прикладывается постоянное напряжение
в несколько сотен вольт, при этом наблюдается передвижение положительно и
отрицательно
заряженных
компонентов
в
направление
соответствующих
полюсов.
В колоночной хроматографии на бумаге процесс разделения происходит на
бумажных дисках, плотно вставленных в цилиндрическую колонку.
2) Хроматография в тонких слоях
Предложенный Н.А. Измайловым и М.С. Шрайбером вид хроматографии
является аналогом хроматографии на бумаге. Различия в том, что тонкие слои (0,1
– 0,5мм) для хроматографического разделения могут быть изготовлены из любого
порошкообразного материала – окиси алюминия, целлюлозы, ионообменных
смол, цеолитов, активного угля, силикагеля и т.п. Благодаря отличающимся от
сорбции в капиллярах бумаги гидродинамическим условиям процесс разделения
происходит значительно быстрее и аппаратура не является столь громоздкой, как
в случае с хроматографии на бумаге. Методы появления и индикации остаются
теми же. Преимущества – неограниченный выбор сорбента, несложная его
подготовка,
быстрое
его
разделение,
возможность
отбора
пробы
из
хроматограммы, (соскабливание пятна и его анализ). Хроматография в тонких
слоях, как и хроматография на бумаге, получила широкое распространение при
исследовании синтетических и
исходных веществ, а также в аналитической
неорганической химии [7].
3) Колоночная хроматография: В этом методе твердый носитель
неподвижный
фазы
может
быть
применён
любой
твердый
носитель,
удовлетворяющий трем основным требованиям: он должен прочно удерживать
неподвижную фазу, легко пропускать подвижную жидкую фазу и не вызывать
побочных явлений.
Распределительная хроматография получила в начале своего развития
широкое применение в анализе органических веществ как очень тонкий и
29
эффективный метод. Методом распределительной хроматографии на колонке
осуществляется не только не только быстрое разделение веществ с близкими
химическими свойствами, но и концентрирование элементов.
1.3.6. ИОННООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ
При контакте с растворами электролитов некоторые твердые вещества
способны обмениваются ионамипри контакте с растворами электролитов. Для
ионного
обмена
необходимо,
чтобы
среда
обеспечивала
диссоциацию
растворенных веществ. У многих природных неорганических и органических
веществ обнаружена способностьк обмену ионов.
Вещества, способные к обмену содержащихся в них ионов на ионы
раствора, в который они погружен, называют ионообменниками или (ионитами).
Это твердые, нерастворимые и ограниченно набухающие в воде полимерные
вещества. Они состоят из каркаса (матрицы), имеющего положительный или
отрицательный заряд, и ионогенных (активных) групп, подвижные ионы этих
групп способны обмениваться на ионы в растворе того же знака [25].
Возможности ионообменной хроматографии были блестяще проиллюстрированы
при решении одной из наиболее трудных проблем неорганической химии –
разделение
редкоземельных
элементов.
Исключительное
значение
имеют
ионообменники для решения проблем охраны окружающей среды. Они широко
применяются при анализе почв, природных и промышленных вод на содержание
многих металлов и неметаллов, например ртути, кадмия, цинка и многих других
[7].
Этот вид хроматографии основан на применении ионообменников в
колоночном процессе. Как и во всех случаях, разделение не зависит от механизма
сорбции в динамических условиях. Однако в тоже время, как адсорбционная и
жидкостная хроматография связаны с распределением вещества между двумя
фазами,
ионообменная
хроматография
основана
на
стехиометрических
отношениях, т.к. ионный обмен представляет собой химическое взаимодействие
30
активных групп твердой фазы с ионами в растворе. Хемосорбционный характер
поглощения расширяет возможности ионообменной хроматографии по сравнению
с другими методами.
Кроме
фронтального
существуют
элюентная
комплексообразовательная,
анализа
и
распределительной
(элюирование
и
–
хроматографии
вымывание,
адсорбционно
вытеснение,
–комплексообразовательная
хроматография).
При
осуществлении
элюентной
хроматографии
в
верхнюю
часть
хроматографической колонки, наполненной, например катионитом в водородной
форме, вводится смесь разделяемых ионов металлов. Для получения компонентов
в чистом виде элюирование производят раствором кислоты при постепенно
возрастающей её концентрации (градиентное элюирование). Если исследуется
смесь элементов разных групп периодической системы, то разделение при
помощи
элюирования
валентности
обладают
кислотой
облегчается
различным
сродством
тем,
что
элементы
к
катиону.
разной
Сорбируемость
возрастает при переходе от одного – к двум – трехвалентным. Приблизительную
сорбируемость ионов с одинаковой валентностью можно представить рядами
Cs>Rb>K>Nh>Na
Ba>Sr>Ca>Mg
Zn>Cu>Ni>Co>Fe
Эти ряды не имеют характера стандартов, и могут изменяться в зависимости
от вида условий, например от вида кислоты, применяемой при элюировании.
1.3.7. ОСАДОЧНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ
В 1948 году исследователи Т.Б. Гапон и Е.Н. Гапон впервые предложили
новый метод разделения ионов, основанный на различной растворимости,
труднорастворимых осадков, полученных в хроматографической колонке с
осадителем. Этот метод они назвали осадочной хроматографией. Основной
особенностью
метода
осадочной
хроматографии,
является
многократное
31
повторение процессов образования и растворения осадков, происходящих на
поверхности вдоль всей колонки. Различие в растворимости образующихся
осадков и возможность и закрепления их на носителе создает условия разделения
смеси неорганических ионов [10]. Осаждение ионов в хроматографической
колонке может осуществляться двумя путями. Первый путь – образование осадка
хроматографируемого иона непосредственно в реакции с носителем, который в
этом случае играет
роль осадителя. Второй путь образования осадка в
хроматографической колонке, более часто используемый, – взаимодействие
хроматографируемых ионов с осадителем, адсорбированным на поверхности
носителя. Осадочная хроматография применяется главным образом для анализа
смесей неорганических соединений.
Осадочная хроматография основана на химических реакциях хемосорбента
с компонентами смеси растворенных веществ с образованием осадка (новой
фазы). Через находящийся в колонкеслой слабощелочной окиси алюминия
пропускают раствор, который содержит ионы, дающие окрашенные гидроокиси
(например, ионы ртути, меди и серебра). В верхней части колонки образуется
желтовато – серая зона гидрата окиси ртути, ниже – голубая зона гидрата окиси
меди, и ещё ниже – коричневая зона гидрата окиси серебра. Осадочная
хроматография нашла применение для качественного экспрессного анализа
смесей катионов и анионов. На фоне бесцветного сорбента глазом гораздо лучше,
чем в растворе, поэтому подобный метод анализа чувствительнее, чем
классический. Химический реагент может быть предварительно адсорбирован на
твердом носителе [7]. Если через слой активного угля, помещенного в колонку и
содержащего адсорбированный диметилглиоксим, пропускать раствор солей,
загрязненных примесями тяжелых металлов (никелем, железом, медью и т.д.), то
последние образуют трудно растворимые соединения на поверхности угля. Этот
способ разделения носит название адсорбционно - комплексообразовательной
хроматографией; примером может служить быстрый способ очистки растворов
32
сульфата цинка, идущего на изготовление рентгеновских экранов, от следов
никеля и железа, тушащих люминесценцию.
1.3.8. ХРОМАТОГРАФИЯРАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Специфическими особенностями данного метода являются:
разделение веществ, находящихся в ультра малых (следовых) количествах;
радиометрические способы индуцирование и количественных измерений, чаще
всего
применяют
ионообменных
хроматографии.
способ
колонках,
комплексообразовательного
но
могут
Количественные
применяться
измерения
и
проводят:
элюирования
все
в
разновидности
отбором
фракций
вытекающего раствора (элюата) на «мишени» для радиометрических измерений
на счетных установках, для оценки энергии излучения, т.д. [7].
