Атомно-абсорбційний метод дослідження рідини

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО АТОМНО-АБСОРБЦІЙНИЙ АНАЛІЗ

1.1 Принцип методу

1.2 Об'єкти атомно-абсорбційного методу

1.3 Полум'яний варіант атомно-абсорбційного аналізу

1.4 Електротермічний варіант даного аналізу

1.5 Атомно-абсорбційне визначення ртуті методом «холодної пари»

1.6 Використання атомно-абсорбційного аналізу в різних сферах

1.7 Переваги і недоліки методу

РОЗДІЛ 2. ПЛАДИ ДЛЯ АТОМНО-АБСОРБЦІЙНОГО МЕТОДУ

2.1 Будова і принцип роботи атомно-абсорбційного спектрометра

2.2 Джерела світла

2.3 Атомізатори

2.4 Оптичні системи

РОЗДІЛ 3. ВИЗНАЧЕННЯ ДЕЯКИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗА ДОПОМОГОЮ АТОМНО-АБСОРБЦІЙНОГО МЕТОДУ

3.1 Атомно-абсорбційне визначення токсичних елементів у харчових продуктах

3.2 Визначення металі у природних і стічних водах

ВИСНОВОК

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

Метод атомно-абсорбційної спектрометрії, в даний час, - один із самих сучасних методів елементного аналізу. В ньому поєднана висока чутливість визначення, достатня селективність, можливість визначення великої групи елементів з однієї підготовленої проби, а також порівняно невисока вартість апаратури і аналізів. Метод широко використовується в металургії, напівпровідниковій промисловості, геології, агрохімії, в наукових та екологічних дослідженнях для аналізу чорних, кольорових, благородних металів та їх сплавів, чистоти напівпровідникових матеріалів, різного роду руд.

Метод атомно-абсорбційної спектрометрії розвиток якої нерозривно пов'язаний з роботами М.С. Полуектова, Б.В. Львова, Д. Цалєва, У. Славіна, В.

Прайса, у нинішній час особливо широкого поширення набув при аналізі об'єктів довкілля - ґрунтів, природних і стічних вод, повітря, продовольчої сировини і продуктів харчування, а також біологічних матеріалів. Він є основним, а часто й арбітражним методом. В сукупності з різними хімічними методами підготовки проб до аналізу він дає змогу кількісного визначення в перелічених об'єктах значної кількості як макро - так і мікроелементів. Атомно-абсорбційна спектрометрія включена в державні й міждержавні, міжнародні стандарти, інші нормативні й керівні документи як метод, що дає змогу визначати мікрокількості металів у природних і промислових об'єктах. Це зумовлено високою чутливістю методу, його селективністю, доброю відтворюваністю, економічністю. Використання поєднання різноманітних варіантів технік атомно-абсорбційної спектрометрії (полуменевий варіант, графітова піч, генерація гідридів, метод холодної пари) робить цей метод найбільш придатним для визначення вмісту великого числа елементів (біля 70) у широкому діапазоні концентрацій.

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО АТОМНО-АБСОРБЦІЙНИЙ

АНАЛІЗ

1.1 Принцип методу

Атомно-абсорбційний аналіз -- належить до спектральних методів. Базується на переведенні проби в атомний пар і визначення ступеню поглинання атомами елементу, який досліджується, випромінювання стандартного джерела світла

Атомно-абсорбційний аналіз (рос. атомно-абсорбционный анализ, англ. atomic-absorption material analysis, нім. atomare Absorptionsanalyse) - метод кількісного елементного аналізу по атомних спектрах поглинання (абсорбції). Через шар атомних парів проби, одержуваних за допомогою атомізатора, пропускають випромінювання в діапазоні 190-850 нм. У результаті поглинання квантів світла атоми переходять у збуджені енергетичні стани. Цим переходам в атомних спектрах відповідають резонансні лінії, характерні для даного елемента.

При певній довжині хвилі, що відповідає оптичному переходу атома з основного стану на збуджений рівень, поглинання випромінювання веде до зменшення заселеності основного рівня. Величина аналітичного сигналу пов'язана з концентрацією атомів в основному не збудженому стані і, отже, з концентрацією елемента в аналізованому зразку. Вимірюючи частку поглинутого електромагнітного випромінювання, можна кількісно визначити вміст сполук визначуваного елемента (аналіту).

