CC BY
23
DOI: 10.32743/UniChem.2022.96.6.13847
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ МАКРО-И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ КОЖИ МЕТОДОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ
Расулова Маъмурахон Обиджон кизи
преподаватель кафедры химии Ферганского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Фергана
Назаров Отабек Мамадалиевич
(PhD), доц. кафедры химии Ферганского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Фергана E-mail: _ fulluren [email protected]
Амирова Тойирахон Шералиевна
(PhD), ст. преп.кафедры химии Ферганского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Фергана
DETERMINATION OF THE CONTENT OF MACRO AND MICRO ELEMENTS IN VARIOUS TYPES OF SKIN BY THE METHOD OF MASS SPECTROMETRY WITH INDUCTIVELY COUPLED PLASMA
Mamura Rasulova
Lecturer, Department of chemistry, Fergana State University, Uzbekistan, Fergana
Otabek Nazarov
PhD, Associate Professor, Department of chemistry, Fergana State University, Uzbekistan, Fergana
Toyiraxon Amirova
PhD, the senior lecturer, Department of chemistry, Fergana State University, Uzbekistan, Fergana
АННОТАЦИЯ
Методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой определен элементный состав и количественное содержание 44 макро-и микроэлементов в образцах кожи животного происхождения.
ABSTRACT
The method of mass spectrometry with inductively coupled plasma was used to determine the elemental composition and quantitative content of 44 macro- and microelements in skin samples of animal origin.
Ключевые слова: кожа, козлиная кожа, свиная кожа, телячья кожа, овечья кожа, макро-и микроэлементы, масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.
Keywords: leather, goatskin, pigskin, calfskin, sheepskin, macro- and microelements, inductively coupled plasma mass spectrometry.
Кожевенная промышленность—это очень старый производственный сектор, производящий широкий ассортимент товаров, таких как кожаная обувь, кожаные сумки, кожаная одежда и так далее. Сырье,
используемое в кожевенной промышленности, получают из отходов пищевой промышленности, особенно при переработке мяса.Эти отходы превращаются в желаемые и полезные кожаные изделия [1].
Библиографическое описание: Расулова М.О., Назаров О.М., Амирова Т.Ш. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ МАКРО-И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ КОЖИ МЕТОДОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2022. 6(96). URL: https://7universum. com/ru/nature/archive/item/13847
Кожа и изделия из нее являются одними из самых продаваемых товаров в мире. Они производятся из возобновляемых и легкодоступных ресурсов. Тор -говля кожевенной промышленностью в настоящее время превышает 80 миллиардов долларов США в год, и ожидается, что она будет расти по мере роста населения и урбанизации стран [2].
Потребление кожаных изделий людьми очень распространено и используется почти каждый день. Основным сырьем для любой кожевенной промышленности являются бойни и отходы мясной промышленности. Это сырье обрабатывается и превращается в пригодную для использования кожу на кожевенных заводах. Таким образом, кожевенное производство считается одним из основных кожевенных звеньев во всей кожевенной промышленности [3]. Хотя кожевенная промышленность, в основном, использует отходы мясной промышленности, она также включает использование многих химикатов для преобразования сырья в готовый продукт. Таким образом, кожевенная промышленность потребляет ресурсы и производит загрязняющие вещества, токсичные и опасные для окружающей среды. Всего из одной метрической тонны сырья получается только 20 % готового кожаного изделия и более 60 % в виде твердых и жидких отходов, включая высококанцерогенный тяжелый металл «хром» [2,4].
Обработка кожи включает операции дубления и отделки, в которых, среди прочего, активно используются кислоты, основания, ферменты, соли и красители [5-7]. Потенциально химические вещества, используемые в этих процессах, приводят к значительному загрязнению окружающей среды стоками и твердыми отходами, а также делают готовую кожу опасной как для окружающей среды, так и для здоровья человека [8,9]. Уровни концентрации некоторых элементов в коже и изделиях из нее вызывают озабоченность у регулирующих органов здравоохранения и экологов [10-13].
Производство качественной кожи,
соответствующей международным стандартам концентрации химических элементов, является основной задачой кожевенной промышленности. Это сведет к минимуму процент брака кожаных изделий на международных рынках и защитит окружающую среду и здоровье человека [14,15]. Были проведены исследования на определение элементов в недублёной и готовой коже с использованием методов рентгенофлуоресцентного анализа, оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой и инструментального нейтронно-активационного анализа[ 16-19].
