ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вода как объект анализа, особенности и проблемы из "Современное состояние и проблемы элементного анализа вод различной природы" Па первый взгляд вода представляется достаточно простым объектом анализа благодаря возможности простого удаления основного компонента (П2О) путем вакуумной отгонки, упаривания нри пониженном и атмосферном давлении, вымораживания. Однако с позиции элементного состава вода - очень сложная система, включающая различные элементы в концентрациях, отличающихся друг от друга в десятки тысяч раз, что создает проблемы, связанные с межэлементными влияниями. Как видно из диаграммы (рис. 1.1), характеризующей усредненный элементный состав речных вод [3], концентрации макрокомпонентов Са, Mg, Ха и К (0,001 - 0,01%) превышают концентрации микроэлементов Ва, 7п и В в 100 раз Аз, Сг, РЬ, Си, Мп - в 1000 V, , 8е, Пg и других в 10000 - 100000 раз, причем соотношения элементов для вод различной природы могут существенно различаться. Для морских вод содержание Си, Мп, Аз, Ag, Со, Zn, Пg сравнимо с пресными, содержание 8Ь, Сг, РЬ, Сс1, РЗЭ в 100 - 10 раз ниже, в то время как концентрации Са, Mg, Ха, К, С1 и Вг превышают таковые в пресных природных водах в десятки тысяч раз, причем концентрация микроэлементов в прибрежных водах, как правило, выше, чем в открытом море [4]. [c.5] Источником для получения питьевых, а затем и сточных вод являются пресные (подземные и поверхностные) природные воды. В процессе предварительной очистки питьевые воды могут обогащаться продуктами окисления элементарным хлором, озоном или фторирующими агентами, элементный состав при этом практически не изменяется. [c.5] Сточные воды представляют собой очень сложную в отношении элементного и вещественного состава систему, состав которой трудно предвидеть даже на качественном уровне. Они загрязняются компонентами органической и неорганической природы и приобретают специфические особенности, зависящие от характера хозяйственной деятельности, предшествующей их возникновению. [c.7] Одной из наиболее важных особенностей природных вод является многообразие форм нахождения элементов. Состояние элементов в природных водах - результат сложных взаимодействий органических и неорганических веществ. Металлы в природных водах могут находиться в виде растворенных ионов, взвешенных частиц, лабильных и стабильных комплексов, как показано на рис. 1.2 [5]. Кроме того встречаются также соединения с различными типами химической связи (иоппые и ковалентные). Безусловно, при определении содержаний элементов в природных водах необходимо учитывать все возможные формы элемента, в противном случае результат анализа может оказаться ошибочным. В современной литературе широко представлены схемы идентификации и определения металлов с учетом форм нахождения электрохимическими методами и методами колоночной хроматографии. Для разрушения органических соединений, а также стабильных комплексов определяемых элементов с органическими лигандами широко применяют электрохимическую обработку и иУ-излучепие [6 - 8]. [c.7] Не менее сложной проблемой анализа природных, питьевых и сточных вод является динамичный характер состава, предъявляющий особые требования к технике отбора, консервации, хранению и транспортировке проб. [c.7] Отбор проб воды может быть разовым и серийным. Разовый отбор обычно применяют для получения первоначальной информации о качестве анализируемой воды. Принимая во внимание изменяющийся во времени и пространстве состав анализируемых вод, более оправдан серийный отбор, который проводят либо с разных глубин источника, либо в различные моменты времени. При таком отборе можно судить об изменении качества воды во времени или в зависимости от ее расхода. [c.7] При отборе пробы питьевой воды необходимо предварительно спустить воду в течение 15 мин при полностью открытом крапе. Перед закрытием сосуда пробкой верхний слой воды сливают так, чтобы под пробкой оставался слой воздуха объемом 5-10 см [10]. [c.9] Перед отбором пробы предварительно вымытую носуду несколько раз ополаскивают отбираемой водой. Если проба предназначена для определения микроэлементов на уровне 1 мг/л и ниже, то применяют посуду из полиэтилена высокого давления, которую очищают более тщательно, обрабатывая теплой смесью азотной и соляной кислот (1 3), а затем ополаскивают деионизованной водой [9]. Рекомендации по отбору проб природной, питьевой и сточной вод обобщены в документах, разработанных Международным техническим комитетом ПСО/ТК 147 Качество воды [13 - 15]. [c.9] Отобранная проба природной воды представляет собой двухфазную систему, состоящую из раствора и взвешенного вещества. Анализ каждой из фаз рекомендуют проводить раздельно, поэтому пробу фильтруют через мембранный фильтр 0,45 мкм на приборе Куприна сразу же после отбора, чтобы предотвратить нерераснределение элементов между двумя фазами и снизить бактериальную активность образца в процессе его хранения [16]. Чтобы избежать потерь