Абсорбційні спектри значно простіші за емісійні, що зумовлює значне зниження спектральних перешкод внаслідок накладання ліній. Атоми, збуджені внаслідок абсорбції електромагнітного випромінювання, будуть пере випромінювати емісійні лінії не тільки тієї ж самої довжини хвилі, що й поглинуте випромінювання, але також й інші довжини хвиль. Випромінювання, що випускається атомами після фотонного збудження, називається атомною флуоресценцією. Процес флуоресценції - це по суті, комбінація процесів абсорбції та емісії. Спектри флуоресценції зазвичай досить прості, інтенсивність флуоресцентних ліній елементів вища, ніж відповідних емісійних ліній. При використанні інтенсивного первинного джерела випромінювання (наприклад, лазера) атомно-флуоресцентна спектрометрія є одним з найбільш чутливих аналітичних засобів. Однак на сьогодні лазерна атомно-флуоресцентна спектрометрія не отримала широкого розповсюдження, що пов'язане з труднощами використання лазера в УФ області.

Кількісний атомно-абсорбційний метод ґрунтується на основному законі світопоглинання, що пов'язує адсорбційність (оптичні густину) атомної пари А з концентрацією визначуваного елемента.

Основний закон атомно-абсорбційного аналізу це закон Бугера-Ламберта-Бера і він має такий вигляд:

A=-lgT=lg(I0/I) = klC (1.1)

Де, T - пропускання

А - оптична густина

I0 - інтенсивність початкового потоку випромінювання

I - інтенсивність кінцевого потоку випромінювання

l - товщина поглинаючого шару

C - концентрація визначаємого елементу

k - атомний коефіцієнт поглинання, пропорційний імовірності оптичного переходу.

Майже для всіх елементів значення k знаходиться в межах . Порівняння з фотометричним методом, де максимальне значення молярного коефіцієнта світлопоглинання , що показує, що чутливість атомно-абсорбційного методу вища.

Рівняння (1.1) використовується для градуювання атомно-абсорбційних приладів. Однак ця фундаментальна теоретична залежність може порушуватися. Основними причинами відхилення залежності оптичної густини і концентрації від лінійності постають апаратурні обмеження (недостатня монохроматизація і вплив розсіяного світла джерела випромінювання, неоднорідність атомної пари) і побічні фізико-хімічні процеси.

1.2 Об'єкти атомно-абсорбційного методу

Нижче подана таблиця у якій можна побачити на які об'єкти поширюється атомно-абсорбційний метод.

Таблиця 1.1 - Визначення деяких елементів за допомогою атомно-абсорбційної спектрометрії

Об'єкт аналізу	Визначувані елементи	Нормативний Документ
Природні води	Cd, Ni, Cu, Pb, Zn	Міжнародний стандарт ІSO 8288
Поверхневі і стічні води	Cu	Керівний документ КД 211.1.4.032-95
Природні і очищені стічні води	Pb, Zn, Ag, Cu, Cr, Co, Ni, Fe, Mn, Cr	Керівний документ КД 52.24.28-86
Морські води	Cd, Cu, Pb, Co, Ni, Fe, Mn, Cr	Керівний документ КД 52.10.243-92
Вода	Hg	Міжнародні стандарти ІSO 5666
Атмосферне повітря, повітря робочих місць	Pb	Міжнародні стандарти ІSO 9855, ІSO 8518
Ґрунти, відвали, донні відкладення	Cd, Cu, Ni, Hg, Pd, Zn	Методичні вказівки з визначення важких металів в ґрунтах сільських господарств і продукції рослинництва. - М., 1992
Сировина і продукти харчові	Cd, Cu, Zn, Fe, Pb	Міждержавний стандарт ДЕСТ 30178-96
Плоди, овочі і продукти їхньої переробки	Cd, Pb, Zn, Hg, Fe	Міжнародні стандарти ІSO 6561, 6633,06636/2, 6637, 9526
Цинкові сплави	Al, Cu, Mg, Pb, Cd, Fe	Державний стандарт ДСТУ 2856.0-94-2856.8-94 (ДЕСТ 25284.0-95-25284.8-95)
Свинець	Ag, Cu, Zn, Bi, As, Sn, Sb, Fe, Mg, Ca	Державний стандарт ДЕСТ26880.1-86, ДЕСТ 26880.2-86 (СТ СЭВ 5010-85-ст СЭВ 5013-85)
Брухт і відходи дорогоцінних металів, каталізатори, пил, шлаки	Au, Ag, Ru, Rh, Pd	Державний стандарт України ДСТУ 2897-94

З даних таблиці випливає, що метод атомно-абсорбційної спектрометрії широко представлений у міжнародних, міждержавних і державних стандартах при визначенні мікрокількостей металів у природних і промислових об'єктах.

1.3 Полум'яний варіант атомно-абсорбційного аналізу

Принципова схема полум'яного атомно-абсорбційного спектрометра:

1. Джерело випромінювання;

2. Полум'я;

3. Монохрому пір;

4. Фотопомножувач;

5. Реєструючий прилад.