1.3.9. АППАРАТУРА, ПРИМЕНЯЕМА В ХРОМАТОГРАФИИ
Газо-хроматографическая установка для аналитических целей состоит в
основном, из колонки или капилляра, помещенных в термостат, баллона с
инертным газом носителем (аргоном, водородом, азотом и т.п.). Он снабжен
редукторами для создания постоянной скорости газового потока, детектирующего
устройства, преобразующего показания изменения концентрации компонентов на
выходе из колонки в электрические сигналы и самопишущего потенциометра с
малым временем пробега каретки (~1сек).
При установившемся тепловом и газовом режиме проба смеси в количестве
нескольких
микро
литров
вводится
в
верхнюю
часть
колонки
через
самоуплотняющуюся диафрагму при помощи микро шприца с иглой для
подкожных инъекций. Детекторы для газовой хроматографии регистрируют
изменения физических свойств газовой смеси. Наиболее распространены
катарометры и ионизационно – пламенные детекторы. Применяются аргоновые
детекторы, основанные на явлении освобождения вторичных электронов при
столкновении возбужденных атомов аргона (газа – носителя) с молекулами
33
органических веществ. Возникающий ток ионизации измеряется обычными
способами.
При разделении больших количеств исходной смеси на выходе колонки
можно помещать коллектор фракций, позволяющий получать очень чистые
(99,999%) индивидуальные вещества. Приемники коллектора связываются с
программирующим устройством
так, что отбор фракций может совершаться
автоматически.
носит
Эта
система
название
препаративной
газовой
хроматографии. Эти методы используются в промышленности для осушки
воздуха, очистки ионометров [6].
Хроматографические колонки
В газовой хроматографии колонка представляет собой трубку; внутренний
диаметр от 10 мм и меньше,
длина от 1 до 15 см. Для удобства трубку
свертывают в спираль или изгибают фестонами.
Капиллярные
колонки
представляют
собой
капилляры
из
стекла,
полиэтилена. Для нанесения неподвижной фазы на внутреннюю поверхность
капилляра
жидкость
растворяют
в
летучем
аполярном
органическим
растворителе. Толщина слоя неподвижной фазы 3-5 мк.
Разделение
веществ
методом,
жидкостной
хроматографии
может
осуществляться либо с применением специально сконструированных приборов –
жидкостных хроматографов, либо классическим методом. Чаще всего применяют,
стеклянные колонки. Они, представляют собой различного размера стеклянные
трубки с пористой опорой для сорбента. В аналитической практике часто
используют колонку, предложенную Самуэльсоном. В нижнюю часть колонки
для поддержания слоя сорбента вставляют тампон из стеклянной ваты (он должен
располагаться ровным слоем) или впаивают пористый стеклянный диск иногда
рекомендуют и верхний слой сорбента во избежание его взмучивания прикрывать
тампоном из стеклянной ваты. Выпускной трубкой колонки служит изогнутый
капиляр диаметром 1 – 2 мм. Выходное отверстие его находится выше уровня
слоя сорбента, что препятствует попаданию в него воздуха. Длинные колонки
34
увеличивают время разделения, на коротких колонках
может не произойти
разделение смеси. Важно соотношение между длиной и диаметром колонки.
Оптимальными соотношениями высоты колонки к диаметру считаются 10:1 –
20:1, хотя в некоторых работах диапазон гораздо больше.
1.4. КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ВЕЩЕСТВ
Перед аналитической химией научно – технический прогресс поставил
важную задачу анализа малых количеств веществ-примесей, требующих особо
высокой чистоты. Эта задача решается специальными методами, которые требуют
повышения чувствительности аналитических определений, для чего проводят
концентрирование – повышение концентрации веществ.
Для концентрирования применяют испарение, озоление, осаждение,
экстракцию, избирательную адсорбцию, кристаллизацию, электрохимическое
концентрирование и ряд других методов [13].
Количественную оценку концентрирования осуществляют с помощью
коэффициента (фактора) концентрирования F:
F = Q1Q20/Q2Q10(1)
где Q10, Q20– количества концентрируемого вещества и основного
компонента (основы) до концентрирования;
Q1,
Q2–
количества
концентрируемого
вещества
и
основы
после
концентрирования.
Например, если в 1т раствора содержалось 2г золота, то при упаривании
раствора до 10 дм3 фактор концентрирования равен:
F = 2  1000/ 10  2 = 100, что означает 100-кратное концентрирование
золота [27].
Из методов испарения для концентрирования применяют выпаривание,
сублимацию (возгонку) основы, в которой заключен концентрируемый элемент.
Пределы применения методов испарения обусловливаются устойчивостью
определяемого вещества к температурным воздействиям, его летучестью,
35
окисляемостью. Путем испарения часто концентрируют водные и другие
растворы, предварительно в случае необходимости переводя вещество в
нелетучую форму. Если вещество неустойчиво при повышенных температурах,
упаривание проводят в вакууме, что позволяет снизить температуру. Иногда
применяют испарение определяемого вещества, если оно более летуче, чем
основа. Таким методом можно сконцентрировать иод (сублимация), эфирное
масло из растительного сырья (перегонка), металлы (при высоких температурах).
Озоление как метод концентрирования применяют в тех случаях, когда
неорганические вещества находятся в большой массе органической и сгораемой
неорганической основы. Например, микроэлементы в растительном и животном
сырье часто концентрируют путем сжигания на воздухе высушенной массы
сырья. Образующаяся при этом в небольшом количестве зола содержит
определяемые микроэлементы.
Кристаллизация широко применяется для концентрирования примесных
материалов. Здесь, например, используют зонную плавку, позволяющую
существенно увеличить концентрацию микропримесей, при этом удается
очистить основу и выделить микрокомпоненты в сконцентрированном виде.
Зонную плавку проводят, расплавляя пробу, находящуюся в длинной трубке, в
одной зоне, затем зону расплава перемещают специальными приемами (кольцевая
печь) вдоль трубки, при этом микропримеси вследствие отличий своих свойств
концентрируются в расплаве и передвигаются вместе с ним [10].
Употребительным методом концентрирования является экстракция из
растворов и твердых тел. При экстракции из водных растворов используют
реактивы
(обычно
комплексообразователи),
с
помощью
которых
концентрируемое вещество переводят в форму, растворимую в экстрагенте, не
смешивающимся
с
водой.
При
этом
необходимо,
чтобы
коэффициент
распределения вещества между органической и водной фазой был как можно
больше. Жидкостной экстракцией концентрируют ионы металлов, применяя в
качестве комплексообразователей дитизон, 8-оксихинолин и др., в качестве
36
экстрагентов - органические растворители. Экстракцию из твердых тел
применяют для концентрирования микрокомпонентов руд, растительного сырья.
Например, органические основания (алкалоиды) экстрагируют из растительного
сырья подкисленной водой, полученный экстракт затем подщелачивают и
экстрагируют основания алкалоидов небольшим количеством органического
растворителя, получая сконцентрированный экстракт алкалоидов.
Избирательная адсорбция, особенно на ионообменных смолах,- один из
наиболее
употребительных
способов
концентрирования.
Подобрав
соответствующий катионит, можно, пропустив раствор через ионообменную
колонку,
избирательно
проадсорбировать
необходимые
катионы
или
органические основания, аналогично, использовав анионит – анионы. После
насыщения
ионообменной
колонки
адсорбированное
вещество
смывают
подходящим растворителем, получая более концентрированный раствор.
Соосаждение широко
применяют, например, для
концентрирования
лантаноидов, актиноидов, микроэлементов. В качестве основных осадителей при
этом применяют гидроксиды, сульфаты, органические осадители. Например,
концентрирование
меди,
свинца,
кобальта,
кадмия
можно
осуществить
соосаждением с гидроксидом железа (III).
В электрохимическом концентрировании используют способность веществ
подвергаться электрохимическому окислению или восстановлению. Например, в
полярографии для концентрирования и повышения чувствительности метода
применяют амальгамный электрод. При наложении на него отрицательного
определенного
потенциала
концентрируемые
катионы,
восстанавливаясь,
накапливаются в поверхностном слое амальгамного электрода. Изменив знак
потенциала электрода, определяют присутствие и количество катионов.
При выборе метода концентрирования учитывают химические и физические
свойства концентрируемого вещества и основы, исходя из них, подбирают
наиболее целесообразный [6].