Целью данного исследования является изучение концентрации макро- и микроэлементов в различных образцах животной кожи методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.
Материалы и методы. Для исследования были использованы образцы кож полученные из животных вырашенных в местных условиях. Образец массой 0,1 г (100 мг) взвешивали на аналитических весах.Образец подвергали автоклавному вышелачыванию, для чего его помещали в автоклав (DAK 100) и добавили 6 мл азотной кислоты (HNO3) и 2 мл перекиси водорода (H2O2). Крышку автоклава закрывали и ставили на микроволновую печь Berghof (SpeedWaveXpert). Минерализацию проводили в течение 45 мин в условиях минимальной t(323 К ), максимальной t(503 К), P[bar] max 40[bar]. Затем автоклав охлаждали, и содержимое переносили в мерную колбу колбу на 100 мл. Объем раствора доводили бидистиллированной водой до метки. Полученный раствор хорошо перемешивали и помешали в пробирку объемом в 10 мл.
Качественный и количественный элементный анализ проб определяли на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Perkin Elmer ISP-MS (NexION 2000) с использованием минерализованного раствора.
Обсуждение результатов. В образцах кож 4 различных типов количественно определяли 44 элемента, в том числе 6 макроэлементов (Na, Ca, K, Mg, P и S), 34 микроэлементов (Li, Be, B, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga,Ge, Se, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, Ta,W, Tl, Bi, U) и 4 особо токсичных элементов (As, Cd, Pb, Hg), которые были проанализированы с помощью ICP-MS. В козлиной и свиной кожах из макроэлементов минимальное содержание имеет магний, максимальное натрий (таблица 1). Содержание макроэлементов для козлиной кожи увеличивается в следующем порядке Mg < Ca < P < S < K < Na, а для свиной кожи Mg < P < Ca < S < K < Na. Для телячьей и овечьей кожи из макроэлементов минимальное содержание имеет фосфор, максимальное натрий содержание макроэлементов увеличивается в следующем порядке P < Ca < Mg < S < K < Na. Для телячьей и овечьей кожи характерно очень высокое содержание натрия. Определение которого в условиях эксперимента связано с большими трудностями, в частности можно определить при разбавлении полученного раствора, но при этом повыщается погрешность анализов. Анализировано содержание 34 микроэлементов, из них в четырёх исследованных образцах не обнаружены Ge, Cs, Ta, Re, ^(таблица 2).
Кроме козлиной кожи, в трёх других образцах не обнаружен Nb. В телячьей и овечьей кожах также не обнаружены W и Bi. В телячьей коже также не обнаружены In и Sb.
Таблица 1.
Содержание макроэлементов в различных видах кожи(мг/л)
№ Элементы (Аг)* Козлиная кожа Свиная кожа Телячья Кожа Овечья кожа
1 №а(23) 6954.659 4614.572 S S
2 Mg(24) 438.108 468.211 654.298 850.842
3 Р(31) 659.877 520.594 330.176 477.565
4 S(32) 1285.105 1279.171 695.162 962.822
5 К(39) 4475.458 1470.694 1481.661 8393.123
6 Са(42) 612.133 653.833 346.470 491.694
*В скобках относительная атомная масса элемента
В козлиной и свиной кожах преобладает алюминий, а в свиной и телячьей кожах кремний. В козлиной коже обнаружены 29 микроэлементов, самое высокое содержание имеет алюминий. Содержание микроэлементов увеличивается в следующем порядке U = W = № < Ag < 1п = Sb < Bi < Со < Mo < Zr < Be < Se < V < Ga < Li < Rb < Sr < Си < Ba < Ni < Mn < Sn < СГ < Т < Zn < B < Fe < Si < Al.
В cвиной коже обнаружены 28 микроэлементов, самое высокое содержание имеет кремний. Содер -жание микроэлементов увеличивается в следующем порядке W = Ш = Sb = Bi < и = Ag < Со < Se < Zr = Мо < Ni < Ве < V < Rb < Ga < Мп < Li < Си < Ва < Sn < Сг < Ti < Sr < Zn < В < Fe < А1 < Si. Минимальное
число микроэлементов обнаружено в телячьей коже. В ней определено 24 микроэлементов; самое высокое содержание имеет кремний. Содержание микроэлементов увеличивается в следующем порядке U = Ag < Со < Se = Мо < Zr < Ве < Ga < Rb < N < Ва < Sn < Li < Си < Мп < V < Sr < Т < Сг < Zn < В < А1 < Fe < Si.
В овечьей коже обнаружены 26 микроэлементов, самое высокое содержание имеет алюминий. Содержание микроэлементов увеличивается в следующем порядке U = Ag = Sb < 1п < Со < Zr < Мо < Ве < Se < Ga < № < Ва < Sn < Си < Rb < Li < V < Мп < Сг < Sr < Т < Zn < В < Fe < Si < А1.
Таблица 2.
Содержание микроэлементов в различных видах кожи(мг/л)
№ Элементы (Аг)* Козлиная кожа Свиная кожа Телячья кожа Овечья кожа
1 и (7) 0.193 0.172 0.152 0.256
2 Ве (9) 0.044 0.038 0.023 0.029
3 В (11) 5.141 2.827 1.829. 1.934
4 А1(27) 362.48 29.559 12.356 163.054
5 Si(28) 232.214 178.588 39.756 54.171
6 ^(48) 1.077 0.417 0.317 0.712
7 ^51) 0.077 0.047 0.290 0.286
8 СГ(52) 0.468 0.434 0.363 0.366
9 Мп(55) 0.401 0.144 0.268 0.311
10 Fe(57) 42.141 25.542 12.680 26.115
11 Со(59) 0.009 0.007 0.005 0.006
12 №(60) 0.358 0.034 0.067 0.082
13 Си(63) 0.268 0.209 0.182 0.197
14 Zn(66) 1.741 0.519 0.595 1.238
15 Ga(69) 0.102 0.088 0.024 0.042
16 Ge(74) 0 0 0 0
17 Se(82) 0.057 0.010 0.013 0.040
18 Rb(85) 0.195 0.084 0.035 0.211
19 Sr(88) 0.260 0.456 0.299 0.410
20 Zr(90) 0.040 0.025 0.014 0.011
21 №Ь(93) 0.001 0 0 0
№ Элементы (А)* Козлиная кожа Свиная кожа Телячья кожа Овечья кожа
22 Mo(98) 0.037 0.025 0.013 0.013
23 Ag(107) 0.002 0.002 0.001 0.001
24 In(115) 0.003 0.001 0.0000 0.002
25 Sn(118) 0.465 0.309 0.103 0.140
26 Sb(121) 0.003 0.001 0.000 0.001
27 Cs(133) 0 0 0 0
28 Ba(138) 0.295 0.253 0.074 0.129
29 Ta(181) 0 0 0 0
30 W(184) 0.001 0.001 0 0
31 Re(187) 0 0 0 0
32 Tl(205) 0 0 0 0
33 Bi(209) 0.004 0.001 0 0
34 U(238) 0.001 0.002 0.001 0.001
*В скобках относительная атомная масса элемента
В исследованных образцах кожи также были определены содержания особо токсичных элемен-тов(таблица 3). В изученных образцах, обнаружены мышьяк и свинец. Концентрация мышьяка составляет от 0.004-0.001 мг/л, а свинца 0.001-0.010 мг/л. Общая концентрация мышьяка и свинца в телячьей и овечьей кожах ниже ,чем козлиной и свиной
Содержание высокотоксичных
кожах. Необходимо отметить, то что исследования элементного состава образцов кожи методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой(ISP-MS) позволило определить содержание 44 элементов, а также изотопный анализ образцов в отличие от других методов[ 16-19].
Таблица 3.
>в в различных видах кожи(мг/л)
№ Элементы (Аг)* Козлиная кожа Свиная кожа Телячья кожа Овечья кожа ПДК (мг/л) [20]
1 As(75) 0.010 0.006 0.005 0.004 0.01
2 Cd(111) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001
3 Hg(202) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0005
4 Pb(208) 0.010 0.016 0.001 0.002 0.01
*В скобках относительная атомная масса элемента
Выводы: Исследован макро-и микроэлементный состав образцов четырёх видов кож животного про -исхождения.Определены содержания 44 элементов периодической системы. Во всех образцах обнаружены следующие макроэлементы: ^ Ca, Mg, P и S. Максимальное содержание в исследованных образцах имеет натрий. Минимальное количество в козлиной и свиной кожах имеет магний, а в телячьей и овечьих кожах - фосфор. Максимальное количество
микроэлементов обнаружено в козлиной коже, а минимальное в телячьей коже. Из микроэлементов во всех исследованных образцах преобладают Si, А1 и Fe. Из токсичных элементов в исследованных образцах обнаружены мышьяк и свинец. Согласно полученным результатам, изученные образцы кож содержат минимальное количество токсичных элементов (ниже ПДК) и изделия из них не могут нанести вред здоровью и окружающей среде.
Список литературы:
1. Dixit S., Yadav A., Dwivedi P.D., Das M. Toxic hazards of leather industry and technologies to combat threat: a review. J Clean Prod. 2015; 87:39-49.
2. International Trade Centre, http://www.intracen.org/itc/sectors/leather/. Дата обращения: 22.05.2022
3. Kolomaznik K., Adamek M., Andel I., Uhlirova M. Leather waste—potential threat to human health, and a new technology of its treatment. J Hazard Mater. 2008;160(2):514-20.
4. Huffer S., Taeger T. Sustainable leather manufacturing: a topic with growing importance.J Am Leather Chem Assoc. 2004; 99(10):424-8.
№ 6 (96)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
• 7universum.com
июнь, 2022 г.
5. Beghetto V., Zancanaro A., Scrivanti A., Matteoli U., Pozza G. The Leather Industry: A Chemistry Insight Part I: An Overview of the Industrial Process. Sci. Ca'Foscari. 2013;1:12-22.
6. Habib A.B., I.A. Noor, A.E. Musa. Effect of some skin defects on physical J. Appl. Ind. Sci.2015;3:112-119.
7. Vornicu N., Deselnicu V., Bibire C., Ivanov D., Doroftei F. Microscopy research and technique. Microsc Res Tech. 2015;78(1):70-84.
8. Devikavathi G., Suresh S., Rose C., Muralidharan C. Prevention of carcinogenic Cr (VI) formation in leather-A three pronged approach for leather products. Indian Journal of Chemical Technology.2014; 21:7-13.
9. Bacardit A., Burgh S.V.D., Armengol J., Olle L."Evaluation of a new environment friendly tanning process" Journal of Cleaner Production.2014; 65:568-573.
10. Krishnamoorthy G., Sadulla S., Sehgal P.K., Mandal A.B. Greener approach to leather tanning process: d-Lysine aldehyde as novel tanning agent for chrome-free tanning. J. Clean. Prod. 2013;42:277-286.
11. Tillet G., Boutevin B., Ameduri B.. Chemical reactions of polymer crosslinking and post-crosslinking at room and medium temperature. Prog. Polym. Sci.2011; 36:191-217.
12. Roig M., Segarra V., Bertazzo M., Martinez M.A., Ferrer J., Raspi C. Chrome-free leather, tanned with oxazolidine. Journal of Aqeic. 2012; 63(4): 101-109.
13. Sizeland K.H., Wells H.C., Norris G.E., Edmonds R.L., Kirby N., Hawley A., Mudie S., Haverkamp R.G., Collagen D-spacing and the effect of fat liquor addition. JALCA.2015;110: 66-71.
14. Kolomaznik K., Adamek M., Andel I., Uhlirova M. Leather waste—potential threat to human health, and a new technology of its treatment. J Hazard Mater. 2008;160(2-3):514-520.
15. Bayramoglu E.E., Onem E., Yorgancioglu A., Reduction of hexavalent chromium formation in leather with various natural Products (Coridothymus capitatus, Olea europaea, Corylus avellana, and Juglans regia). Ekoloji.2012; 21:114-120.
16. Okoh S., Adeyemo D.J., Onoja R.A., Arabi S.A., Determination of Some Trace Elements in Leather. Int. J. Appl. Sci. Technol. 2013; 3:101-105.
17. Aslan A. Determination of heavy metal toxicity of finished leather solid waste. Bull Environ Contam Toxicol. 2009; 82(5):633-638.
18. Scheer G.L., Pozebon D., Trace element determination in leather samples using on-line internal standardization, ultrasonic nebulization and axial view-ICP OES. Anal. Methods. 2015; 7(12):5180-5185.
19. Neiva A.M., Speranga M.A., Costa V.C., Jacinto M.A.C., Pereira-Filho E.R. Determination of toxic metals in leather by wavelength dispersive X-ray fluorescence (WDXRF) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES) with emphasis on chromium. Environ Monit Assess. 2018; 190(10):618.
20. Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.1315-03. [Электронный ресурс] http://www.dioxin.ru/doc/gn2.1.5.1315-03.htm. (Дата обращения: 26.05.2022).
