CC BY
20Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 25 (64). 2012. № 1. С. 277-283.
УДК 543.4
ПРИМЕНЕНИЕ ИОНИЗАЦИОННЫХ БУФЕРОВ ДЛЯ АТОМНО-АБСОРБЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРОНЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАМЕННОЙ АТОМИЗАЦИИ
Бежин Н.А.1, Довгий И.И.1, Ляпунов А.Ю.2
1Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности,
Севастополь, Украина
2Физико-химический институт им А.В. Богатского НАН Украины, Одесса, Украина
E-mail: nickbezhin@yandex.ru
Рассмотрены возможности атомно-абсорбционного способа определения стронция в пламени «ацетилен - воздух» и «ацетилен - закись азота», а также влияние на чувствительность обнаружения стронция различных ионизационных буферов.
Ключевые слова: атомно-абсорбционная спектроскопия, пламенная атомизация, ионизационные буферы, стронций.
ВВЕДЕНИЕ
Стронций является высокотоксичным металлом [1], в связи с этим актуальна разработка методов определение микроколичеств этого металла. Чувствительность определения стронция в пламенях «ацетилен-воздух» и «ацетилен-закись азота» мала, поэтому актуальным является поиск путей увеличения чувствительности. В специальной литературе [2] имеются указания на использование для этих целей ионизационных буферов - растворов хлоридов калия, лития, цезия и лантана, однако не обсуждаются преимущества использования того или иного соединения, а также влияния его концентрации. Решению этого вопроса посвящена данная статья.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для приготовления всех типов растворов использовался бидистиллят полученный в стеклянном бидистилляторе (тип БС). Для приготовления стандартных растворов стронция использовались стандартные образцы состава растворов МСО 0148:2000.
Концентрация соответствующего хлорида в градуировочном растворе создавалась путем введения рассчитанного объема более концентрированного 1%-ного раствора на стадии приготовления градуировочного раствора.
Все эксперименты по атомно-абсорбционному определению стронция проводились на атомно-абсорбционном спектрометре Сатурн-4 ЭПАВ с комплексом пламенной атомизации в пламенях «ацетилен - воздух» и «ацетилен -
закись азота». Использовалась спектральная лампа с полым катодом на элемент стронций тип ЛТ-6.
Использовались следующие параметры настройки оптического блока :
- номер рабочей дифракционной решетки - 1 (спектральный диапазон 0-850
нм);
- рабочая длина волны - 460,7 нм;
- ширина щели монохроматора - 0,5 мм;
- ток лампы 10 мА.
Значение оптической плотности нулевого раствора автоматически вычитается из результата измерения. Математическая обработка проводилась с использованием программного обеспечения Сатурн-4 ЭПАВ, а также Microsoft Office Excel 2003.
РЕЗУЛЬТАТЫ И обсуждение
В пламенях различного типа атомизация достигается нагреванием пробы до 2000-3000 оС. В этом температурном интервале более 90% атомов находятся в невозбужденном состоянии. В атомной спектроскопии используют пламеня горючих газов в смеси с окислителями. В отличие от метода эмиссионной фотометрии пламени горелка имеет длину 5-10 см для увеличения длины поглощающего слоя. В этом случае получают ламинарное пламя. Устройство горелки и распылительной камеры предотвращает блокировку щели горелки солями при их высокой концентрации. Как и в эмиссионной пламенной фотометрии, проба распыляется с помощью пневматического распылителя в камеру, смешивается с горючим газом и окислителем, и это гомогенная смесь подается в горелку. Скорость засасывания раствора пробы обычно составляет 3-5 мл/мин [2].
При использовании пламени «ацетилен - воздух» ацетилен является горючим газом, а кислород воздуха - окислителем. Температура такого пламени достигает 2300 оС. В зоне горения идут следующие реакции:
С2Н2 + О2 ® 2СО + Н2;
2Н2 + О2 ® 2Н2О; 2СО + О2 ® 2СО2 + hu.
При использовании пламени «ацетилен - закись азота» ацетилен является горючим газом, а закись азота - окислителем. Температура такого пламени достигает 2950 оС. В зоне горения идут следующие реакции:
С2Н2 + 2N2O ® 2CO + H2 + 2N2;
2Н2 + О2 ® 2Н2О; 2СО + О2 ® 2СО2.
