CC BY
80
УДК 543.427.4
Л. Н. Нуриева, С. Г. Смердова, С. А. Бахтеев, Р. А. Юсупов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РТУТИ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ МЕТОДОМ РФА ПВО
Ключевые слова: водные растворы, ионы ртути, рентгенофлуоресцентный анализ.
Предложена методика определения содержания ионов ртути в диапазоне 10-3 + 10-1 мг/л с применением рентгенофлуоресцентной спектроскопии с полным внешним отражением. Предложенная методика применима для регистрации фактов превышения ПДКртути в природных водах.
Keywords: aqueous solutions, mercury ions, X-ray fluorescence analysis.
It has been suggested the method for analysis of concentrations of mercury ions in range10-3 + 10-1 mg/l using X-ray f;uorescence spectroscopy with total external reflection. The proposed method can be used for registration of cases of the maximum permissible concentration of mercury in nature waters has been shown.
Токсичные металлы и загрязнение ими окружающей среды в последнее время представляет серьезную опасность для человека. Предприятия цветной и черной металлургии, угольная, химическая промышленность, а также предприятия сельского хозяйства вносят основной вклад в загрязнение природных водоемов. [1]. Для токсичных металлов практически не существует механизмов самоочищения, они перемещаются из одного объекта в другой, перераспределяются, не покидая пределов данной системы, взаимодействуют с различными живыми организмами, оставляя нежелательные видимые и невидимые последствия этого взаимодействия.
Соединения ртути наиболее опасные токсичные вещества. Токсичность органических и неорганических соединений ртути отличается по механизму воздействия и предельно допустимым концентрациям. Органические соединения ртути, например, производные монометилртути СН3Н£+ более токсичны, чем неорганические соли ртути, что обусловлено устойчивостью соединений в природных условиях и липофильностью, т.е. способностью производных монометилртути растворяться в липидах, проникая через мембраны клеток, и блокировать активные центры белковых молекул.
Поглощение человеком паров ртути с вдыхаемым воздухом в незагрязненной природной среде невелико, и ее основное количество потребляется с пищей. Наиболее опасный пищевой источник поступления ртути в организм человека — морская и речная рыба за счет ее способности биоаккумулироваться в трофических цепях водных экосистем.
Поскольку зарегистрированы многочисленные случаи опасно высоких концентраций ртути в рыбе и морепродуктах, ее содержание строго ограничивается санитарно-гигиеническими
нормативами, значения которых изменяются в разных странах и для разных видов рыб от 0.3 до 1.0 мг/кг, так, например, в РФ этот показатель соответствует 0,5 мг/кг [1]. Значение ПДК для рыбохозяйственных водоемов равно 0.01 мкг/л (табл.1).
Таблица 1 - Санитарно-гигиенические нормативы для ртути и ее соединений, утвержденные в РФ
Объект измерения ПДК
Водные объекты хозяйственно-питьевого и культурного водопользования, в воде водоемов 0,00050 мг/л
Рыбохозяйственные водоемы 0,00001 мг/л
Морские водоемы 0,00010 мг/л
В питьевых водах также наблюдается превышение ПДК ртути, так, согласно ежегодному Национальному докладу «О санитарно-эпидемиологической обстановке в РФ» около 20% исследуемых проб питьевой воды из источников централизованного водоснабжения не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим показателям.
Как показал опыт при определении ртути в водах для достижения значений предела обнаружения ртути современными методами необходимо предварительное концентрирование или
сорбирование растворенной ртути, или применение специальных приемов повышения
инструментальной чувствительности. Фоновые концентрации ртути в природных водах находятся на уровне единиц нг/л.
Для анализа ртути в природных, питьевых, сточных водах в настоящее время используется атомно-адсорбционное определение методом холодного пара [2]. Данный метод основан на минерализации пробы, восстановлении различных форм ртути до элементного состояния, переводе ртути в газовую фазу и последующем количественном определении ртути методом беспламенной атомно-абсорбционной
спектроскопии. Такая методика весьма трудоемка и определению ртути в пробе ниже 0,005 мг/л мешают ионы йода и хлора.
При прочих равных условиях выбор методов определения ртути должен зависеть также от степени негативного воздействия используемых реактивов и оборудования на здоровье работающего
персонала, т.е. его безопасности, а также «экологической чистоты», минимума загрязнений окружающей среды за счет газообразных, жидких и твердых отходов использованных реактивов и анализируемых образцов.
Для определения ртути использован один из перспективных метод рентгенофлуоресцентной спектроскопии с полным внешним отражением, достоинством которого является экспрессность, простота пробоподготовки и широкий диапазон определяемых концентраций [3]. Однако, данная методика может быть использована только для регистрации фактов превышения ПДК ртути в водах.
Для приготовления градуировочных растворов использованы реактив ртуть йодистая HgI2 (чда), стандартный образец раствора соли ртути ГСО 7263-96. В качестве репера использован KNO3 (ч) или Co(NO3)2x6H2O (чда). Взвешивание проводилось на аналитических весах OHAUS Adventurer Pro AV264. Определение содержания ртути в водах проведено на рентгенофлуоресцентном спектрометре S2 Picofox (Bruker). Растворы приготовлены на воде высокой степени очистки, полученной на установке ELGA Labwawer LA 62 1 DV 25 Purelab Option.
