CC BY
12
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 543.31.06 : 546.42
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРОНЦИЯ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ С ПОМОЩЬЮ ФОТОМЕТРИИ ПЛАМЕНИ
Инженеры Г. М. Свищвв, Ю. М. Николаев, Н. Я. Новикова, канд. химических наук М. М. Голутвина
Определение концентрации стронция в водах рек, озер и других водоемов представляет интерес для решения ряда гигиенических вопросов. Концентрация стронция в природных водах составляет обычно от десятых долей до нескольких миллиграммов на 1 л. Одновременно с .этим элементом в воде присутствует кальций в количествах, превосходящих содержание стронция в десятки и сотни раз.
При определении содержания стронция в природных водах химическими методами необходимо предварительно отделить его от кальция. Эту задачу большей частью решают, используя различную растворимость нитратов стронция и кальция в дымящей азотной кислоте или ацетоне (Ф. В. Гиллебранд, Г. Э. Лендель, Г. А. Брайт и Д. И. Гофман; В. И. Баранов и В. Д. Виленский). Реже применяют хроматографиче-ское разделение на смолах (В. И. Бахман и С. С. Крапивина). Указанные химические приемы разделения стронция и кальция требуют относительно больших затрат труда и времени.
Содержание элемента определяют, как правило, путем титрования комплексоном III в присутствии таких индикаторов, как кислотный хром темно-синий, эриохром черный и др. (Пршибил). Низкая концентрация стронция в природных водах вынуждает использовать для анализа значительные объемы воды (как правило, не менее 1 л), что неудобно, особенно если требуется транспортировка проб.
Метод фотометрии пламени (Н. С. Полуэктов) обладает рядом преимуществ по сравнению с химическими методами определения стронция. Он не требует предварительного отделения от кальция. Для метода характерны весьма высокие чувствительность и специфичность. На проведение одного анализа требуется всего несколько минут.
Определение стронция пламенно-фотометрическим методом основано на измерении интенсивности света, испускаемого возбужденными в пламени нейтральными атомами стронция при переходе их на более низкий энергетический уровень. В известных пределах интенсивность светового излучения пропорциональна концентрации стронция.
Опубликованы работы по пламенно-фотометрическому определению стронция в водах (Н. С. Полуэктов, Пршибил). Так, японские исследователи (Uzumasa, Nasu и Seo) предложили метод определения стронция в природной воде по атомарной линии 461 т\л после его выделения совместно с кальцием в виде оксалата. Н. М. Бабина и Л. П. Гошпаренко использовали для определения стронция в воде пламенный фотометр ГП-21. Определение проводили в ацетилен-воздушном пламени по ин-
5 Гнгнена и санитария. № 4
65
генсивности пика молекулярной полосы (662—670 m\i) также после предварительного выделения оксалатов.
Щавелевокислые соли осаждают для того, чтобы устранить влияние на интенсивность излучения стронция в пламени ряда веществ (железо, фосфаты и т. д.), а также с целью концентрирования стронция.
Ниже описано определение стронция в природных водах без предварительного отделения мешающих элементов из числа встречающихся в воде. При этом используется пламя природного газа кислорода.
Недавно была напечатана статья об определении стронция в природных водах также без предварительного его выделения (Albert и Ногг). Однако эти авторы возбуждали атомы стронция в ацетилен-кислородном пламени.
Примененная нами установка для проведения исследований состояла из последовательно расположенных горелки с распылителем, монохроматора УМ-2. фотоэлектрической приставки с умножителем типа ФЭУ-17, усилителя постоянного тока и микроамперметра. Прямую выходную щель монохроматора УМ-2 заменили изогнутой по форме спектральной линии стронция 460,7 m\i, что позволило работать с высокой щелью при ширине ее раскрытия 0,08 мм.