37
1.5. ПРИМЕНЕНИЕ ХЕЛАТООБРАЗУЮЩИХ СОРБЕНТОВ
В НЕОРГАНИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ
Методы концентрирования и выделения элементов из растворов с
применением
хелатообразующих
сорбентов
отличается
избирательностью,
экспрессностью и простотой. Методология работы с хелатообразующими
сорбентами сводится к следующим главным этапам:
1.Выбор
хелатообразующегого
сорбента
с
избирательной
ФАГ
по
отношению к изучаемому элементу или к другой группе элементов на основе
теоретических положений для мономерных органических реагентов.
2.Концентрирование и выделение элементов из растворов различных
объектов (с учетом избирательности, оптимальной кислотности среды, времени,
температуры, сорбции, СЕ сорбента).
3.Определение
сорбированных
элементов
в
концентрате
любым
подходящим инструментальным методом, например, методом ВЭЖХ, атомной
абсорбции,
нейтронно-активационным,
спектральным
или
спектрофотометрическим с применением высокочувствительных органических
реагентов [29].
38
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1:
1. Обобщены и систематизированны литературные данные о кадмие как
элементе – токсиканте и ометодах его определения в растительных
объектах.
2. Обобщены
и
систематизированы
хроматографическом методе анализа.
литературные
данные
об
39
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
При анализе соединений кадмия, одного из самых токсичных металлов,
возникают сложности, связанные с тем, что он образует непрочные комплексы.
В данной работе кадмий в растительных объектах исследован с помощью
хроматографического метода, а именно методом ВЭЖХ, с предварительным
концентрированием полимерным хелатообразующим сорбентом.
2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ
ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
Высокоэффективная жидкостная
хроматография (ВЭЖХ)
– это метод
колоночной хроматографии, в котором подвижной фазой (элюентом) служит
жидкость, движущаяся через хроматографическую колонку, заполненную
неподвижной фазой (сорбентом).
Сущность данного метода состоит в разделении компонентов смеси,
основанном на различии в равновесном распределении их между двумя
несмешивающимися фазами.
В
зависимости
от
механизма
разделения
веществ
различают:
адсорбционную, распределительную, ионообменную, эксклюзионную, хиральную
и др.
Адсорбционная хроматография – процесс, при котором разделение
осуществляется
в результате взаимодействия адсорбента с разделяемым
веществом. Элюент является неполярной жидкостью.
Распределительная хроматография – процесс разделения смеси веществ за
счет различия коэффициентов распределения между двумя несмешивающимися
фазами (подвижной фазой и фазой, находящейся на сорбенте).
Эксклюзионная хроматография – процесс, в котором вещества разделяются
в результате распределения молекул между растворителем, находящимся в порах
сорбента и растворителем, протекающим между его частицами [8].
40
В зависимости от типа фаз различают: нормально– фазовую и обращено–
фазовую.
В нормально– фазовой хроматографии неподвижная фаза – полярная (
силикагель или силикагель с NH2- CN- группами и др.), а подвижная фаза –
неполярная ( гексан или смеси гексана). Элюирующая способность подвижной
фазы увеличивается с ростом ее полярности.
В обращено– фазовой неподвижная часть – неполярная ( гидрофобные
силикагели с группами С4, С8, С18), подвижная фаза полярная ( смеси воды и
полярных растворителей: ацетонитрила, метанола). Элюирующая способность
тем выше, чем больше содержание органического растворителя.
2.2. АППАРАТУРА ДЛЯ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
В
современной
жидкостной
хроматографии
используют
приборыот
наиболее простых систем, до хроматографов высокого класса, которые
снабженны различными дополнительными устройствами.
На рисунке 1 представлена блок–схема жидкостного хроматографа,
содержащая минимально необходимый набор составных частей [8].
Рис. 1. Блок–схема жидкостного хроматографа.
41
Насос (2) предназначен для создания постоянного потока растворителя. Его
конструкция определяется, прежде всего, рабочим давлением в системе.
Инжектор (3) обеспечивает ввод пробы смеси разделяемых компонентов в
колонку с достаточно высокой воспроизводимостью..
Колонки (4) для ВЭЖХ представляют собой толстостенные трубки из
нержавеющей стали, способные выдержать высокое давление. Плотность и
равномерность набивки колонки сорбентом играет важную роль. Для жидкостной
хроматографии
низкого
давления
с
успехом
используют
толстостенные
стеклянные колонки. Постоянство температуры обеспечивается термостатом (5).
Детекторы (6) для жидкостной хроматографии имеют проточную кювету, в
которой происходит непрерывное измерение какого-либо свойства протекающего
элюента.
Колонки для ВЭЖХ, которые чаще всего используют в анализах
загрязнителей окружающей среды, имеют длину 25 см и внутренний диаметр 4,6
мм, заполняются они сферическими частицами силикагеля размером 5 –10 мкм с
привитыми октадецильными группами. Использование колонок с меньшим
внутренним диаметром приводит к уменьшению расхода растворителей и
продолжительности анализа, увеличению чувствительности и эффективности
разделения.
Колонки
с
внутренним
диаметром
3,1
мм
снабжают
предохранительным картриджем (форколонкой) для увеличения срока службы и
улучшения воспроизводимости анализов [9].
В качестве детекторов в современных приборах для ВЭЖХ используются
обычно
УФ
–детектор
на
диодной
матрице,
флуоресцентный
и
электрохимический.
Часто, в практической работе разделение
протекает по нескольким
механизмам одновременно. Так, эксклюзионное разделение бывает осложнено
адсорбционными эффектами, адсорбционное – распределительными, и наоборот.
На практике, наибольшее распространение получила «обращённ – офазовая»
42
(распределительная) хроматография, в которой неподвижная фаза не полярна, а
подвижная полярна (т. е. обратна «прямофазной» хроматографии).
В большинстве лабораторий мира группу из 16 приоритетных ПАУ
анализируют методами ВЭЖХ или ХМС.
В
качестве
сорбента
в
ВЭЖХобычно
используют
силикагель
с
гидроксилированной поверхностью или привитыми к поверхности различными
функциональными группами, например, алкилсиликагель, примером, которого
является Сепарон – 18. К его поверхности привита алкильная группа с числом
углеродных атомов 18.
В колонках, содержащих силикагель с привитыми неполярными группами
(Сепарон – 18), используют полярные растворители – водные растворы,
содержащие низшие спирты и ацетонитрил. Если в качестве сорбента используют
силикагель, то элюентом служат углеводороды с добавлением небольшого
количества спирта [8].
2.2.1. ДЕТЕКТОРЫ ДЛЯ ВЭЖХ
Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) используется для
детектирования полярных нелетучих веществ, которые не могут быть переведены
в форму удобную для газовой хроматографии, даже в виде производных. К таким
веществам относят сульфоновые кислоты, водорастворимые красители и
некоторые пестициды(производные фенил – мочевины).
Детекторы
для
ВЭЖХ
используютсяразных
типов,
их
основные
характеристики представлены в таблице 3.
Таблица 3.
Характеристики детекторов для ВЭЖХ
Детектор
Измеряемое
Чувствител
Селективно
физическое свойство
ьность,
сть
43
мг в пробе
Оптическая плотность
Фотометрический
при фиксированной
10 -10
высокая
10-9
высокая
10-5
малая
длине волны
Спектрофотометрически
й
Оптическая плотность
при выбираемой длине
волны
Разность показателей
преломления в
Рефрактометрический
сравнительной и
измерительной ячейках
Интенсивность
Флуориметрический
флуоресценции
исследуемых веществ в
10-11
очень
высокая
подвижной фазе
Ток окисления или
Амперометрический
восстановления
электрохимически
10-9 - 10-10
очень
высокая
активных соединений
УФ – детектор на диодной матрице. «Матрица» постоянно регистрирует
сигналы в УФ и видимой области спектра, таким образом запись УФ –спектров
проходит в режиме сканирования.
