Научная статья на тему 'Определение содержания ртути в табаке и табачном дыме методом атомно-абсорбционной спектроскопии'

Определение содержания ртути в табаке и табачном дыме методом атомно-абсорбционной спектроскопии Текст научной статьи по специальности «Медицина и здравоохранение»

421
52
Поделиться

Аннотация научной статьи по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Паранина Г. В., Пашинкин А. П., Рыжов В. В., Мухутдинов А. А.

Разработана методика определения ртути в табачном дыме, проведены измерения содержания ртути в табаке и дыме табачных изделий, показано, что ранее опубликованные данные о содержании ртути в табачном дыме следует считать завышенными.

Похожие темы научных работ по медицине и здравоохранению , автор научной работы — Паранина Г. В., Пашинкин А. П., Рыжов В. В., Мухутдинов А. А.,

Текст научной работы на тему «Определение содержания ртути в табаке и табачном дыме методом атомно-абсорбционной спектроскопии»

ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 546.49:543.422

Г. В. Паранина, А. П. Пашинкин, В. В. Рыжов,

А. А. Мухутдинов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ РТУТИ В ТАБАКЕ И ТАБАЧНОМ ДЫМЕ МЕТОДОМ АТОМНО-АБСОРБЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Разработана методика определения ртути в табачном дыме, проведены измерения содержания ртути в табаке и дыме табачных изделий, показано, что ранее опубликованные данные о содержании ртути в табачном дыме следует считать завышенными.

Ртуть, благодаря своим уникальным свойствам, широко используется в нашей жизни с древних времен и занимает особое место в ряду других металлов. Достаточно хорошо изучены ее химические, физические, токсические и другие свойства. Однако в последнее время ртуть стала терять свойство специфического токсического фактора, ограниченного сферой промышленного производства. Чрезвычайно токсичные соединения ртути широко распространены в повседневной жизни, доступны и имеют многовариантную возможность проникновения в организм человека (через органы дыхания, с питьевой водой, с пищевой и парфюмерно-косметической продукцией). При этом наибольшую опасность для человека представляют пары ртути, не менее 80% которых задерживается в легких. Поглощение неорганических соединений ртути из пищи и воды составляет лишь 7%, но в пищеварительном тракте происходит их преобразование в органические, что существенно повышает их токсичность. Исследования за рубежом показали, что пары ртути, появляющиеся от разлива металлической ртути на улицах, в школах, в домах, представляющие собой эпизодические случаи, являются опасными в такой же степени, как и вдыхаемый дым табачных изделий. Содержание ртути в табачном дыме превышает предельнодопустимые концентрации ртути в сотни раз. В связи с этим во многих ведущих странах мира нормируется и контролируется содержание ртути в табачных изделиях.

Были осуществлены многочисленные определения содержания ртути в различных объектах окружающей среды атомно-абсорбционным методом в модификации «метод холодного пара». Например, проведены определения различных форм ртути в сточных и природных водах, донных отложениях, почвах [1-3]; в биологических материалах таких, как кровь, моча, волосы [4-6]; в продуктах питания. Большое количество работ посвящено содержанию ртути в рыбе, а также в овощах, чае и др. [7-10]. Найдено в России несколько источников по исследованию содержания ртути в табачном дыме [11, 12, 14]. Результаты российских и зарубежных исследований показывают, что чувствительность метода при определении ртути в табаке 4 - 60 нг/мл [13], содержание ртути колеблется от 14 до 22 нг в одной сигарете; чувствительность метода при определении ртути в дыме табака составляет 1 пг/м3 [11], содержание ртути в табачном дыме - 0,17 - 0,98 мкг/м3 [11], а по другим данным - 55 - 85 мкг/м3 [12] при ПДК ртути в атмосферном воздухе 0.3 мкг/м3. В ходе анализа ряда работ, был обнаружен широкий разброс результатов, который может

39

быть связан с тем, что некоторые исследователи не учитывали влияния сопутствующих компонентов на конечный результат измерений и получали завышенные данные.

Уникальные физико-химические свойства ртути делают ее относительно удобным для определения элементом. Несмотря на крайне низкие концентрации во многих природных объектах, в настоящее время разработаны методики и аппаратура, позволяющие проводить анализ различных объектов на содержание ртути в широком диапазоне концентраций, начиная с фоновых.