Для приготовления градуировочного раствора отбирали определенный объем раствора Hg2+ в мерную колбу и доводили до метки раствором HNO3 (5%). В качестве реперного раствора использовали Co(NO3)2 концентрации 10-2 моль/л
Параметры рентгеновской трубки были следующими: 50 кВ, 1 мА в стандартной конфигурации или 50 кВ, 0,75 мА для высокоэффективного модуля.
На основе зависимости сигналов от концентрации Hg2+ построили графики зависимости интенсивности сигнала от CHg2+ (мг/л) см. рис.1 - 3.
Рис. 1 - График зависимости интенсивности (в относительных единицах) сигнала ртути от концентрации в диапазоне 2,0х10-1- 18,0*10-1 мг/л и значение рабочего диапазона при г = 20%
Область рабочих концентраций при определении ртути находится в интервале Стт-Стах = 2,0* 10-1 -18,0*10-1 мг/л (рис. 1).
Для расчета областей рабочих концентраций была использована программа СТ 5Ю на основе Microsoft Visual Basic.
ГЦ......:.......ПИ
У
/ ]
!
о
1 У
Рис. 2 - График зависимости интенсивности сигнала ртути от концентрации в диапазоне 2,0х10-2 - 18,0х10-2 мг/л
Область рабочих концентраций при определении ртути находится в интервале Стш-Стах = 2,8* 10-2 -18,0*10-2 мг/л (рис.2).
Рис. 3 - График зависимости интенсивности сигнала ртути от концентрации в диапазоне 2,0х10-3 - 18,0х10-3 мг/л
Область рабочих концентраций при определении ртути находится в интервале Стш-Стах = 3,8* 10-3 -18,0*10-3 мг/л (рис.3).
Для оценки качества воды на содержание ртути были взяты для анализа пробы природных вод различных источников г.Казани:
а) р. Волга (Кировский район);
б) р.Казанка (Советский район);
в) Водопроводная вода Вахитовского района г. Казани;
г) р.Ашит (Арский район);
д) ручей Крутовка (вблизи Казанской свалки бытовых отходов);
В результате анализа во всех образцах проб воды, кроме последнего не было зафиксировано превышение содержания ртути. Предельно допустимая концентрация водных объектов хозяйственно-питьевого и культурного
водопользования составляет 5,0* 10-4 мг/л. Концентрация ртути в пробе воды из ручья вблизи Казанской свалки бытовых отходов составляет (4,45±1,22)*10-3 мг/л, что является превышением
ПДК водных объектов хозяйственно-питьевого и культурного водопользования примерно в 10 раз.
Проведенный анализ этих растворов показал, что методика является пригодной для определения концентрации ртути выше 3,8*10-3 мг/л. При таких концентрациях наблюдается хорошая сходимость результатов анализа.
Рентгенофлуоресцентный анализ с полным внешним отражением (РФА ПВО) является одним из современных спектроскопических методов исследования таких объектов. Прибор 82 Рюойох (Вгикег) удобен и прост в использовании. Для определения более низких концентраций ртути, т.е. на уровне ПДК, необходимо предусмотреть предварительное концентрирование или
сорбирование растворенной ртути, следует использовать реактивы марки о.с.ч., воду высшей степени очистки и создать в лаборатории специальные условия, например,
кондиционирование воздуха и др.
Литература
1. Лапердина, Т.Г. Определение ртути в природных водах / Т.Г. Лапердина. - Новосибирск: Наука, 2000. - 222 с.
2. Методика М 01-51-2012 Определение массовой концентрации ртути в пробах природных, поверхностных, морских, питьевых, минеральных и сточных вод ПНД Ф 14.1:2:4.271-2012 ISO 12846-2012.
3. Кириллова А.Г., Смердова С.Г., Бахтеев С.А., Юсупов Р.А. Оценка диапазона определения ртути в водных растворах методом РФА на приборе S2 Picofox. // Вестник Казанского технологического университета. 2013. №9. С.54-57.
4. Габидуллина Э.И., Юсупов Р.А., Смердова С.Г., Бахтеев С.А. Разработка метрологических и технических требований при анализе ионов свинца, ртути и кадмия в водных средах с использованием спектрометра S2 PICOFOX (Bruker) // Вестник Казанского технологического университета. 2013. №15. С.41-43.
© Л. Р. Нуриева - бакалавр каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, leisankanur@mail.ru; С. Г. Смердова - к.х.н., доцент той же кафедры, sgsm2003@rambler.ru; С. А. Бахтеев - к.х.н., асс. той же кафедры, said-bah@yandex.ru; Р. А. Юсупов - д.х.н., проф. той же кафедры, yusupovraf@yandex.ru.
© L. R. Nurieva - bachelor, Department of of Analytical Chemistry, Certification and Quality Management KNRTU leisankanur@mail.ru; S. G. Smerdova - Ph.D., Associate Professor the same Department, sgsm2003@rambler.ru; S. A. Bahteev -Ph.D., Assistant the same Department, said-bah@yandex.ru; R. A. Yusupov - Ph.D., Professor the same Department, yusupovraf@yandex.ru.