44
По сравнению с детектированием на одной длине волны, которое не дает
информации о «чистоте» пика, возможности сравнения полных спектров диодной
матрицы обеспечивают получение результата идентификации с гораздо большей
степенью достоверности [9].
Флуоресцентный детектор обладает очень высокой селективностью и
чувствительностью.
Электрохимический детектор используются для детектирования веществ,
которые легко окисляются или восстанавливаются: фенолы, меркаптаны, амины,
ароматические нитро- и галогенпроизводные, альдегиды кетоны, бензидины.
Для ускорения процесса хроматографическое разделение смеси на колонке
хроматографирование
проводят
под
давлением.
Этот
метод
называют
является
удобным
высокоэффективной жидкостной хроматографией.
Высокоэффективная
жидкостная
хроматография
способом разделения, препаративного выделения и проведения качественного и
количественного анализа нелетучих термолабильных соединений как с малой, так
с большой молекулярной массой [8].
В зависимости от типа применяемого сорбента в данном методе используют
2 варианта хроматографирования: на полярном сорбенте с использованием
неполярного элюента (вариант прямой фазы) и на неполярном сорбенте с
использованием полярного элюента – так называемая обращено –фазовая
высокоэффективная жидкостная хроматография (ОфВЖХ).
При переходе элюента к элюенту равновесие в условиях ОфВЖХ
устанавливается во много раз быстрее, чем в условиях полярных сорбентов и
неводных ПФ. Вследствие этого, а также удобства работы с водными и водноспиртовыми элюентами, ОфВЖХ получила в настоящее время большую
популярность. Большинство анализов при помощи ВЖХ проводят именно этим
методом.
Регистрация выхода из колонки отдельного компонента производится с
помощью детектора. Для регистрации можно использовать изменение любого
45
аналитического сигнала, идущего от подвижной фазы и связанного с природой и
количеством компонента смеси. В жидкостной хроматографии используют такие
аналитические сигналы, как светопоглощение или светоиспускание выходящего
раствора
(фотометрические
и
флуориметрические
детекторы),
показатель
преломления (рефрактометрические детекторы), потенциал и электрическая
проводимость (электрохимические детекторы) и др.
Непрерывно
детектируемый
сигнал
регистрируется
самописцем.
Хроматограмма представляет собой зафиксированную на ленте самописца последовательность сигналов детектора, вырабатываемых при выходе из ко-лонки
отдельных компонентов смеси. В случае разделения смеси на внеш-ней
хроматограмме видны отдельные пики. Положение пика на хроматограмме
используют для целей идентификации вещества, высоту или площадь пика - для
целей количественного определения.
2.3. ДОСТОИНСТВА МЕТОДА ВЭЖХ
Достоинствами высокоэффективной жидкостной хроматографии являются:
- универсальность;
- высокая скорость процесса, позволяющая сократить анализ от нескольких часов
до нескольких минут;
- высокая чувствительность и селективность;
- минимальная степень размывания пиков, что дает возможность разделять
соединения близкой химической структуры;
- высокая степень механизации и автоматизации разделения иобработки
полученной информации;
- возможность использования в качестве подвижной фазы смесирастворителей,
что позволяет варьировать ее элюирующую способность;
- одновременное разделение и анализ компонентов исследуемой смеси.
ВЭЖХ находит широкое применение в таких областях как:
46
- Фармацевтическая промышленность (антибиотики, витамины, гормоны,
белковые препараты и др.);
-
Медицина
(метаболизм лекарственных
веществ в биологических
жидкостях и др.);
- Криминалистика (наркотики, красители, взрывчатые вещества и др.);
- Сельское хозяйство(определение питательных свойств кормов, анализ
пестицидов и др.);
- Контроль качества продуктов питания (вкусовые добавки,консерванты,
красители и др.);
- Охрана окружающей среды(пестициды, органические нитросоединения и
др.);
2.4. АНАЛИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ, ВЗЯТЫХ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Для исследования были взяты пробы моркови, укропа пахучего и петрушки,
произрастающие на территории Глазуновского района Орловской области.
2.4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАСТИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ СЕМЕЙСТВО
ЗОНТИЧНЫЕ
Зонтичные семейства двудольных растений. Около 3000 видов ( свыше 300
родов), распространенных по земному шару ( в основном в северной умеренной
зоне). Все части растения содержат эфиромасличные канальца, поэтому многие
зонтичные
являются
эфирномасличными
растениями.
Такие
как
кориандр (Coriandrumsativum), анис (Pimpinellaanisum), тмин (Carumcarvi), ажгон
(Trachyspermumammi) и многие другие.
Овощные
растения
–
морковь (Daucuscarota), сельдерей (Apiumgraveolens), петрушка (Petroselinumcrisp
um), пастернак (Pastinacasativa),
укроп (Anethumgraveolens), фенхель (Foeniculumvulgare), и др.
47
Среди зонтичных так же много лекарственных растений из-за высокого
содержания в них кумаринов и их производных (амми, укроп, ферула) [18]. Есть
виды, которые ядовиты и опасны, например, вёх ядовитый (Cicutavirosa),
и болиголов (Coniummaculatum) .
И
виды,
засоряющие
посевы
(бутень, сныть, скандикс)
Некоторые виды являются декоративными растениями синеголовник
альпийский (Eryngiumalpinum), володушкакруглолистая (Bupleurumrotundifolium),
астранция (Astrantia).
Укроп пахучий или огородный (лат. Anethumgraviolens L) – однолетнее
травянистое растение с ароматным запахом. Высота 40 – 120 см. Укроп пахучий
относится к семейству Зонтичных. Широко распространен в Западной Азии,
Индии, Северной Африке [19] .
В качестве лекарственного сырья используются укропа пахучего плоды
(Anethigraveolentisfructus). Плод – вислоплодник, при созревании распадается на
два полуплодика, которые называются
мерикарпия. Мерикарпии имеют
эллиптическую или широкоэллиптическую форму, длина 3-7 мм Сырье
заготавливают при созревании 50-60% плодов, когда плоды в зонтиках достигают
бурой или зеленовато – бурой окраски.
В химический состав плодов входит азотистые вещества, клетчатка,
фенолкарбоновые кислоты (хлорогеновая, кофейная), обнаружены кумарины и др.
Трава укропа содержит провитамим А, витамины С, В1, В2, РР, Р, фолиевую
кислоту, флавоноиды (кверцетин, кемпферол, изорамнетин), соли калия, кальция,
железа, фосфора [19].
Морковь (Daúcus) – двулетнее растение семейства Зонтичные. Имеет
мясистый
корнеплод,
массой
30
–
300
г.
Широко
распространена,
в Африке, Австралии, Новой Зеландии и Америке.
В химический состав корнеплода входят витамины группы В, РР, С, Е, К;
пантотеновая
кислота, аскорбиновая
каротины, фитоен.
В
семенах
кислота; флавоноиды,
содержатся
эфирное
каротиноиды –
масло, флавоновые
48
соединения и жирное
масло.
Цветки
содержат
антоциановые
соединения и флавоноиды (кверцетин, кемпферол) [17].
Главная
ценность
моркови
–
высокое
содержание
бета-каротина
(провитамина А). Морковь содержит такие микро- и макроэлементы как: калий,
железо, фосфор, магний, кобальт, медь, йод, цинк, хром, никель, фтор и др.
Петрушка огородная (петросилиева трава) двулетнее растение с прямым,
крупным, бороздчатым стеблем, появляющимся на второй год, в первый год
растение дает лишь розетку из листьев. происходит из Южной Европы.
Все части петрушки обладают приятным пряным вкусом, который
обусловлен наличием эфирного масла. Содержание эфирного масла в плодах –7
%, в свежем растении 0,016 –0,3 %, в сухих корнях – до 0,08 %.
Главный компонент эфирного масла – это апиол и гликозид апигенина.
Кроме того в нем содержится ароматической масло, основным компонентом
которого является апиоламиристицин [18].
В цветках петрушки обнаружены кверцетин и кемпферол, в корнях –
апигенин, слизи.
По содержанию витаминов петрушка превосходит многие овощи и фрукты.