На рис. 1 приведен схематический чертеж горелки. Анализируемый раствор подается в пламя по тефлоновой трубке (1) и кварцевому капилляру (2). Засасывание пробы производится струей кислорода, поступающего из баллона с редуктором во внутреннее сопло (3). Капилляр (2) впаян в трубку (4) с резьбой. Это позволяет гайкой (5) устанавливать капилляр на оптимальной глубине. С помощью 3 болтов (6) за счет деформации тефлонового кольца (7) устанавливают кончик капилляра по оси сопла (3). Горючая смесь бытового газа с кислородом, образующаяся в смесителе от сварочного резака, подавалась во внешнее сопло (8). Давление газа составляло 10 см вод ст., давление кислорода — 2 кг/см2.
Внутренний и внешний диаметры слегка оттянутого кончика кварцевого капилляра составляли соответственно 0,15 и 0,8 мм. Отверстие во внутреннем сопле имело диаметр 1 мм при длине 0,5 мм. Внешний диаметр этого сопла равнялся 4 мм. Во внешнем сопле имелось центральное отверстие диаметром 5 мм и 6 периферических диаметром 1 мм.
Для приготовления необходимых реактивов берут: а) 0,05 н. раствор двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (комплексен III), причем навеску соли квалификации «воч», равную 9,30 г, растворяют в дистиллированной воде и доводят объем раствора до 1 л: б) 0,05 н. раствор хлорида кальция, для чего 3 г углекислого кальция квалификации «х.ч.» высушивают в сушильном шкафу при 110° до постоянного веса. Из соли берут навеску 2,5025 г в мерную колбу объемом I л и растворяют в минимальном количестве соляной кислоты. Завер-
Рис. 1. Схематический чертеж горел-
ки-распылителя. / — тефлоновая трубка; 2 — кварцевый капилляр; 3 — внутреннее сопло; 4 — трубка с резьбой; 5 — гайка; 6 — болты (3 штуки); 7 — тефлоновое кольцо; 8 — внешнее сопло.
шение растворения определяют по прекращению выделения углекислого газа, затем раствор доводят дистиллированной водой до 1 л и тщательно перемешивают; в) аммиачный буферный раствор — 54 г NH4C1 квалификации «х.ч.» растворяют в 350 мл концентрированной NH4OH (d = 0,91) и доводят смесь дистиллированной водой до 1 л; г) индикатор кислотный хромтемносиний — 0,5 г индикатора растворяют в 10 мл аммиачного буферного раствора и доводят раствор до 100 мл этиловым спиртом; д) 0,05 н. раствор сульфата магния 6,1625 г MgS04-7 Н20 квалификации «х. ч.» растворяют в дистиллированной воде и разбавляют до 1 л. Для установления титра раствора комплексона III в 2 конические колбы вносят по 5 мл 0,05 н. раствора СаСЬ, по 5 мл 0,05 н. MgS04, по 2 мл аммиачного буфера и по 8—10 капель индикатора. Объем раствора увеличивают водой до 100 мл, перемешивают и титруют 0,05 н. комплексоном III до перехода окраски от розово-красной к синей с сиреневым оттенком. В 2 другие колбы помещают все указанные выше реактивы, за исключением хлористого кальция. Раствор разбавляют до 100 мл и титруют комплексоном III. По разности определяют объем комплексона, затраченного на реакцию с кальцием. Титр комплексона III рассчитывают по формуле:
/
т т Уса • -Эк ' к — 1 Ca--•
Vk . Эса
где Тк — титр раствора кальция, Vea — объем раствора хлорида кальция, взятый на титрование (в мл), — объем раствора комплексона III, пошедший на титрование (в мл), Эк — эквивалентный вес комплексона III, Эса — эквивалентный вес кальция.
Стандартные растворы стронция готовят следующим образом. Используют Sr(N03)2 квалификации «х.ч.», дважды перекристаллизованный из воды и высушенный при 100—105°. Вначале готовят 0,5 л раствора с концентрацией около 2 мг Sr в 1 мл. Для этого навеску соли, равную 2,4150 г, растворяют в воде и доводят до 0,5 л. Точно устанавливают концентрацию стронция в полученном растворе с помощью титрованного раствора комплексона III. При этом поступают так же, как описано выше. Затем переносят 100 мл раствора стронция в колбу объемом 1 л и разбавляют до метки. Полученный раствор с концентрацией, близкой к 200 у Sr на 1 мл, используют в дальнейшей работе.