микроэлементов за счет биохимических процессов и сорбции на стенках сосуда пробу после фильтрования консервируют, в отдельных случаях даже нефильтрованные образцы, если это согласуется с задачей исследования. [c.9] Пробы питьевой воды консервируют лишь в том случае, если невозможно провести анализ в день отбора [17]. [c.10] Сложно консервировать сточные воды, так как введение консерванта может привести к побочным процессам, осложняющим анализ. В ряде случаев биохимические процессы в пробах сточных вод могут быть замедлены охлаждением и хранением нри 3 - 4°С. Последнее эффективно и для проб природных вод. [c.10] Следует отметить, однако, что несмотря на приведенные рекомендации по отбору проб воды, доля погрешности пробоотбора в общей погрешности анализа может достигать 80% и более [18]. Повышение точности анализа может быть достигнуто средствами мобильного анализа. Основной девиз создателей аппаратуры для анализа в нолевых условиях не проба должна идти к аналитику, а аналитик к пробе . Разработаны различные средства мобильного анализа, среди которых фото колориметр-спектрофотометр SQ-118 фирмы Мерк (Германия), переносной многоканальный иономер-солемер (ТОО Инфраспак-Аналит , Новосибирск), бесконтактный ртутный анализатор РГА-11 (КТИ Оптика СО РАН, Томск), оптический сенсорный анализатор ОСА-ТМ (ГЕОХИ РАН, Москва) и даже комплексные передвижные лаборатории крупнейших западных фирм. Устранение стадии транспортировки и консервации пробы позволяет значительно уменьшить погрешность пробоподготовки в анализе вод. [c.10] Важное место в процедуре пробоподготовки для определения общего содержания элемента в водах занимает предварительное разложение соединений, в которых определяемый элемент связан в прочный комплекс, что служит препятствием для атомизации, возбуждения и образования ионов, т.е. появления аналитического сигнала. Для природных вод такими со-едипепиями являются прочные комплексы с гуминовыми и фульво-кислотами. В сточных водах могут образовываться самые непредсказуемые продукты взаимодействия определяемых элементов с различными органическими и неорганическими веществами. Для разложения подобных соединений с успехом применяют методы мокрой химии [12], микроволновую плазму [19], ультрафиолетовое облучение [20], конвекционный нагрев [21]. [c.10] Выбор способа концентрирования определяется условиями инструментального окончания. В практике анализа вод распространено абсолютное концентрирование путем упаривания [22]. Однако следует учитывать, что в процессе выпаривания происходит одновременное концентрирование макро компонентов, нередко мешающее последующему определению микроэлементов. Кроме того, не исключена потеря определяемого элемента за счет улетучивания или соосаждения, если в процессе упаривания выпадает осадок, что наиболее вероятно для сточных вод. Для концентрирования микроэлементов широко применяют экстракцию, сорбцию, осаждение, флотацию, электрохимическое выделение, генерацию летучих соединений (гидридов, алкилов, карбонилов и холодного пара). Нередко используют сочетание перечисленных методов. [c.12] Экстракционное концентрирование. В основе процесса экстракции лежит распределение вещества между двумя несмешивающимися фазами (вода и органический растворитель), в качестве органической фазы чаще всего применяют диэтиловый эфир, хлороформ, четыреххлористый углерод, амины, четвертичные аммониевые основания, непредельные углеводороды и их смеси. Вопросам экстракционного концентрирования микроэлементов посвящены монографии и обзоры [23 - 26]. [c.12] Одним из новых вариантов экстракционного концентрирования является использование жидкой эмульсионной мембраны, состоящей из смеси эфиров фосфорной кислоты и этилового спирта, масла, керосина и минеральных кислот (НС1 и Н2804). Ее применяли для концентрирования С(1, Со, Си, Ее, Мп, N1, РЬ и 7п в водах с последующим ПААС, обеспечивая пределы обнаружения на уровне ЭТА ААС [31]. [c.12] Сорбционное концентрирование. В современной практике анализа вод, особенно природных для определения следовых и ультраследовых концентраций элементов отдают предпочтение сорбционному концентрированию как процедуре, в большей степени поддающейся автоматизации, чем экстракция. Кроме того, сорбционное концентрирование обеспечивает большую эффективность благодаря высокой концентрации активных групп в фазе сорбента. [c.12] Осаждение и флотация - классические методы концентрирования микроэлементов в водах, которые с успехом применяют в настоящее время, хотя и гораздо реже, чем сорбцию и экстракцию. В современном варианте соосаждения определяемые элементы осаждают в виде комплексных соединений (дитиокарбаминатов, дитизонатов, бета-дикетопатов и др.) на коллекторах, в качестве которых применяют неорганические вещества (гидроксиды, сульфиды, фосфаты) [36 - 37]. Сочетание соосаждения и флотации использовали для выделения Bi, Sn и As из морской воды с последующим инструментальным определением методом ААС [38]. [c.14] Вернуться к основной статье