В зелени её имеется до 0,2 % аскорбиновой кислоты, до 0,01 %,
каротина, тиамин, рибофлавин, ретинол, никотиновая
кислота,
богатый
набор минеральныхсолей (железа, калия, магния, кальция, фосфора),
белки,
углеводы, пектиновые вещества, фитонциды.
Кроме того, в масле из плодов содержатся α-пинен, миристицин, следы
неидентифицированных альдегидов, кетонов, фенолов,
а
также стеариновая и
пальмитиновая кислоты и петросилан [14].
В клинических испытаниях было показано, что при употреблении
препаратов
петрушки
повышается
тонус
мускулатуры матки, кишечника, мочевого пузыря.
2.4.2. ЦЕЛЕБНЫЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ
гладкой
49
Настой плодов укропа пахучего повышает секрецию пищеварительных
желез, оказывает спазмолитическое, ветрогонное, отхаркивающее действие
благодаря высокому содержанию эфирного масла, регулирует моторную
деятельность кишечника, а также отмечена способность вызывать усиление
лактации у кормящих женщин [17].
Семена
укропа
обладают
желчегонными,
диуретическими
и
анестезирующими свойствами. Настой плодов укропа способен ингибировать
развитие патогенной микрофлоры, вызывающей диарею.
Флавоноиды, содержащиеся в растении усиливают стенки сосудов,
аскорбиновая кислота улучшает метаболические процессы в организме, а калий
оказывает
противоаритмическое
возможным
применение
настоя
воздействие.
травы
Все
укропа
эти
при
факторы
делают
начальных
стадиях
гипертонической болезни, стенокардии, неврозах.
Настой семян и эфирное масло используют наружно как ранозаживляющее
при аллергическом зуде; настой травы в виде примочек – при заболеваниях глаз.
Морковь содержит витамин А, а он как известно способствует росту. Этот
витамин необходим для нормального зрения (укреплять сетчатку глаза), он
поддерживает в хорошем состоянии кожу и слизистые оболочки [20].
Фитонциды, содержащиеся в моркови, убивают микробов, поэтому морковь –
эффективное средство при простуде и тонзиллите [17].
В
медицине
морковь
Способствует эпителизации,
применяется
активирует
при гипо- и авитаминозах.
внутриклеточные окислительно-
восстановительные процессы, регулирует углеводный обмен.
Семена
используются
для
получения лекарственных
средств,
например, даукарина, обладающего спазмолитическим действием, сходным
с
действием папаверина и келлина, расширяет коронарные сосуды; применяется
при атеросклерозе, коронарной недостаточности с явлениями стенокардии.
Из семян получают эфирное масло и
косметики.
экстракты для ароматерапии и
50
Свежие листья петрушки или их отвар в экспериментальных исследованиях
увеличивали жёлчеотделение. Отвар петрушки был предложен для лечения
гипотонических и гипокинетических дискинезий жёлчного пузыря. Различные
препараты петрушки используют при цистите, мочекаменной болезни, отёках,
почечных
спазмах
(противопоказаны
при нефрите),
при
воспалении предстательной железы [18].
2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КАДМИЯ В РАСТИТЕЛЬНЫХ
ОБЪЕКТАХ СЕМЕЙСТВА ЗОНТИЧНЫЕ МЕТОДОМ ВЭЖХ С
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕМ ПОЛИМЕРНЫМ
ХЕЛАТООБРАЗУЮЩИМ СОРБЕНТОМ
2.5.1.ПОДГОТОВКА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПРОБ ДЛЯ АНАЛИЗА
Пробоподготовка включает в себя предварительное измельчение пробы для
определения тяжелых металлов с целью приготовления однородного образца и
последующего взятия не менее двух параллельных навесок. При отборе проб
следует избегать контакта растительного сырья с предметами, содержащими
определяемые металлы.
Пробу сырья предварительно измельчают с помощью ножа или ножниц.
Для дальнейшей подготовки к анализу рекомендуется использовать два
метода подготовки пробы:
– сухая минерализация;
– мокрая минерализация.
Пробоподготовка сырья к анализу заключается в деструкции органической
основы пробы методами «сухой» (термической) минерализации, «мокрой»
(кислотной) минерализации с последующим растворением остатка[15].
2.5.1.1. СПОСОБ СУХОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ
51
Сухой минерализацииоснована на полном разложении органических
веществ путем сжигания проб растений в муфельной печи при контролируемом
температурном режиме.
АППАРАТУРА, РЕАКТИВЫ, МАТЕРИАЛЫ
1. Весы лабораторные с метрологическими характеристиками (ГОСТ 24104).
2. Муфельная или электропечь сопротивления камерная лабораторная.
3. Электроплитка бытовая по ГОСТ 1419.
4. Баня водяная.
5. Тигли или чашки кварцевые (ГОСТ 19908).
6. Стекла часовые.
7. Цилиндры мерные объемом на 10 и 50 см3(ГОСТ 1770).
8. Пипетка объемом на 1 см3 по ГОСТу 20292.
9. Спирт этиловый ректификованный (ГОСТ 18300).
10.Кислота азотная (ГОСТ 11125. «ос.ч.») раствор в бидистиллированной воде
(1:1) по объему.
ХОД АНАЛИЗА
В фарфоровый, стеклоуглеродный, кварцевый или другой тигель берут
измельченную навеску растительной пробы (при определении кадмия, молибдена,
свинца, никеля, хрома и кобальта – 2,5 г), взвешенную с точностью не более 0,01
г, добавляют 96%-й этиловый спирт из расчета 5 см3 спирта на 1 г сухого
вещества пробы, накрывают часовым стеклом и оставляют на 24 часа.
Пробы высушивают и затем обугливают на электроплитке до прекращения
выделения дыма, не допуская воспламенения. Затем тигли помещают в холодную
муфельную печь и, повышая ее температуру на 50°С каждые полчаса, доводят
температуру печи до 480°С и продолжают минерализацию в течение 10-15 часов
до получения серой золы.
Охлажденную до комнатной температуры золу смачивают по каплям
азотной кислотой (1:1), выпаривают на водяной бане, помещают в муфельную
52
печь, доводят ее температуру до 300 °С и выдерживают 30 мин. Этот цикл может
быть повторен несколько раз до получения золы белого или слегка окрашенного
цвета без обугленных частиц.
Одновременно с пробами в каждой серии анализа проводится холостой
опыт: тигель (чашка), не содержащий навесок, но с добавлением того же
количества реактивов, что и в пробы, участвует во всех операциях (обугливание,
озоление, растворение, экстракция) [13].
2.5.1.2. СПОСОБ МОКРОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ
Способ
мокрой
минерализации
основан
на
полном
разложении
растительной пробы при нагревании в смеси концентрированных азотной и
серной кислот и перекиси водорода.
АППАРАТУРА, РЕАКТИВЫ И МАТЕРИАЛЫ
1. Весы лабораторные с метрологическими характеристиками по ГОСТу
24104.
2. Электроплитка с гнездами для колб Кьельдаля.
3. Колбы Кьельдаля объемом на 50 или 100 см3 по ГОСТу 25336.
4. Цилиндры мерные объемом на 10. 25 и 50 см3 по ГОСТу 1770.
5. Воронки лабораторные по ГОСТу 25336.
6. Шарики стеклянные.
7. Кислота азотная концентрированная по ГОСТу 11125, «ос.ч.».
8. Перекись водорода (пергидроль) по ГОСТу 10929. «х.ч.».
9. Вода бидистиллированная.
ХОД АНАЛИЗА
Навеску измельченной растительной пробы (указана в способе сухой
минерализации) переносят в колбу Кьельдаля вместимостью 100 мл. Добавляют
53
азотную кислоту из расчета 10 см3 на каждые 5 г пробы и выдерживают не менее
15 мин. В колбы вносят 2 – 3 стеклянных шарика, закрывают воронкой и
нагревают на электроплитке вначале слабо, затем сильнее, упаривая содержимое
колбы до объема около 5 см3. Колбу охлаждают, добавляют 10 см3 азотной
кислоты, упаривают до 5 см3.Этот цикл повторяют несколько раз до прекращения
выделения бурых паров.