У полум'ях різноманітного типу атомізація досягається нагріванням проби до С. у цьому температурному інтервалі більш 90% атомів знаходиться у не збудженому стані. В атомній спектрометрії використовують полум'я горючих газів у суміші з окислювачами. На відміну від методу емісійної фотометрії полум'я пальник має довжину 5-10 см для збільшення довжини поглинаючого шару. У цьому випадку одержують ламінарне полум'я. будова пальника і розпилюючої камери запобігає блокуванню щілини пальника солями при їхній високій концентрації. Основні реакції в зоні горіння і температура полум'їв, що використовуються в атомно-абсорбційному методі, наведені в таблиці 1.2

Таблиця 1.2 - Характеристики полум'їв

Горючий газ	Окислювач	Реакції в зоні горіння	Температура,
С3Н8-С4Н10	О2 повітря	С3Н8+3/2 О23СО+4Н2 С4Н10+ О24СО+5Н2 Н2 +1/2 О2 Н2О 2СО+ О22СО2+hv - хемілюмінесцентна реакція, що зумовлює синьо-фіолетовий колір вторинної реакційної зони полум'я.	1700
С2Н2	О2 повітря	С2Н2+ О22СО2+ Н2 Н2 +1/2 О2 Н2О 2СО+ О2=2СО2+hv	2300
С2Н2	N2О	С2Н2+2N2О2СО+ Н2+2N Н2 +1/2 О2 Н2О 2СО+ О22СО2	2950

Поряд з цими основними процесами в різноманітних зонах полум'я протікає безліч фізичних і хімічних процесів, утворюється велика кількість нових сполук, молекул, радикалів. Так, після внесення розчину проби у полум'я у вигляді аерозолю за допомогою пневматичного розпилювача відбувається випаровування розчинника з утворенням твердих часток речовини, випаровування твердих часток з утворенням атомної пари, дисоціація молекул на атоми і асоціація різноманітних атомів у молекули, часткова іонізація і рекомбінація іонів і т. д. У полум'ї різноманітні частки, що взаємодіють з вільними атомами визначуваного елемента. Так, у зоні внутрішнього конуса переважають радикали і молекули з відновною дією. У вторинній реакційній зоні, збагачені киснем, переважають радикали з окислювальною дією. Для досягнення ефективної атомізації співвідношення горючого газу й окислювача можна міняти. Оптимальним вибирають також висоту аналітичної зони над рівнем пальника. Атомізація в полум'ї протікає або термічно внаслідок впливу високої температури, або за радикальним механізмом внаслідок взаємодії з вільними радикалами.

Як і в емісійній полуменевій фотометрії, проба розпорошується за допомогою пневматичного розпилювача в камеру, змішується з горючим газом і окислювачем, і ця гомогенна суміш подається у пальник. Швидкість засмоктування розчину проби звичайно складає 3-5 мл/хв. Подача проста і відтворювана - погрішність складає біля 0,2%. Основний недолік таких розпилювальних систем - низька ефективність: тільки 3-10% проби досягають полум'я, а більше 90% не використовується і йде у дренаж. Таким чином, чутливість полуменевого атомно-абсорбційного аналізу обмежена наступними чинниками:

- низькою ефективністю розпилення;

- стислим часом перебування атомів у реакційній зоні;

- побічними реакціями, що відбуваються у полум'ї;

- розбавлення атомних парів газами полум'я, що розширюються і можуть також давати власні смуги поглинання емісії (фонові шуми).

Чутливість визначення деяких елементів у полум'ї можна підвищити, якщо вводити пробу в полум'я в газоподібній формі.

При введенні у полум'я газоподібної проби на виході атомно-абсорбційного спектрометра виникає пік, що зростає разом із прискоренням реакції утворення гідриду, після чого знову спадає по мірі вилучення з системи визначуваного елемента і завершення реакції. Площа під кривою сигналу пропорційна вмісту визначуваного елемента. Гідридні атомно-абсорбційні системи використовуються при визначенні Sе у стічних водах (міжнародний стандарт ISO 9965), As у питній, поверхневих і ґрунтових водах (ISO 11969).

1.4 Електротермічний варіант даного аналізу

Електротермічна атомізація, що використовує атомізатор у вигляді графітової трубчастої печі, значно зменшує фізичні і хімічні обмеження, пов'язані з процесом полуменевої атомізації. На відміну від атомізації в полум'ї весь дозований у графітовий атомізатор об'єм розчину зразка бере участь у формуванні аналітичного сигналу, і, отже, втрати фактично виключається. У графітовій трубчастій печі випаровування проби відбувається у квазізамкнутому об'ємі при її нагріванні електричним струмом. Атомна пара визначуваного елемента утримується в порожнині графітової печі протягом досить тривалого інтервалу часу на відміну від короткого часу їхнього перебування в аналітичній зоні полум'я. це виявляється у значному збільшенні чутливості визначення.