В результате экспериментов были получены следующие данные, приведенные в Табл. 1 и на Рис. 1. Также на рисунках приведены аппроксимирующие линейные зависимости со свободным членом (A = k-c + b) и без него (A = k-c).
Из приведенных результатов видно, что наибольшая чувствительность достигается в пламени «ацетилен - закись азота».
Для достижения максимальной чувствительности и правильности анализа необходимо, чтобы степень ионизации определяемого элемента была минимальна и
постоянна как в анализируемых пробах, так и в стандартных растворах. Ионизацию можно подавить добавлением в анализируемые и стандартные растворы ионизационного буфера. Для этой цели используют хлориды калия, цезия, лития и лантана.
Таблица 1
Значения оптической плотности стронция в различных видах пламени
Вид пламени Тип раствора Концентрация, мг/л Оптическая плотность, Б
ацетилен -воздух Нулевой 0 0,003
Градуировочный 1 0,5 0,014
Градуировочный 2 1 0,033
Градуировочный 3 1,5 0,05
ацетилен -закись азота Нулевой 0 0,002
Градуировочный 1 0,5 0,019
Градуировочный 2 1 0,041
Градуировочный 3 1,5 0,061
а б
Рис. 1. График зависимости оптической плотности от концентрации стронция в пламене: а - «ацетилен - воздух»; б - «ацетилен - закись азота»
Верхний порог концентрации ионизационных буферов определяется требованиями руководства по эксплуатации комплекса Сатурн-4ЭПАВ п. 1.1.1.5. пп. б): массовая доля солей в жидкой пробе при пламенной атомизации не более 1 г/л (0,1%).
Результаты эксперимента по использованию в качестве ионизационного буфера хлорида калия с различной концентрацией (0,01-0,1%) для повышения чувствительности пламени «ацетилен - закись азота» приведены в табл. 2 и на рис. 2.
Из приведенных результатов видно, что наибольшая чувствительность достигается при использовании хлорида калия с максимальной допустимой концентрацией 0,1%.
Таблица 2
Значения оптической плотности стронция при использовании хлорида калия с различной концентрацией
Концентрация хлорида калия, % Тип раствора Концентрация, мг/л Оптическая плотность, Б
Нулевой 0 0,004
0,01 Градуировочный 1 0,5 0,043
Градуировочный 2 1 0,075
Градуировочный 3 1,5 0,112
0,05 Нулевой 0 0,004
Градуировочный 1 0,5 0,047
Концентрация хлорида калия, % Тип раствора Концентрация, мг/л Оптическая плотность, Б
0,05 Градуировочный 2 1 0,094
Градуировочный 3 1,5 0,134
Нулевой 0 0,001
0,1 Градуировочный 1 0,5 0,047
Градуировочный 2 1 0,1
Градуировочный 3 1,5 0,143
а б
Концентрация, мг/л ^
Рис. 2. График зависимости оптической плотности от концентрации стронция в пламене «ацетилен - закись азота» при использовании хлорида калия с концентрацией: а - 0,01%, б - 0,05%; в - 0,1%.
Таблица 3
Значения оптической плотности стронция при использовании различных ионизационных буферов
Ионизационный буфер Тип раствора Концентрация, мг/л Оптическая плотность, Б
Нулевой 0 0,003
Хлорид лития Градуировочный 1 0,5 0,041
Градуировочный 2 1 0,08
Градуировочный 3 1,5 0,129
Нулевой 0 0,005
Хлорид цезия Градуировочный 1 0,5 0,027
Градуировочный 2 1 0,053
Градуировочный 3 1,5 0,083
Нулевой 0 0,006
Хлорид лантана Градуировочный 1 0,5 0,026
Градуировочный 2 1 0,05
Градуировочный 3 1,5 0,079
0,14
ш 0,12
т 0,1
О
н т 0,08
о
л
я 0,06
яа * 0,04
О
s 0,02
с
О 0
-0,02
А = 0,088с - 0,0047 R2 = 0,9957
А = 0,084с R2 = 0,9933
0,5 1 1,5
Концентрация, мг/л
а
0,5 1 1,5
Концентрация, мг/л
в
Рис. 3. График зависимости оптической плотности от концентрации стронция в пламене «ацетилен - закись азота» при использовании: а - 0,1% хлорида лития; б -0,1% хлорида цезия; в - 0,1% хлорида лантана.
В работе была исследована возможность использования в качестве ионизационных буферов хлорида лития, хлорида цезия и хлорида лантана с концентрацией 0,1% каждый. Результаты эксперимента представлены в Табл. 3 и на Рис. 3.
Использование в качестве ионизационного буфера хлорида лития повышает чувствительность определения стронция в меньшей мере, чем использования хлорида калия. Поэтому хлорид калия является лучшим ионизационным буфером при определении стронция.
Также была рассмотрена возможность использования ионизационного буфера в пламене «ацетилен - воздух». В качестве буфера применялся хлорид калия, т.к. в пламене «ацетилен - закись азота» он показал лучшие результаты. Полученные данные приведены в Табл. 4 и на Рис. 4.
Таблица 4
Значения оптической плотности стронция при использовании хлорида калия с различной концентрацией
Концентрация хлорида калия, % Тип раствора Концентрация, мг/л Оптическая плотность, Б
0,01 Нулевой 0 0,002
Градуировочный 1 0,5 0,019
Градуировочный 2 1 0,037
Градуировочный 3 1,5 0,056
0,1 Нулевой 0 0,003
Градуировочный 1 0,5 0,017
Градуировочный 2 1 0,036
Градуировочный 3 1,5 0,048
К°нцентрация, мг/л Концентрация, мг/л
а б
Рис. 4. График зависимости оптической плотности от концентрации стронция в пламене «ацетилен - воздух» при использовании хлорида калия с концентрацией: а - 0,01%, б - 0,1%.
Сравнивая результаты представленные на Рис. 4 и на Рис. 1а видно, что добавка ионизационного буфера при использовании пламени «ацетилен - воздух» не повышает чувствительность определения стронция.
ВЫВОД
В работе разработана методика определения стронция атомно-адсорбционным методом с использованием пламенного атомизатора. Показано, что оптимальным пламенем для проведения процесса атомизации является пламя «ацетилен - закись азота» с температурой атомизации 2950 оС. Также, рекомендуется определять стронций с использованием 0,1% раствора хлорида калия в качестве ионизационного буфера для увеличения чувствительности.
Полученные результаты позволяет облегчить работу химика-аналитика и не тратить время на установление оптимальных параметров режима измерений атомно-абсорбционного спектрофотометра с целью получения лучших результатов измерений.
Список литературы
1. Полуэктов Н.С. Аналитическая химия стронция / Н.С. Полуэктов [и др.]. - М.: Наука, 1978. - 223 с.
2. Алемасова А.С. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия: уч. пособие / Алемасова А.С., Рокун А.Н., Шевчук И.А. - Донецк: ДНУ, 2003. - 327 с.
3. Комплекс Сатурн-4. Руководство по эксплуатации. 5Г1.370.013РЭ. - Северодонецк: НПП «Антекс-автоматика». - 109 с.
Бежин М.О. Застосування шшзацшних буферiв для визначення атомно!" абсорбщ!" стронщю з використанням полум'яно!" атомiзащí / М.О. Бежин, 1.1. Довгий, О.Ю. Ляпунов // Вчет записки Тавршського нащонального ушверситету iM. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, хiмiя". - 2012. -Т. 25 (64), № 1. - С. 277-283.
Розглянул можливосп способу атомно-абсорбцшного визначення стронщю в полум'1 «ацетилен -пжтря» i «ацетилен - закис азоту» з дослвдженням впливу на чутливють виявлення стронцiю рiзних iонiзацiйних буферiв.
Krn4oei слова: спектроскопiя атомно1 абсорбцп, полум'яна атомiзацiя, iонiзацiйнi буфери, стронцш.
Bezhin N.A. Application of ionization buffers for atomic-absorbing determination of strontium with the use of flaming atomization / N.A. Bezhin, I.I. Dovgyy, A.Y. Lyapunov // Scientific Notes of Taurida V.Vemadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2012. - Vol. 25 (64), No. 1. - Р. 277-283. The possibilities of atomic-absorption method for determining of strontium in flames «acetylene - air» and «acetylene - nitrous oxide» with the study of the influence on the sensitivity of finding out strontium of different ionization buffers.
Keywords: atomic-absorbing spectroscopy, flaming atomization, ionization buffers, strontium.
Поступила в редакцию 22.01.2012 г.