В колбу вносят 10 см3 азотной кислоты, 2 см3 перекиси водорода на каждые
5 г пробы. Не допускается изменять последовательность добавления реагентов:
перекись водорода всегда вносится последней. Содержимое колбы упаривают до
5 см3. Минерализацию считают законченной, если раствор после охлаждения
остается бесцветным. При появлении желтой или коричневатой окраски в колбу
добавляют 5 см3 азотной кислоты и 2 см3 перекиси водорода и нагревают до
прекращения выделения бурых паров и полного обесцвечивания раствора. В
охлажденную колбу вносят 10 см3бидистиллированной воды и кипятят в течение
1 0 – 1 5 мин.
Одновременно с пробами в каждой серии анализа проводится холостой
опыт[13].
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ДЛЯ АНАЛИЗА
В тигель (колбу, чашку) с концентрированной любым из описанных
способов растительной пробой добавляют 5 – 1 0 см3 азотной кислоты (1:1) и
нагревают на водяной бане или электроплитке до образования влажных солей.
Растворяют в 10 – 15 см3 1%-й азотной кислоты, переносят в мерную колбу
объемом 25 см3 и доводят до метки тем же раствором кислоты.
2.5.3. ОПРЕДЕЛНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КАДМИЯ В РАСТИТЕЛЬНЫХ
ОБЪЕКТАХ
Для определения металлов в растительных объектак используют обращенно
– фазовый вариант ВЭЖХ. Предварительно необходимо осуществить процесс
концентрирования металлов экстракционным или сорбционным методом. Для
54
этого можно использовать полимерные хелатообразующие сорбенты. Для
определения металла
после концентрирования
переводят в комплекс с
диэтилдитиокарбоминатом натрия.
АППАРАТУРА, РЕАКТИВЫ И МАТЕРИАЛЫ
1. Жидкостной хроматограф «Милихром-4».
2. Весы лабораторные с метрологическими характеристиками (ГОСТ 24104).
3. Магнитная мешалка
4. Фильтр Шотта.
5. Фильтр «белая лента».
6. Стандартные раствор кадмия.
7. Водный раствор диэтилдитиокарбомината натрия ДЭДТК 0,05%.
8. Полистирол-азо-салициловая кислота или ее производные.
9. Азотная кислота концентрированная
10.Соляная кислота концентрированная .
11.Серная кислота (1:1).
12.Аммиак концентрированый.
13.Персульфат аммония.
14.Ацетонитрил.
15.Хлороформ.
16.Ацетатный буфер (рН = 5,4).
17. Образец.
2.5.4. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ СОРБЦИИ
2.5.4.1. КИСЛОТНОСТЬ СОРБЦИИ
Оптимальную величину [H+] для протекания процесса сорбции выбирают
экспериментальным путем. Эта величина может быть оценена на основе
гидролитических свойств элемента и кислотно –основных свойств ФАГ сорбента
55
на
основе
теоретических
разработок
для
мономерных
органических
фотометрических реагентов.
Величину оптимальной рН сорбции определяют экспериментально в
интервале рН 1 – 10. Для этого, в 10 стаканов вместимостью 100 мл помещают
раствор, содержащий 50 мг полимерного хелатообразующего сорбента и 50 мкг
исследуемого элемента, и устанавливают различные значения рН.
Растворы с сорбентом перемешивают на магнитных мешалках в течении 2
часов при комнатной (20±50С) температуре. Затем сорбент отфильтровывают на
фильтр “белая лента”. Фильтр с сорбентом переносят в фарфоровый тигель,
подсушивают, озоляют в муфельной печи при температуре 550 – 6000С. Зольные
остатки растворяют при последовательном нагревании в 1 мл конц. НNO3, а затем
в 3 мл конц. НСl, упаривают растворы до влажных солей. После охлаждения
содержимое тиглей переносят количественно в мерные колбы емкостью 10 мл 1М
НСl до метки.
Уточнение оптимального времени сорбции проводят позднее, после
установления рНопт. [31].
2.5.4.2. ВЛИЯНИЕ ВРЕМЕНИ И ТЕМПЕРАТУРЫ
Оптимальное время полной сорбции и температуры процесса выбирают
экспериментальным путем, т.к. влияние этих факторов на процесс сорбции не
может быть предсказано.
Готовят две серии растворов по 50 мл каждый, содержащих по 50 мкг
изучаемого элемента; устанавливают значение рН, соответствующее найденному
ранее интервалу значений рНопт , и добавляют по 50 мг сорбента. Растворы первой
серии перемешивают при комнатной температуре (20 ± 50С) в течение
10,20,30,40,50,60 минут. Растворы второй серии нагревают в термостате,
устанавливают нужную температуру в интервале 30 – 800 С и перемешивают при
заданной температуре в течение 10,20,30,40,50,60 минут. По окончании каждого
опыта определяют количество сорбированного элемента. Полученные данные
56
используют для построения графической зависимости: степень сорбции (R,%) –
время или температура [31].
2.5.4.3. СТЕПЕНЬ ИЗВЛЕЧЕНИЯ
Количественные
хелатообразующим
характеристики
сорбентом:
степень
процесса
концентрирования
извлечения,
коэффициент
концентрирования.
Степень извлечения (R) – безразмерная величина, показывающая, какая
доля абсолютного количества микроэлемента содержится в концентрате.
R = gк / gпр
(2)
где gк и gпр- абсолютные количества микроэлемента в концентрате и пробе
соответственно. Степень извлечения чаще выражают в процентах:
R = (gк / gпр) / 100
С
помощью
степень
извлечения, можно
(3)
корректировать
результат
определения на величину систематической погрешности, обусловленной потерей
микроэлемента. Степень извлечения определяют на стандартных модельных
растворах с известным содержанием микроэлемента.
Величина R может зависит от состояния микроэлемента в пробе.
Микроэлемент должен быть переведен в реакционную форму, которая
взаимодействует с ФАГ сорбента при установленных условиях сорбции.
Коэффициент концентрирования (К) – величина, показывающая во сколько
раз изменяется отношение абсолютных количеств матрицы и микроэлемента в
концентрате по сравнению с этим же отношением в исходной пробе:
К = (gk/Qk) : (gпр/Qпр) = R×Qпр/Qk(4)
где: Qк и Qпр - абсолютные количества матрицы в концентрате и пробе
соответственно. Так как qпр<<Qпри qк<<Qк,, то Qпри Qкобычно принимают
равными общей массе пробы и концентрата соответственно. Если степень
извлечения равна 1 (R=100%), уравнение (4) упрощается:
57
K=Qпр/Qk
Коэффициент
(5)
концентрирования
учитывают
при
построении
градуировочных графиков, выражающих зависимость аналитического сигнала, от
массы или концентрации микроэлементов [23].
2.5.4.4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
По
результатам
исследований
строят график
зависимости
степени
извлечения кадмия от значения рН среды и времени перемешивания при
комнатной температуре и при температуре 600С (рис. 2 – 4).
100
80
60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
Ряд3
Рис. 2. Влияние кислотности среды на сорбцию кадмия полистирол-(азо-1)2-окси-3-карбокси-5-роданобензолом.
58
R,%
100
80
60
40
20
0
, мин
Рис. 3. Влияние времени перемешивания раствора на степень сорбции
кадмия при 200С полистирол-(азо-1)-2-окси-3-карбокси-5-роданобензолом
R,%
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
, мин
Рис. 4. Влияние времени перемешивания раствора на степень сорбции
кадмия при 600С полистирол - (азо - 1) – 2 – окси – 3 – карбокси – 5 роданобензолом
В таблице 4 приведены аналитические характеристики процесса сорбции
кадмия полимерным хелатообразующим сорбентом – полистирол - (азо - 1) - 2 –
окси – 3 – карбокси – 5 –роданобензолом.
Из полученных данных видно, что величина рНопт. сорбции кадмия
сорбентом находится в интервале 4,0– 8. Увеличение температуры раствора до
59
600С сокращает время сорбции до 10 – 20 минут. Следовательно, энергетически
более выгодно и удобно проводить процесс при комнатной температуре.