Іншою важливою перевагою електротермічної атомно-абсорбційної спектрометрії є малий видаток зразка для аналізу (5-100 мкл). Безумовно, атомно-абсорбційний аналіз з електротермічною атомізацією має й певні недоліки:

1) Електротермічна атомізація є аналітичною технікою одного вимірювання - фіксований обсяг зразка збільшується один раз.

2) Більша густина атомних парів веде до збільшення неселективного (неатомного) поглинання.

3) Час аналізу в декілька раз більший, ніж у полуменевій атомно-абсорбційній спектрометрії.

4) Електротермічні методи мають вищу вартість одного елемент-визначення і вимагають більш високої кваліфікації оператора.

Електротермічні атомізатори, що використовуються в комерційних приладах, можна поділити на 2 типи:

- металеві;

- графітові.

1.5 Атомно-абсорбційне визначення ртуті методом «холодної пари»

У 1963 році академіком М.С. Полуектовим зі співробітниками показано, що чутливість полуменевого атомно-абсорбційного визначення ртуті можна значно підвищити при додаванні до розчину хлориду олова як відновлювача. Ртуть, відновлюючись до атомарного стану, повністю переходить у газову фазу. У результаті був розроблений принципово новий неполуменевий атомно-абсорбційний метод визначення ртуті, заснований на вимірюванні поглинання світла атомами ртуті, виділеними з аналізованого розчину (після її відновлення) потоком повітря або інертного газу. Цей метод отримав назву методу «холодної пари». Чимало фірмових спектрометрів обладнані спеціальною апаратурою, необхідною для роботи за цим методом. Межа визначення ртуті цим методом 0,1нг. Верхня визначуваного вмісту цим методом залежить від розчинності елементної ртуті у воді складає 5,85 мкг/мл. Визначенню ртуті заважають іони, що перешкоджають переведенню ртуті в газовий фазу. Бензол, турол й інші ароматичні вуглеводні в газоподібному стані сильно поглинають в області 253,7 нм і повинні бути відсутніми.

Аналізовану пробу заздалегідь переводять у розчин, в якому ртуть знаходиться у двовалентному стані. Розчин розташовують у колбі-реакторі, куди після цього приливають розчин хлориду олова (ІІ), що відновлює ртуть до металу:

(1.2)

Після цього за допомогою циркуляційного насоса прокачують газову суміш, яка знаходиться у системі містить виділені пари ртуті, через кювету з кварцовими вікнами, встановлену на оптичній осі конденсорної системи спектрофотометра замість полум'я або електротермічного атомізатора. Для очистки потоку газу від часток аерозолів служить фільтр. Так як система комунікацій замкнута, то в ній через кілька десятків секунд після початку реакції встановлюється рівноважна концентрація парів ртуті; при цьому атомне поглинання її аналітичної лінії (253,7нм) досягає максимуму.

Залежність атомно-абсорбційного сигналу від часу має форму кривої з насиченням, причому межа насичення пропорційна вмісту ртуті в розчині проби. Після закінчення виміру відкривають крани і ртутні пари уловлюються поглиначем. В описаних умовах навіть при кімнатній температурі ртуть, що міститься в розчині, переходить у газоподібний стан.

1.6 Використання атомно-абсорбційного аналізу в різних сферах

Метод атомно-абсорбційного спектрального аналізу вирізняється високою абсолютною і відносною чутливістю. Метод дозволяє з великою точністю визначати в розчинах близько вісімдесяти елементів в малих концентраціях, тому він широко застосовується в:

- біології;

- медицині (для аналізу органічних рідин);

- геології;

- ґрунтознавстві (для визначення мікроелементів у ґрунтах);

- інших галузях науки;

- металургії для досліджень і контролю технологічних процесів.

По точності і чутливості цей метод перевершує багато інших, тому його застосовують при атестації еталонних сплавів і геологічних порід (шляхом переведення в розчин).

Методи атомно-абсорбційного аналізу застосовують також для вимірювання деяких фізичних і фізико-хімічних величин - коефіцієнт дифузії атомів у газах, температур газового середовища, теплот випаровування елементів і ін; для вивчення спектрів молекул, дослідження процесів, пов'язаних з випаровуванням і дисоціацією сполук.

1.7 Переваги і недоліки методу

До переваг атомно-абсорбційного аналізу можна віднести:

- простоту,

- високу селективність

- малий вплив складу проби на результати аналізу.

Обмеження методу - неможливість одночасного визначення декількох елементів при використанні лінійчатих джерел випромінювання і, як правило, необхідність переведення проб в р-р.

2. ПЛАДИ ДЛЯ АТОМНО-АБСОРБЦІЙНОГО МЕТОДУ

2.1 Будова і принцип роботи атомно-абсорбційного спектрометра

Виходячи з принципу методу, атомно-абсорбційний спектрометр повинен складатися з джерела первинного випромінювання, що поглинається атомами, джерела вільних атомів, пов'язаного з системою введення зразка, оптичної дисперсійної системи, детектора, електронних систем збирання, обробки даних (рис. 2.1)

Рис 2.1 Атомно-абсорбційний спектрометр

1- Джерело первинного випромінювання;

2- Атомізатор;

3- Введення проби;

4- Введення горючих газів;

5- Оптична дисперсійна система;

6- Детектор;

7- Збирання і обробка даних;

8- Принтер.