Концентрацию элемента в воде определяют методом добавок, позволяющим исключить возможные ошибки из-за неодинакового состава пробы и стандартных растворов, так как в качестве последних служат сами пробы с добавками определяемых элементов (Н. С. Полуэктов).
Исследуемую пробу воды объемом около 60 мл фильтруют для удаления механических примесей, и часть пробы помещают в стакан объемом 5 мл. К 2 другим порциям исследуемой воды (по 25 мл) добавляют соответственно 0,25 и 0,5 мл стандартного раствора стронция с точно установленной концентрацией, близкой к 200 у/мл. При этом концентрация добавленного стронция составит соответственно 2 и 4 у/мл.
Растворы тщательно перемешивают и каждым из них наполняют стакан объемом 5 мл. Стаканы помечают и приступают к измерениям. Если концентрация стронция в воде меньше 0,2 у/мл, до приготовления растворов следует провести концентрирование пробы выпариванием. При концентрации стронция в пробе 1—0,2 у/мл для повышения точности измерений в пробу и во все растворы вводят этиловый спирт (например, 10 объемных процентов).
Все 3 раствора, приготовленные, как указано выше, последовательно вводят в пламя сначала в одном,затем в обратном порядке.
5*
67
Для каждого раствора записывают показания микроамперметра при установке монохроматора на длину волны 460,7 тр, а также при повороте барабана длин волны вправо и влево от данного положения примерно на 20°. Величину фона принимают равной среднему арифметическому последних 2 замеров. При смене растворов распылитель промывают дистиллированной водой.
Такой простой способ учета фона был бы невозможен при анализе по молекулярной полосе 662—670 тр. Этим и объясняется выбор атомарной линии 460,7 тц, в качестве аналитической, несмотря на большой фон в этой области спектра пламени природного газа — кислорода. Кроме того, чтобы иметь большую чувствительность при анализе по молекулярной полосе, необходимо работать с широкими щелями. При этом значительно возрастает фон, вызванный Рис. 2. Зависимость интенсив- ИЗЛуЧением мешающих элементов и их ности излучения стронция }
(произвольные единицы) от соединении в выделенном спектральном
интервале и увеличивается роль рассеянного в монохроматоре света, т. е. специфичность определения стронция будет ниже.
Предварительные измерения показали, что в рабочем интервале концентраций интенсивность линии стронция прямо пропорциональна его концентрации в растворе (рис. 2). Концентрации стронция в пробе можно рассчитывать по следующим формулам:
7 CSI
его концентрации (\/мл). Прямые / и 2 относятся к различным чувствительности« прибора.
с1 =с2
cil=cs
31
Определение содержания стронция в водах ряда рек Советского Союза химическим и спектральным методом
Река
Иртыш
Днепр
Дон
Днестр
Волга
Волга
Нева
Москва
Концентрация стронция (в ме/мл)
— Э1 а3 — Э!
где Сг — концентрация добавленного стронция во 2-м, а Сз — в 3-м растворах (у/мл), аь аг, а3 — интенсивности линий (за вычетом фона) в делениях шкалы микроамперметра для пробы 2-го и 3-го растворов соответственно. В формулу подставляют средние арифметические значения этих величин, полученные из 2 измерений.
В качестве окончательного значения концентрации в пробе берут среднее арифметическое из величин С^ и С^1. Их близость служит критерием справедливости применения метода добавок.
Средняя квадратическая ошибка для одного ряда измерений составляет ±30% от измеряемой величины для концентраций » 0,25 у/мл и ±10% — для концентраций около. 1 у/мл. Метод позволяет провести полностью около 20 анализов за один рабочий день.
В таблице для сравнения приведены концентрации стронция в некоторых реках Советского Союза, определенные методом фотометрии пламени и химическим методом.
Город, в районе которого проведено определение
Омск . . . . Киев . . . . Ростов-на-Дону Кишинев . . Куйбышев . . Горький . . . Ленинград . . Москва . , .
я X V я 1 V , * ? и t; О 2
т Ч м»
sss
■ о. н « Sf ч S= « a- *
а о о I * я &8 1 я
5 ■& ssse
0,5 0,5
0,6 0,7
0,5 0.7
1.0 1,2
0,5 0,9
0.4 0.4
0,2 0,2
0.5 0.8
Таблица показывает, что оба метода — химический и спектральный — дают близкие результаты. Однако во многих случаях результаты химического анализа выше, что связано, как показала проверка, с неполнотой отделения стронция от кальция с помощью ацетона.
ЛИТЕРАТУРА
Баранов В. И., В и ленский В. Д. Ж. аналит. химии, 1962, т. 17, в. 3, стр. 295.—Бахман В. И., Крапивина С. С. Анализ минеральных вод. М., 1957.— Г и л л е б р а н д Ф. В. и др. Практическое руководство по неорганическому анализу. М., 1957.—Полуэктов Н. С. Методы анализа по фотометрии пламени. М., 1959.— Пршибил Р. Комплексоны в химическом анализе. М., 1960.—Albert Н. С. Реф. ж. Химии, 1962, 24Д87,—U z u m a s a Y., Na su Y., Seo Т., J. Chem. Soc. Japan, Pure Chem. Sec., 1960, v. 81, p. 430.
Поступила l/II 1963 r.
УДК 613.649.16
МОДИФИЦИРОВАННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ
РАДИОАКТИВНОЙ р ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВЛАЖНЫМИ МАЗКАМИ
А. В. Терман, М. И. Еникеев
Кафедра радиационной гигиены Центрального института усовершенствования врачей, Москва
При работе с открытыми радиоактивными изотопами возможно загрязнение рабочих поверхностей и других объектов используемыми веществами. В ряде случаев определение радиоактивной загрязненности непосредственно приборами (например, ТИСС) затруднительно и поэтому пользуются существующим стандартным методом мазков, который рекомендован дополнением к санитарным правилам № 333-60 (Б. М. Семов, Ю. Шестаков, К. Орлова).
Однако указанная методика не свободна от ряда недостатков: 1) процесс исследования требует продолжительного времени (Р/г—2 и более часов) за счет высушивания, сжигания, озоления; 2) отсутствует контроль за усилием при снятии мазка, что может вести к ошибкам при определении коэффициента снятия; 3) необходим тесный контакт рук с исследуемой поверхностью при взятии сухого мазка фильтровальной бумагой, увеличивающего облучение при большой загрязненности или при снятии мазков с поверхностей, прикрывающих источники излучения; 4) несколько завышены коэффициенты снятия5) необходимо относительно сложное оборудование, в том числе муфельная печь и вытяжной шкаф; 6) для уменьшения субъективных ошибок мазки должны снимать несколько человек.
Кроме того, при высушивании, обугливании и сжигании тампонов возможны потери снятых радиоактивных веществ. Так, при работе с радиоактивным йодом (ЫаЛ131) нам удалось просчитать лишь 1—5% от снятого количества активности при коэффициенте снятия, близком к 100%.
Ниже предлагается модификация метода мазков, заключающаяся в том, что определенную поверхность (5X5 см) протирают лоскутами
> Следует учесть, что коэффициент снятия показывает отношение нефиксированного загрязнения к суммарному. Рядом работ (Г. М. Пархоменко, Н. А. Павловская. Н. В. Вершинин и др.) установлено, что полная, 100% дезактивация поверхностей, в том числе линолеума, нержавеющей стали и т. п., невозможна. Таким образом, коэффициент снятия не может быть равен 100%.