Таблица 4.
Характеристики процесса сорбции кадмия
Полистирол – (азо – 1) – 2 –окси –3 –карбокси – 5 –роданобензолом
Металл
рНопт.
рН50
сорбции
Время
СЕС, мг/г
сорбции,
мин.
Кадмий
4,0 – 5,5
4,4
20
12
Как было установлено, количественному выделению (концентрированию)
Cd не мешают: 5 104 – кратные массовые количества Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Ba2+,
Sr2+; 1 104 – кратные количества Al3+, Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+; 5 103 – кратные
количества
Sn2+,
Fe2+,
Ce3+,
гидроксиламина,
тиомочевины,
унитиола,
аскорбиновой кислоты; 1 103– кратные количества Fe3+, гидразина; 1 102–
кратные количества Ti4+; 50– кратные количества V4+, Cr3+; 10– кратные
количества Hf4+
2.6. МЕТОДИКА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ
К 500 мл полученной вытяжки из пробы прибавляют 3 мл разбавленной
серной кислоты и добавляют 0,5 г персульфата аммония для разрушения
органических комплексов в анализируемой пробе, после чего оставляют пробу на
1 час. Затем избыток кислоты нейтрализуют аммиаком и, прибавив 50 мг
полистирол – азо –салициловой кислоты, доводят рН до 6,5 – 7,2 аммиаком.
Анализируемую пробу перемешивают на магнитной мешалке в течение 30 минут
при комнатной температуре. Сорбент отфильтровывают через фильтр «белая
лента». Концентрат промывают дистиллированной водой и озоляют при 550 – 600
градусах в течение 2 – 5 час. После охлаждения тигля к остатку добавляют 1 мл
концентрированной азотной кислоты, упаривают до «влажных солей» и
60
добавляют по 1 мл концентрированной соляной кислоты трижды, каждый раз
упаривая до «влажных солей», после чего переносят в мерную колбу емкостью 10
мл и доводят до метки 1М раствором соляной кислоты [21]. Полученный раствор
анализируют методом ВЭЖХ.
2.7. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦЫП РАБОТЫ ЖИДКОСТНОГО
МИКРОКОЛОНОЧНОГО ХРОМАТОГРАФА «МИЛИХРОМ – 4»
Хроматограф жидкостный микроколоночный «Милихром – 4» представляет
собой аналитический комплекс функционально объединенных средств измерения
и вспомогательных устройств, обеспечивающих разделение анализируемой смеси
на компоненты; детектирование и количественный анализ компонентов методом
высокоэффективной
жидкостной
хроматографии.
Хроматограф
широко
применяются в органической, неорганической, биологической химии для
проведения физико-химических исследований в криминалистике, медицине, при
контроле за загрязнением окружающей среды.
Хроматограф «Милихром – 4» обеспечивает выполнение следующих
автоматических функций:
- обработка информации с расчетом высот, площадей пиков и времен
удержания;
- передачу данных в центральную ЭВМ;
- коррекцию базовых линий нулевого сигнала;
- ввод пробы;
- выполнение по заданной программе серийных анализов;
- отражение выходной информации на дисплее.
Блок управления монитором (БУМ)
предназначен для использования в
составе хроматографа в качестве управляющего устройства. БУМ управляет
спектрофотометрическим детектором СФД , насосом и устройством ввода проб
УВПА. БУМ совместно с СФД обеспечивает измерение оптической плотности
растворов исследуемых веществ, в режимах, заданных с помощью клавиатуры и
61
отображаемых на
мониторе, а также производит математическую обработку
хроматографической информации, выдачу результатов измерений и связь с
внешней ЭВМ. Наряду с основной функцией, БУМ служит подставкой для СФД,
будучи жестко закреплен на основной плите [22].
Насос и УВПА закреплены на СФД с помощью специальных строек и
зажимов. Насос предназначен для подачи элюента и пробы в колонку
при
помощи УВПА. Конструктивно насос выполнен в виде отдельного блока,
состоящего из двух основных частей: шприца и привода.
Выход
шприца насоса соединен
капилляром с УВПА. С целью
предотвращения попадания химических реактивов на БУМ и плиту, на плиту
устанавливается поддон изготовленный из фенопласта.
Аналитическая колонка представляет собой трубку из нержавеющей стали,
заполненную
сорбентом
и
закрытую
с
обеих
сторон
фильтрами
для
предотвращения высыпания сорбента, внутренний диаметр равен 0,5 – 0,25мм
соответственно.
Спектрофотометрический детектор на ультрафиолетовую область имеет
следующие технические характеристики.
Источник света – дейтериевая лампа ДДС – 30;
Спектральный диапазон 190 – 360 им;
Погрешность установки длины волны не более ± 0.5 нм;
Воспроизводим ость установки длины волны ± 0,01 нм;
Дискретность смены длин волн – 2 нм.
Принцип действия СФД УФ заключается в поочередном прохождении
монохроматического
светового пучка через рабочую и сравнительную
проточную кювету с последующей регистрацией интенсивности светового
потока. Оптическая плотность измеряется по закону Бугера –Ламберта –Бера.
Значение оптических плотностей подаются на монитор, хроматограмма.
Оптическая схема спектрофотометрического детектора на рисунке
62
БУМ имеет два органа управления: клавишу «СЕТЬ» С индикатором для
включения сетевого напряжения питания хроматографа и кнопку «СБРОС» на
задней панели модуля микропроцессора для перезапуска программы в сбойных
ситуациях. Все остальные органы управления расположены на клавиатуре и
обеспечивают задание параметров, рабочих режимов и индикации результатов
работы в диалоговом режиме через экран монитора [22].
2.8. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАДМИЯ В РАСТИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ
МЕТОДОМ ВЭЖХ
К 2 мл анализируемого раствора рН 4 – 6 добавляют 1 мл 0,05% раствора
ДЭДТК натрия, перемешивают до получения суспензии, которую пропускают
через фильтр Шотта Д4. Концентрат, полученный на фильтре, элюируют 2 мл
ацетонитрила. Полученный раствор используют для хроматографирования.
Элюент готовят из 70 мл ацетонитрила, 26 мл 0,02 М ацетатного буфера, 2 мл
хлороформа и 2 мл 0,01 М раствора ДЭДТК натрия.
Условия хроматографирования
Неподвижная фаза «Сепарон С18», 5 мкм
Подвижная фаза – элюент указанного состава;
Длины волн 252, 260 нм;
Масштаб регистрации 0,1 е.о.п.;
Время измерения 0,4 с;
Расход элюента 100 мкл/мин;
Объем регенерации 120 мкл;
Объем буфера 6 мкл;
Объем пробы 6 мкл;
Объем элюента 1200 мкл;
Анализ пробы проводят в автономном режиме работы хроматографа после
задания перечисленных условий. Содержание металлов в пробе рассчитывают,
используя данные о высотах или площадях пиков, которые рассчитываются по
63
программе «Первичная математическаяобработка». Содержание металлов в
исследуемой пробе вычисляют по формуле:
X
hпр  Сст  V1
hст  V2  p
,
(6)
где h – высота пика металла в анализируемой пробе, е.о.п.
hпp – высота пика металла в стандартном растворе, е.о.п.
С – содержание металла в стандартном растворе, мкг,
V1 – объем рабочего раствора ацетонитрила, мкл,
V2 – объем пробы вводимой в хроматограф, мкл,
р – масса осадка хелатного комплекса, мг,
1000 - коэффициент пересчета.
Количественное определение проводят используя метод компарирования, то
есть сравнения – используется стандартный раствор анализируемого металла.
2.8.1. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА
Для анализа использовали пробы из корнеплода моркови, плодов укропа и
листьев петрушки взятых с
территориальных участков Глазуновского района
Орловской области. В результате исследований, оказалось, что содержание
кадмия в корнеплоде моркови находятся в пределах 0,34 – 0,36 мкг, в плодах
укропа 0,30 – 0,32 мкг, в листьях петрушки 0,31 – 0,33, что соответствует
предельной допустимой концентрации кадмия в данных растительных объектах.
Результаты определения кадмия в
приведены в таблице 5.