Однако существуют пробы, которые помимо низких содержаний ртути обладают сложной матрицей [11], что создает определенные сложности для их анализа. Основную трудность при анализе табака представляют легколетучие смолы, которые конденсируются даже при комнатной температуре. Поэтому цель данной работы сводится не только к определению содержания ртути в табаке, но и к разработке методики, обеспечивающей достоверность определения содержания ртути при анализе проб.

В данной работе для анализа табачных изделий применялась последняя модификация анализаторов ртути типа «Юлия» - «Юлия - 5КМ», разработанная НПО «Метрология +» (г. Казань). Данный прибор имеет диапазон измерений массовой концентрации ртути: для жидких проб - от 0,1 до 2,0 мкг/дм3, для газообразных проб - от 0,0001 до 0,002 мг/м3, пределы допускаемой относительной погрешности анализатора при определении массовой концентрации ртути ±10 %; объем пробы для водной среды 1 см ; время одного измерения не более 3 минут.

Для определения ртути в табачном дыме собирается установка (рис. 1), которая состоит из системы поглотителей, измерительного тракта и аналитической части (анализатор ртути). Результаты определения ртути в табачном дыме приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты определения массовой концентрации ртути в дыме сигарет

Марка сигарет Массовая концентрация ртути, мкг/м

«21 век - легкие» 52,31

«21 век - полный вкус» 63,97

«Союз Аполлон - лайтс» 65,56

«Союз Аполлон особые - суперлайтс» 25,91

Однако полученные нами результаты являются завышенными. Причина заключается в том, что в измерительном тракте прибора содержится большое количество летучих органических соединений, недоокисленных соединений, смол, которые загрязняют золотой коллектор и искажают результаты измерений за счет неселективного поглощения.

С целью получения достоверных показаний осуществлен выбор оптимальных условий измерений - подбор поглотительной системы, толщины пылевого фильтра, удлинение измерительного тракта - измерение с помощью двух приборов.

Прибор имеет четыре временных режима работы, которые соответствуют прокачиванию 0.125 л за 7.5 с, 0.25 л за 15 с, 0.5 л за 30 с и 1 л воздуха за 60 с. Для анализа табачного дыма желательно выбирать максимальный временной промежуток, чтобы пробы дыма в наибольшей степени освободились от летучих органических соединений с помощью собственного компрессора анализатора.

40

Рис. 1 - Схема установки для определения ртути атомно-абсорбционным методом: 1 - пробирка; 2 - барботер; 3 - стеклянная трубка; 4 - резиновая трубка; 5 - ватный фильтр; 6 - поглотитель (ксилол); 7 - исследуемый образец (сигарета); 8 -олива с силикагелем; 9 - стеклянная трубка с парафином, 10 - соединительная трубка; 11 - анализатор ртути «Юлия 5КМ»; 12 - пульт; 13 - индикатор режима измерения; 14 - кнопка переключения режима; 15 - индикатор работы прибора; 16 - кнопка запуска прибора; 17 - компрессор

Режим барботирования зависит от следующих факторов: от толщины бумажного пылевого фильтра, устанавливаемого непосредственно перед золотым коллектором, и от плотности распределения фильтрующего материала в системе. При большой интенсивности барботирования поглотительные материалы не справляются с поглощением органических компонентов, и результат измерений оказывается ниже ожидаемого. Оптимальный вариант - свободное заполнение фильтрующими материалами и применение бумажного фильтра средней толщины.

Для предотвращения засорения золотого сорбента органическими компонентами и минимизации неселективного поглощения используется система поглотителей. В качестве жидкого поглотителя можно применять бензол, толуол, октан. Эти органические жидкости хорошо поглощают органические компоненты, но легко испаряются при барботировании, как показали эксперименты, их пары в измерительном тракте вызывают неселективное по-

41

глощение излучения ртутной лампы (источника излучения), тем самым способствуя существенному завышению результатов измерений.

Наиболее приемлемым поглотителем является орто-ксилол (^ип > 144 °С), однако он также частично испаряется при барботировании, поэтому используется дополнительный поглотитель для паров ксилола - парафин. Кроме того, парафин улавливает органические компоненты, которые не поглотились ксилолом.

Пылевой фильтр прибора является индикатором полноты поглощения смолы табачного дыма. В процессе поглощения смол фильтр темнеет, поэтому его периодически меняют. При этом скорость поглощения смол зависит от материала и толщины фильтра. Оптимальная толщина была установлена опытным путем.

Однако, несмотря на многочисленность поглотителей (4 ватных тампона, о - ксилол, парафин) органические компоненты частично проникают в измерительный тракт прибора и несколько искажают результаты измерений. Поэтому было решено использовать второй анализатор, последовательно соединяя два прибора. Выявлено, что пылевой фильтр второго прибора остается чистым достаточно долгое время, значит, мешающее влияние органических компонентов практически исключено. Для определения содержания ртути в растворах или дыме табака приборы соединяются трубкой, на первый прибор выставляется режим прокачивания воздуха 60 с, на второй режим 30 с (временной режим для второго прибора не имеет существенного значения, так как пары ртути из первого прибора выходят импульсом около 3 с). Дым пропускается через первый прибор и после выхода прибора в режим ожидания с помощью компрессора через соединительную трубку переходит во второй. Одновременно с выходом показаний на табло первого прибора, включается второй анализатор. В среднем второй анализатор показывает 32% от показаний первого анализатора как вследствие потерь по пути измерительного тракта, так и по причине завышения показаний на первом анализаторе из-за неселективного поглощения. За действительную массовую концентрацию ртути принимаются показания второго прибора, умноженные на 1,3. Результаты измерений приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Результаты определения содержания ртути в дыме табачных изделий

Марка сигарет Показания прибора, мкг/м3 Содержание ртути в дыме, % Содержание ртути в дыме, мкг/м3

«21 век - легкие» 2,55 20,38 0,68

«21 век - полный 2,90 25,85 0,93

вкус»

«Союз Аполлон осо- 1,14 16,30 0,25

бые - суперлайтс»

3

Содержание ртути в дыме табака составляет 0,25 - 0,93 мкг/м (в среднем

0,62 мкг/м3) при ПДК ртути в атмосферном воздухе 0,3 мкг/м3. Таким образом, данные, приведенные в работах [11] и [14, не подтверждаются. Причина - в этих работах не полностью учтено влияние сопутствующих компонентов на результаты измерения.

С целью установления действительного содержания ртути проводилась минерали-зиция проб табака и сигаретной бумаги. Навеска пробы составляла 0,526 - 0,74 г для таба-

42

ка и 0,064 - 0,085 г - для бумаги. Минерализация проводилась открытым способом, пробы выдерживались по 2,5 ч на водяной бане, а затем при комнатной температуре - от 2 до 6 сут (табл. 3).

Таблица 3 - Результаты определения содержания ртути в минерализованных пробах

Проба «21 век - легкие», мкг/дм3 «21 век - полный вкус», мкг/дм3 «Союз Аполлон особые - супер-лайтс», мкг/дм

Табак 0,470 0,495 -

Бумага 0,040 0,080 -

Сигареты 0,326 0,292 0,182

Содержание ртути в 1 сигарете, нг 16,3 14,6 9,1

Содержание ртути в табаке, мкг/кг 22,15 20,0 15,42

Выводы

1. Определено содержание ртути в табаке. Массовая концентрация ртути в табаке составляет 15,42 - 22,15 мкг/кг. В одной сигарете содержится 9,1 - 16,3 нг ртути - для легких сортов сигарет, для обычных сигарет это значение составляет 75,4 нг.

В табачном дыме массовая концентрация ртути составляет 0,25 - 0,93 мкг/м3 - для легких и суперлегких сигарет. Содержание ртути в дыме мало зависит от сорта сигарет, но существенно зависит от наличия фильтра в сигаретах.

2. Показано, что ранее опубликованные данные о содержании ртути в дыме табака следует считать существенно завышенными, так как авторы исследований не полностью учитывали влияние сопутствующих компонентов на результаты измерений.

3. Полученные в работе результаты выявили ряд проблем, требующих дальнейших исследований по определению содержания ртути в табачных изделиях и ее распределению при курении.

Литература

1. Исправникова В.В., Роева Н.Н. Определение органических и неорганических форм ртути в природных водах // Анализ объектов окружающей среды: III Всероссийская конференция: Тезисы докл. «Экоаналитика - 98», Краснодар, 20 - 25 сентября. 1998. 297 с.

2. Роева Н.Н., Исправникова В.В. Определение основных миграционных форм ртути в водных экосистемах // Аналитическая химия и атомная спектроскопия: Питтсбургская конференция. Тезисы докл.. Орландо, 7 - 12 марта. 1999. 1922 с.

3. Петрова Н.И., Корда Т.М. Атомно-абсорбционное определение ртути в сточной и водопроводной воде с электротермической атомизацией пробы // Заводская лаборатория: Диагностика материалов. 1999. Т. 65, № 9. С. 19 - 21.

4. Гончарова Н.Н., Утенкова Т.И., Себянин А.Г. Атомно-абсорбционное определение ртути в наркосодержащих растениях//Химия аналитических веществ и материалов: Всеросс. Конф.: Тезисы докл. М., 2000. 16 - 21 апреля. 146 с.

43

5. Sakuma A.H., De Maio F.D., Utishiro R.Q. Оптимизация параметров для определения следов неорганической ртути в моче проточно-инжекционным методом атомно-абсорбционной спектроскопии холодных паров //Atom. Spectrosc. 1999. Т. 20, № 5. С. 186 - 190.

6. Brunetto M., Luna J., Zambrano A. Определение металлической и неорганической ртути в цельной крови путем использования аналитического комплекса на базе сочетания системы газовой хроматографии с блоком криофокусирования и прибора для атомно-абсорбционной спектроскопии //Analyst. 1999. Т. 124, № 10. С. 1493 - 1499.

7. Гончарова Н.Н., Анорулайтис А.Д., Бухорова Ю.А. Разработка методики экспрессного аналитического контроля ртути в рыбе// Анализ объектов окружающей среды: III Всероссийская конференция: Тезисы докл. «Экоаналитика - 98», Краснодар, 20 - 25 сентября. 1998. С. 227 - 228.

8. Leah R.T., Evans S.J., Johnson M.S. Ртуть в камбале в эстуариях и прибрежных водах северовосточной части ирландского моря // Епупоп. Pollut. 1992. Т. 75, № 3. С. 317 - 322.

9. Falandys Z. Jersy. Содержание ртути в мышцах и печени камбалы, выловленной в западной части Гданьского залива // Studi mater. oceanol. Chem. 1992. № 62. С. 13 - 18.

10.Шепелева Е.В., Максимова С.М., Болденков В.С. Экспресс - определение ртути в молоке методом долодного пара: Научно-техн. сб. АгроНИИ ТЭ и ПП. 1995. № 2. С. 8 - 10.

11. Таций Ю.Г., Стахеев Ю.И. Определение содержания ртути в пробах сложного состава// Стандарты и качество. 1991. С. 10 - 16.

12.Рыжов В.В., Шипунов В.В., Гилязова Р.З., Глазова С.В./Исследование дыма табачных изделий отечественного и зарубежного производства, реализуемых в РТ, на содержание ртути//Отчет о выполнении фундаментальных исследований АН Татарстана по грантам НИОКР РТ. Казань, 2001.

13.Feng Lei, Zhang Cheng-Cong, Yang Yan. Определение следовых количеств ртути в табаке методом атомно-абсорбционной спектроскопии с генерацией холодных паров в проточно-инжекционной системе // J. Unnan. Univ. Natur. Sci. 2002. V. 26, 4, P. 454 - 456.

14.Таций Ю.Г. Атомно-спектрометрическое определение следов ртути после концентрирования на золотом коллекторе: Дис. ... канд. хим. наук/ Ин-т геохимии и аналитической химии им.

В.И.Вернадского АН СССР. Москва, 1996. 158 с.

© Г. В. Паранина - инж. ООО «НПО «Метрология +»; А. П. Пашинкин - канд. хим. наук, инж. -химик ООО «НПО «Метрология +»; В. В. Рыжов - канд. физ.-мат. наук, дир. ООО «НПО «Метрология +»; А. А. Мухутдинов - д-р хим. наук, проф. каф. инженерной экологии КГТУ.

44