Розподіл атомів за різноманітними енергетичними рівнями описується законом Больцмана, згідно з яким заселеність рівнів пропорційна до величини , де Е - енергія збудження відповідного рівня; Т - температура (К); k - константа Больцмана. З цього випливає, що при зростанні температури заселеність рівня дуже швидко зростає.

Навіть при порівняно високих температурах в атомізаторі (С) більшість атомів залишається у не збудженому стані внаслідок експоненціальної заселеності збуджених рівнів. Тому в атомно-абсорбційній спектрометрії використовуються оптичні переходи між основними і першими збудженими рівнями (резонансні рівні). Так як поглинання випромінювання пропорційне до кількості саме не збуджених атомів, атомно-абсорбційна спектрометрія - надзвичайно ефективний метод.

2.2 Джерела світла

Найбільш розповсюдженими джерелами первинного випромінювання в атомній абсорбції є лампи з порожнистим катодом і високочастотні безелектродні лампи.

Лампа з порожнистим катодом складається з порожнистого (порожнього всередині) катода, виготовленого або зі сполуки визначуваного елемента, або з матеріалу, що містить цей елемент. Інколи катод може включати декілька металів (багатоелементні лампи). Якщо метал стабільний на повітрі, має достатньо високу температуру плавлення, то для виготовлення катода використовують чистий метал, наприклад, алюміній. Якщо метал крихкий, як марганець або вольфрам, то для виготовлення катода використовують його пудру. У випадку, коли метал окислюється киснем повітря або має відносно високий тиск парів, наприклад, натрій або кадмій, то зазвичай використовують оксиди або галоген іди цього елемента.

Для легкоплавких і легколетких металів катод лампи виробляють з графіту або металу з високою температурою плавлення, великим коефіцієнтом катодного розпилення і малолінійчастим спектром випромінювання (як правило, це мідь або срібло).

Лампи з порожнистим катодом створені приблизно для 70 елементів. Найбільша довжина хвилі визначається лінією Cs 852 нм, найменша - лінією Аs 193,7нм.

У цілому всі лампи з порожнистим катодом мають ряд загальних недоліків:

1) Порівняно низька інтенсивність резонансного випромінювання;

2) Спектр їхнього випромінювання достатньо складний, так як зазвичай окрім атомних ліній наявні лінії іонізованих атомів;

3) Порівняно короткий термін служби ламп для визначуваних легколетких і легкоплавких металів.

На сьогодні створені високочастотні лампи майже для всіх елементів, але найкращою стабільністю й інтенсивність володіють лампи для летких металів. Безелектродні газорозрядні лампи не змінюють, а вдало доповнюють лампи з порожнистим катодом у ряді спектральних джерел.

До недоліків безелектродних ламп можна віднести наступні:

1) Необхідність мати власний блок живлення - високочастотний генератор;

2) Стабільність роботи нижча, ніж у ламп з порожнистим катодом;

3) Час прогрівання для досягнення оптимальних параметрів випромінювання у межах 30-40 хвилин , у той час як у лампи з порожнистим катодом 10-15 хвилин.

Поряд з описаними джерелами в атомно-абсорбційному методі використовують діодні лазери і безперервні джерела випромінювання.

2.3 Атомізатори

Призначення атомізаторів - ефективно перетворити аналізований зразок на атомну пару (сукупність вільних атомів в основному стані). Вільні атомні розташовуються на шляху світлового променя міх джерелом первинного випромінювання і дисперсійною системою таким чином, щоб отримати достатньо витягнутий поглинаючий шар. На сьогодні використовують наступні основні способи атомізації:

1. Полуменева;

2. Електротермічна;

3. У холодній парі (для ртуті).

2.4 Оптичні системи

Всі оптичні системи діляться на однопроменеві і двопроменеві. У двопроменевих приладах світло від джерела первинного випромінювання ділиться за допомогою дзеркального модулятора на два промені, один з яких проходить через атомізатор, а другий обминає його.

Двопроменева схема дозволяє усунути неконтрольовані зміни (дрейфи) в інтенсивності джерела первинного випромінювання. Однак вона не компенсує дрейф чутливості самого атомізатора. Після монохроматора випромінювання потрапляє на детектор, в якості якого в атомно-абсорбційній спектрометрії використовується фотоелектропомнжувач.

3. ВИЗНАЧЕННЯ ДЕЯКИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗА ДОПОМОГОЮ АТОМНО-АБСОРБЦІЙНОГО МЕТОДУ

3.1 Атомно-абсорбційне визначення токсичних елементів у харчових продуктах

атомний абсорбційний аналіз спектр

Оскільки атомно-абсорбційний метод - відносний, для кількісного визначення мікроелементів у харчових продуктах найчастіше використовують метод градуювального графіка. Стандартні розчини досліджуваних елементів готують за відповідними стандартами. Допускається використання готових розчинів з гарантованою концентрацією елементів 1000мкг/мл на азотнокислій або хлористоводневій основі з масовою часткою кислоти не менше 1%. Проміжні стандартні розчини елементів готують послідовним розведенням основних розчинів у 10-100 разів розчином азотної кислоти з масовою часткою 1%. Стандартні розчини порівняння (градуювальні розчини) готують із проміжних розчинів шляхом їхнього розведення тим же розчином кислоти, що і розчини проби. У робочих діапазонах визначуваних вмістів досить мати по 3-4 розчини порівняння.

При використанні способу сухого озолення або кислотної екстракції з озоленням золу розчиняють у тиглі при нагріванні в азотній кислоті (1:1). Розчин випаровують до вологих солей і розчиняють у 15-20 мл хлористоводневої кислоти з масовою часткою 1%.

При неповному розчиненні золи отриманий розчин з осадом доводять до об'єму 30-40 мл хлористоводневою кислотою з масовою часткою 1% і підігрівають на водяній бані або електроплитці при слабкому нагріванні. Якщо в цьому випадку повного розчинення не спостерігається, то розчин відфільтровують через промитий розчинником фільтр, осад промивають і відкидають, а фільтр переносять у мірну колбу місткістю 50 мл і доводять до позначки тією ж кислотою.

При використанні способу мокрої мінералізації отриманий розчин мінералізату упарюють до вологих солей і продовжують розчинення, як описано вище. Паралельно через усі стадії аналізу проводять холостий дослід. Якщо вміст елемента у випробуваному розчині при вимірюваннях виявляється вищим за верхню межу діапазону робочих вмістів, то проводиться розведення випробуваного розчину нульовим стандартом.

Концентрування методом екстракції проводять, якщо:

- На підставі результатів попередніх вимірювань з'ясовується, що концентрація аналізованих елементів виявляється меншою, ніж нижня межа робочого діапазону концентрацій;

- Необхідно підвищити точність аналізу;

- При відсутності корекцій фонового поглинання.

Найбільш розповсюдженим при атомно-абсорбційному аналізі харчових продуктів є екстракційні системи, що рекомендуються методиками, включеними в нормативні документи. Екстракційне концентрування дозволяє знизити межу виявлення полуменевого способу атомізації.

Вимірювання проводять, розпилюючи в полум'я нульовий стандарт і встановлюючи за ним нульові показання приладу. Потім у порядку зростання концентрації вимірюють сигнал невеликого числа (5-10) випробуваних, холостих і градуювальних розчинів, промиваючи після кожного вимірювання систему розпилювача і пальника дистильованою водою або нульовим стандартом (для екстрактів - розчинником) до повернення сигналу до показань, близьких до нуля. Перевіряють можливий зсув нульової лінії і продовжують вимірювання сигналу випробуваних розчинів, періодично повторюючи контроль дрейфу нуля і чутливості й закінчуючи вимірювання градуювальними розчинниками. Вимірювання сигналу кожного розчину проводиться не менше двох разів.

При наявності в приладі комп'ютерної системи розрахунку концентрації за значенням адсорбційності використовують рекомендовані в технічній інструкції приладу комп'ютерні програми. При ручній обробці даних будують графік залежності різницевого сигналу від концентрації. За графіком визначають концентрацію елемента у випробуваних і холостих розчинах. Масову частку елемента в пробі розраховують у ррm (мкг/г продукту).

3.2 Визначення металі у природних і стічних водах

Атомно-абсорбційна спектрометрія є найбільш розповсюдженим методом визначення металів у водах - питній, технічного призначення, стоках і т. д.

Спосіб підготовки проб води в атомно-абсорбційному методі аналізу залежить від мети визначення й особливо від типу води. Найскладніша пробо підготовка проводиться для стічних вод. Стічні води - це води, що були у виробничо-побутовому або сільськогосподарському вживанні, а також пройшли через яку-небудь забруднену територію (промислові, сільськогосподарські, комунально-побутові, зливові і т. п. стоки). У залежності від походження, виду і складу січні води діляться на три категорій:

1. Побутові стічні води - води від кухонь, туалетних кімнат, душових, лазень, парень, їдалень, лікарень і т. п. У побутових стічних водах органічні речовини складають не менш 60 мас. % сухого залишку, мінеральні - до 40 мас. %.

2. Виробничі стічні води - води, використані в різноманітних технологічних процесах, а також викачані на поверхню землі при видобутку корисних копалин. Основними джерелами виробничих стічних вод є підприємства легкої промисловості - текстильні, хутряні, шкіряні, мікробіологічні, нафтопереробні, шахти та інші. Виробничі стічні води містять кислоти, луги, солі й інші речовини.

3. Атмосферні стічні води - дощові й талі води, що виводяться разом з водами при поливанні вулиць, водою з фонтанів і дренажів.

Стічні води являють собою складні гетерогенні суміші, що містять речовини органічного і мінерального походження, які знаходяться в нерозчиненому, колоїдному і розчиненому станах. Неочищені стічні води становлять значну загрозу здоров'ю людини і мешканців водного середовища. Стічні води видаляють з території населених місць і промислових підприємств системами каналізації. Для їхнього знезаражування й очищення застосовують різні методи: механічні (відстій, уловлювання домішок й ін.), хімічні (нейтралізацію, коагуляцію, екстрагування, дезінфекцію та ін.), біологічні (біофільтри, аеротенки й ін.).

Точний склад стічних вод навіть у якісному відношенні не завжди можна заздалегідь передбачити. Останнє є особливо справедливим щодо стічних вод, які пройшли через хімічне або біологічне очищення. Навіть при простому змішанні стоків від різних цехів підприємства відбуваються хімічні реакції між компонентами цих стоків, що призводить до утворення нових речовин. При хлоруванні стоків з'являються продукти окислення неорганічних і органічних речовин і їх хлорподібні. Біологічному очищенню піддають промислові стічні води, змішані з господарсько-побутовими водами, і тоді в очищених водах можна нерідко виявити найнесподіваніші органічні сполуки. Тому з появою нового виду стічних вод, що виникають не тільки при створенні нових виробництв, але і при впровадженні нового технологічного процесу і навіть при будь-якій істотній зміні в технологічному процесі, потрібне попереднє дослідження. У методику визначення того або іншого компонента , здавалось б, добре розроблену і постійно вживану, іноді доводиться вносити істотні зміни, а іноді повністю змінювати метод хімічного аналізу. Підготовку й атомно-абсорбційний аналіз стічних і природних вод проводять за стандартними й уніфікованими методиками.

Відбір проб проводять за стандартами:

1. КНД 211.1.0.009-94 Гідросфера. Відбір проб для визначення складу і властивостей стічних та технологічних вод. Основні положення. - К., 1995.

2. ГОСТ 17.1.5.05-85 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков. - М., 1986.

Кожний загальноприйнятий стандартний метод визначення того чи іншого елемента обов'язково повинен бути перевірений на тій стічній воді, котру доводиться аналізувати на даному підприємстві. Для цього вдаються до методу стандартних добавок, можна також використовувати штучні суміші, що імітують склад аналізованої речовини. Всі іони металів, присутніх у воді, за рідкісним винятком, утворюють комплекси з органічними сполуками й аніонами. Присутність великих кількостей органічних речовин може викликати утруднення при визначенні не тільки важких металів, але і лужних і лужноземельних металів. Тому при визначенні металів пробу попередньо обробляють. Органічні речовини видаляють сухим або мокрим спалюванням. У деяких випадках перешкоджаючі впливи можна усунути введенням підходящих спектроскопічних буферів. Хімічні перешкоди полягають у тому, що в полум'ї утворюються термостійкі сполуки, молекули яких не поглинають випромінювання. Відбувається так зване «гасіння», і результати виходять заниженими.

У природних і стічних водах елементи знаходяться в розчиненому стані й у складі завислі. Для екологічних і геохімічних досліджень важливо знати не тільки загальний вміст елементів, але і концентрації розчинених завислих форм. Для відокремлення зависі звичайно застосовують мембранну ультрафільтрацію вод, використовуючи фільтри з діаметром пір 0,45-1,5 мкм. Потім окремо аналізують фільтрат і завись на фільтрі.

Підготовка проб води для атомно-абсорбційного аналізу досить проста і залежить від форми перебування визначуваних металів, що містяться у воді:

1. При визначенні розчинених металів, тобто металів, що проходять крізь мембранний фільтр 0,45 мкм, процедура пробо підготовки зводиться до фільтрування води (при цьому першу порцію фільтрату приблизно 50 мл відкидають) і до підкислення фільтрату вдвічі перегнаною концентрованою речовиною (3-5 мл НNO3 на 1 л проби) до рН 2-3; у лужних або таких, що містять буфер, пробах може знадобитися додаткова кількість кислоти.

2. Для визначення завислих форм металів, тобто металів, що затримуються фільтром 0,45 мкм, процедура пробо підготовки зводиться до фільтрування перемішаної проби визначеного об'єму і її розкриття. Для цього фільтр з осадом переносять у хімічну склянку місткістю 250 мл, вносять 3 мл двічі перегнаної азотної кислоти, накривають годинниковим склом і трохи нагрівають. Після розчинення осаду на фільтрі збільшують температуру і випарюють кислоту майже повністю. Після охолодження склянки операцію повторюють один або кілька разів до повного дигерування залишку ( він стає світлим). До сухого залишку додають 2 мл двічі перегнаної хлористоводневої кислоти (1:1) і обережно нагрівають до розчинення. Пробу фільтрують через фільтр з діаметром пір 0,45 мкм, обполіскують хімічну склянку і скло невеликою кількістю дистильованої води, пропускають промивні води через фільтр і поєднують їх з пробою. Отриману в такий спосіб пробу розбавляють дистильованою водою до визначеного об'єму.

3. Загальний вміст металів, що містять в розчиненому і завислому вигляді, визначають як суму тих і інших або визначають у не відфільтрованій пробі після сильного дигерування, як описано у випадку 2.

4. Для визначення домішок металів, що екстрагуються кислотою, аліквотну частину перемішаної проби підкисляють 5 мл двічі перегнаною НСІ на кожні 100 мл проби, нагрівають розчин протягом 15 хвилин на водяній бані або плитці, охолоджують і фільтрують (0,45 мкм). Об'єм отриманого фільтрату доводять до первісного об'єму дистильованою водою.

Для окремих елементів схема пробопідготовки може відрізнятися від загальноприйнятої. Це пов'язано з особливостями хімічних властивостей цих елементів - леткістю, легкістю відновлення.

Якщо немає можливості аналізувати проби води відразу ж після відбору, їх консервують.

При низьких концентраціях елементів у водах і неможливості їхнього прямого визначення застосовують наступні методи концентрування: випаровування, екстракцію, сорбцію, іонний обмін, спів осадження, виморожування й інші методи.

ВИСНОВКИ

Із кожним роком зростає техногенне навантаження на навколишнє середовище. Одним із факторів такого навантаження є зростання кількості побутових та промислових викидів, які вимагають своєї утилізації та захоронення. Проблема утилізації та захоронення промислових та побутових викидів вже давно стала надзвичайно важливою. Для вирішення її будують фабрики по переробці побутового сміття, та очисні споруди. Промислові викиди, якщо порівняти їх із побутовими будуть більш токсичні і чинитимуть більш негативний вплив на навколишнє середовище. Адже до промислових викидів відносяться викиди теплових електростанцій, різноманітних промислових підприємств. Особливо небезпечні по впливу на екологічну систему водойм важкі метали. Їх можна знайти в стічних водах металургійних та металообробних підприємств, гальванічних цехів, автопідприємств. В залежності від виду підприємства буде змінюватися картина викидів, в викидах автопідприємств переважають викиди сполук свинцю, гальванічні цехи скидають в стічні води сполуки цинку, кобальту, кадмію.

Якою б довершеною не була очистка стічних вод, але значна кількість важких металів потрапляє в природне середовище. Адже іноді підприємству вигідніше заплатити штрафи чим побудувати чи модернізувати очисні споруди.

Історія сучасного спектрального аналізу -- це, власне кажучи, історія безупинних пошуків безеталонних методів аналізу, вільних від впливу сполуки проб на результати аналізу. Незважаючи на порівняно довгий і тернистий шлях, що пройшла в цьому напрямку атомна спектрометрія, загальне рішення проблеми безеталонного спектрального аналізу залишається незнайденим. І хоча спроби відшукати такий метод у рамках існуючої техніки спектрального аналізу продовжуються дотепер, надій на їхній успіх залишається усе менше. Тому необхідність використання як еталони зразків зі сполукою, як можна більш близьким до обумовленого, сприймається більшістю аналітиків як саме собою що розуміється, невід'ємна умова проведення аналізу.

На закінчення можна сказати, що роль атомно-абсорбційної спектрометрії в сучасній науці вимірювання параметрів природного середовища є досить вагомою і порівняно не надто складною.

В атомно-абсорбційному аналізі є і багато недоліків, але метод з успіхом застосовується для аналізу багатьох біологічних об'єктів, на зміст тяжких металів, які звичайно не можливо визначити іншими методами.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Львів Б. В., Атомно-абсорбційний спектральний аналіз, М, 1966;

2. Прайс В., Аналітична атомно-абсорбційна спектроскопія, пров. з англ., М., 1976;

3. Харламов І.П., Єрьоміна Г. В., Атомно-абсорбційний аналіз в чорній металургії, М., 1982;

4. Миколаїв Р. І., Німець А. М., Атомно-абсорбційна спектроскопія в дослідженні випаровування металів, М., 1982;

5. Хавезов І., Цалев Д., Атомно-абсорбційний аналіз, пров. з болг., Л., 1983. Б. В. Львов. Л. К. Ползіков.

Размещено на Allbest.ru