образцах
растительных объектов
64
Таблица 5.
Результаты определения кадмия в растительных объектах.
№ Растительны
й объект
Орган
ПДК
Результат
Относительное
растительно
кадмия,
анализа, мкг
стандартное
го объекта
мкг
отклонение,
Sr
1
Морковь
Корнеплод
0,35
0,23
0,0013
2
Укроп
Плод
0,35
0,07
0,0012
0,35
0,19
0,0012
(семяна)
3
Петрушка
Листья
65
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2:
1. Осуществлен анализ растительных объектов на предмет содержания
кадмия с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии с
предварительным
концентрированием
полимерными
хелатообразующими
сорбентами.
2. В результате анализа было установлено, что содержание кадмия в
растительных объектах, выбранных для работы, не превышает значение
предельно допустимой концентрации.
66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Зависимость концентраций тяжелых металлов в растениях от их количества
в почвах, на которых растут данные растения, установлена. Доступность тяжелых
металлов для растений зависит от кислотности почвы, содержания в ней
органического вещества, емкости катионного поглощения, механического состава
и вида растения. В отличие от других токсических элементов, кадмий легко
поглощается корнями растений, поскольку находится в подвижных формах.
Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах при кислотности (рН), равной
4,5-5,5. Он
легко всасывается из почвы через корневую систему, а также из
атмосферы. Накапливается в большей степени в корнях и в меньшей – в стеблях,
черешках и главных жилках листьев.
В связи с этим возникает необходимость разработки эффективных,
экспрессных и точных методов анализа, позволяющих количественно оценивать
уровень содержания микроэлементов в растительных объектах.
67
ВЫВОДЫ
1. Обобщины и систематизированы литературные данные о кадмие как
элементе – токсиканте и методах его определения в растительных объектах
2. Изучены аналитические характеристики полимерного хелатообразующего
сорбента на основе полистирол-азо-салициловой кислоты.
3. Обобщены
и
систематизированы
литературные
данные
об
хроматографическом методе анализа.
4. Осуществлен анализ растительных объектов на предмет содержания кадмия
с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии с
предварительным концентрированием полимерными хелатообразующими
сорбентами.
5. В результате анализа было установлено, что содержание кадмия в
растительных объектах, выбранных для работы, не превышает значение
предельно допустимой концентрации.
68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Щербов, Д.П., Матвеец, М.А. Аналитическая химия кадмия/ Д.П. Щербов, М.
А. Матвеец. –М.: Наука, 1973. – 254 с.
2. Кузьмин, Н.М., Золотов, Ю.А. Концентрирование следов элементов/ Н. М.
Кузьмин, Ю. А. Золотов. – М.: Наука, 1998 г. – 268 с.
3. Протасова, Н.А., Щербаков, А.П., Копаева, М.Т. Редкие и рассеянные элементы
в почвах Центрального Черноземья/ Н. А. Протасова, А. П. Щербаков, М. Т.
Копаева. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1992. –168 с.
4. Золотов, Ю.А., Дорохова, Е.Н., Фадеева, В.И. и др. Основы аналитической
химии/ Ю. А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И. Фадеева. 2т. М.: Высшая шк., 1996.
5. Сакодынский, К.И., Бражников, В.В., Волков, С.А., Зельвенский, В.Ю.,
Панкина, Э.С., Шатц, В.Д. Аналитическая хроматография/ К. И. Сакодынский, В.
В. Бражников, С. А. Волков, В. Ю. Зельвенский, Э. С. Панкина, В. Д. Шатц. – М.:
Мир, 1993.
6. Москвин, Л.Н, Методы разделения и концентрирования в аналитической
химии/ Л. Н. Москвин. – Л.: Химия. 1991. – 234с.
7. Большова, Т.А., Брыкина, Г.Д., Шаповалова, Е.Н., Шпигуй, О.А. Практическое
руководство по хроматографическим методам анализа/ Т. А. Большова, Г. Д.
Брыкина, Е. Н. Шаповалова, О. А. Шпигуй. – М.: МГУ, 2003.
8. Сычёв, К. С. Практический курс жидкостной хроматографии/ К. С. Сычёв. –
КОКОРО, 2013. – 272 с.
9. Хенке, Х. Жидкостная хроматография/ Х. Хенке. – Техносфера, 2012. – 264 с.
10. Васильев, В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 2. Физико – химические
методы анализа: Учеб. для Химко – технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1989. –
384с.
11. Дульцева, Г.Г., Дубцова, Ю.Ю., Скубневская, Г.И. Анализ комплексов кадмия
в окружающей среде/ Г.Г. Дульцева Ю.Ю. Дубцова, Г.И. Скубневская.
12. Воскресенский, П.И. Техника лабораторных работ/ П. И. Воскресенский. –
М.: Химия, 1967. – 550с.
69
13. Карпов, Ю.А., Савостин, А.П. Методы пробоотбора и пробоподготовки/ Ю. А.
Карпов, А. П. Савостин. – М.: Бином, 2003. – 243с.
14. Батурин, А.К. Химический состав и пищевая ценность продуктов/ А. К. Б
атурин. – Санкт – Петербург: Профессия. 2006. – 183с.
15. Государственная Фармакопея РФ. 13-е издание, Москва, 2015.
16. Государственный Реестр лекарственных средств. Москва 2004.
17. Чиков, П.С. Лекарственные растения/ П.С. Чиков. – М.: Медицина, 2002.
18. Формазюк, В.И. Энциклопедия пищевых лекарственных растений:
Культурные и дикорастущие растения в практической медицине. (Под. ред. Н.П.
Максютиной)/ В. И. Формазюк – К. : Издательство А.С.К., 2003. – 792 с.
19. Н.В. Сидора, Т.А. Красникова. Укроп огородный. Применение и химический
состав.// Журнал «Провизор», 2002 г, № 17.
20. Лесиовская Е.Е., Пастушенков Л.В. «Фармакотерапия с основами
фитотерапии.» Учебное пособие. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003.
21. Мотылева, С.М., Соснина, М.В. Методика одновременного количественного
определения тяжелых металлов в озоленных пробах плодово-овощной продукции
и продуктах ее переработки методом ВЭЖХ с использованием жидкостного
хроматографа «Милихром» со спектрофотометрическим детектированием на УФобласть/ С. М. Мотылева, М. В. Соснина. – Орел, 1995.
22. Руководство по эксплуатации хроматографа жидкостного микроколоночного
«Милихром-4». – Орловское производственное объединение «Научприбор».
23.
Басаргин,
Н.Н.,
Королева,
Е.А.,
Салихов,
В.Д.,
Розовский,
Ю.Г.
Концентрирование Со (II), Ni (II), Cd (II) полимерными хелатными сорбентами //
Концентрирование в аналитической химии: Материалы Международной научной
конференции. Астрахань. 2001. – С. 24.
24. Пантелеева, Г. П. // Журн. аналит. Химии. 1991. Т.46, №.2. – С.355
25. Онищенко, Т.А., Онищенко, Ю.К., Сухан, В.В. и др. // Журн. аналит. химии,
№9. – С.1616
70
26. Савицкий, В.Н., Пелешенко, В.И., Осачий, В.И. // Журнал аналит. химии,
1987, №4. – С.677
27. Дорохова, Е.Н. Аналитическая химия. Физико – химические методы анализа:
учебное пособие / Е.Н. Дорохова, Г.В. Прохорова. – М.: Высшая школа, 1991. –
274 с.
28. Важенина, И.Г. Методы определения микроэлементов в почвах, растениях и
водах/ И. Г. Важенина. – М.: Колос, 1974. – 186с.
29. Басаргин, Н.Н. и др Органические реагенты и хелатные сорбенты в анализе
минеральных объектов/ Н. Н. Басаргин . – М.: Наука, 1980. С. 82 – 116
30. Драго, Р. Физические методы химии/ Р. Драго. – М.: Мир, 1981г.
31. Басаргин, Н.Н. Корреляция и прогнозирование аналитических свойств
органических реагентов и хелатных сорбентов. М.: Наука, 1986. – 118с.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа