CC BY
18
УДК 543:423:575.2 (04)
СПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА ПРИРОДНЫХ ВОД БОЛЬШОГО ЧУЙСКОГО КАНАЛА
Нурбек Жаныбекович Жеенбаев
Институт физико-технических проблем и материаловедения им. академика Ж. Жеенбаева Национальной Академии наук Кыргызской Республики, 720071, Кыргызская Республика, г. Бишкек, пр. Чуй, 265а, доктор физико-математических наук, зав. лабораторией атомной спектроскопии и химического анализа материалов, тел. (312)64-26-99, e-mail: las.if-2011@mail.ru
Гульбара Жусупбаевна Доржуева
Институт физико-технических проблем и материаловедения им. академика Ж. Жеенбаева Национальной Академии наук Кыргызской Республики, 720071, Кыргызская Республика, г. Бишкек, пр. Чуй, 265а, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, тел. (312)64-26-99, e-mail: Gulbara.D@mail.ru
Представлены результаты атомно-эмиссионного спектрального анализа для определения микроэлементов в водах Большого Чуйского канала.
Ключевые слова: атомно-эмиссионная спектроскопия, двухструйный плазматрон, элементы, концентрация элементов.
SPECTRALMETHOD FOR NATURAL WATER OF GRAND CHUI CHANNEL ANALYSIS
Nurbek J. Jeenbaev
Institute of physics-technical problems named after academician J. Jeenbaev National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, 265а, Prospect Chui St., Bishkek, 720071, Kyrgyz Republic, D. Sc., Head of Labarotory of Atomic Spectroscopy, phone: (312)64-26-99, e-mail: las.if-2011@mail.ru
Gulbara J. Dorjueva
Institute of physics-technical problems named after academician J. Jeenbaev National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, 265а, Prospect Chui St., Bishkek, 720071, Kyrgyz Republic, Ph. D., Senior Researcher, phone: (312)64-26-99, e-mail: Gulbara.D@mail.ru
The results of the atomic-emission spectral analysis for microelements determination in the Big Chui Channel.
Key words: atomic-emission spectroscopy, two-jet plasmatron, elements, concentration of elements.
Известно, что микроэлементам отводят особую роль в изучении процессов, связанных с загрязнением воды, главным образом металлами, которые являются как компонентами жизненно важных биологических систем, так и продуктами техногенного происхождения. Металлы и их соединения попадают в окружающую среду в результате промышленной и сельскохозяйственной деятельности. Круг вредных соединений металлов включает в себя до тысячи или более наименований, включая органические соединения, неорганические вещества, элементы, их ионные и молекулярные формы [1-3].
Известно, что в минеральных водах содержится множество различных химических элементов, которые существуют в недрах Земли. Они существуют в форме простых ионов или нерастворимых солей, и их концентрации различаются между собой на 5-6 порядков. Наиболее распространенными являются положительные ионы натрия, калия, кальция, магния и т. д. Содержащиеся в минеральных водах в микроколичествах ионы этих элементов (марганец, медь, цинк, молибден, мышьяк, железо, кобальт, никель, хром и т. д.), являются неизменными компонентами нормальной работы большинства ферментов, присутствующих в организме человека, и способны активно участвовать в обменных процессах различных веществ организма. Тем не менее, ряд элементов природных минеральных вод характеризуется точно установленным токсичным воздействием на организм человека. Для большинства этих элементов определены предельно допустимые концентрации (ПДК), при превышении которых вода не может быть использована для питьевых нужд [4].
Атомно-эмиссионная спектроскопия природных вод с использованием различных источников возбуждения (дуга постоянного тока, индуктивная плазма, двухструйный плазмотрон и др.) в качестве многоэлементного метода позволяет одновременно получать информацию по широкому кругу исследуемых элементов и характеризуется слабой зависимостью аналитического результата от химической формы анализируемых проб. Анализ природных вод целесообразно проводить с использованием таких источников возбуждения спектров элементов, у которых состав плазмы как можно меньше зависит от сложности состава природных вод. В этом отношении двухструйный плазмотрон ДПГ-50 выгодно отличается от других источников света и устранение влияния состава воды на результаты анализа, по-видимому, связано с полным испарением аэрозольных капель, а также с особенностями механизма возбуждения плазменной струи [4,5]. Другим достоинством является, тот факт, что при прямом введении анализируемой жидкости между плазменными струями осуществляется быстрый анализ с низкими пределами обнаружения и высокими метрологическими характеристиками. Высокая температура и протяженность двухструйного плазмотрона ДПГ-50 обеспечивает полное испарение инжектированных тонкодисперсных аэрозолей, что является определяющим фактором для снижения предела обнаружения элементов в спектре атомного излучения и является гарантией хорошей воспроизводимости полученных результатов [6].
Именно поэтому для решения проблемы определения содержания металлов в природных водах Кыргызстана, а именно в водах Большого Чуйского канала (БЧК) в городе Бишкеке и в его окрестностях, в качестве высокотемпературного источника возбуждения был выбран двухструйный плазмотрон ДПГ-50. Образцы воды были отобраны в естественных водах БЧК, начиная с городских пределов в предварительно подготовленные полиэтиленовые емкости. До отбора природной воды емкости трижды ополаскивали этой водой. Каждую взятую пробу воды в отдельности концентрировали 20 раз без кипения путем выпаривания в вытяжном шкафу и хранили в мерной колбе. В качестве эталонных образцов использовались синтетические стандартные растворы, содержащие оп-
ределяемые элементы. Многоэлементные стандартные растворы детектируемых элементов были получены путем растворения металлов, оксидов и солей марки ОСЧ, ХЧ, ЧДА в минимальном объеме, в основном НЫО3 марки ХЧ, с последующим добавлением дистиллированной воды до требуемого объема. Рабочий стандартный раствор получают путем последовательного разбавления основного стандарта фоновым раствором.
Для изучения концентрированных водных проб использовался метод атомно-эмиссионного спектрального анализа. Исследования проводились в оптимальном режиме работы двухструйного плазмотрона ДШ -50 при проекции (1: 1) линзой (с фокусным расстоянием Б = 150 мм) оптимальной части плазменной струи, расположенной на расстоянии Н = 25 мм от среза плазменных головок, на щель спектрографа ДФС-13 (решетка 600 шт/мм). Спектры каждого образца и сравнительные образцы синтетических растворов фотографировались с временем экспозиции 40 секунд на фотопластинку ПФС-01 с чувствительностью 6 единиц. ГОСТ. При этом ширина щели спектрографа составляла 20 мкм.
Анализируемые растворы, налитые в стеклянные бутылки, были соединены хлорвиниловой трубкой с распылителем и установлены на высоте 30 см от кончика распылителя. Спектры анализируемых вод и синтетических растворов фотографировались дважды. После съемки каждого образца шланги и распылитель промывали дистиллированной водой в течение 15-20 секунд. Фотопластинка проявлялась в стандартном проявителе, фиксировалась, промывалась, затем высушивалась. Спектральные линии обнаруженных элементов и фона вблизи линии фотометрировали на микроденситометре МД-100 и определяли интенсивность спектральных линий исследуемых элементов 1Л. На основе измерений синтетических стандартных растворов был составлен график калибровки в координатах LgIЛ-LgC, где С - концентрации определяемых элементов.
В таблице 1 показан анализ содержания металлов в отобранных пробах. Из данных таблицы 1 следует, что значения установленных концентраций элементов в разных точках пробоотбора вод различны, но большинство из них намного меньше, чем ПДК. Во время анализа Си, Сг, 7п, Бе были обнаружены во всех пробах. Содержание Бе во всех пробах намного выше, чем концентрация ПДК, а содержание 7п в целом ниже, чем ПДК во всех пробах. Концентрация Си в воде БЧК по мере удаления от города уменьшается, тогда как для концентрации Сг такая картина распределения не наблюдается. Содержание Си в воде БЧК ближе к городу Бешкек превышает ПДК в 1,3 раза, в остальных же местах отбора проб превышение ПДК этого элемента, не наблюдается. Увеличение содержания Си ближе к городу, по-видимому, связано с антропогенным загрязнением окружающей среды. Концентрации Си и 7п ниже ПДК почти во всех точках отбора проб. Содержание железа во всех образцах превышает ПДК от 1,6 до 4,6 раза. Отвечая на вопрос: в чем причина высокого содержания железа в канале БЧК, следует отметить, что это может быть связано с вовышенным геохимическим фоном железа в породах, где протекают реки, поскольку содержание железа по всему каналу сильно не меняется.
Спектральный анализ вод БЧК
Место отбора проб Расстояние, км Cu Cr Zn Fe
мг/л
№ 1 Начало черты города 1.28 0.011 1.68 1.38
№ 2 5 1.4 0.026 1.1 1.8
№ 3 8 1.34 0.011 1.62 0.98
№ 4 10 0.14 0.062 1.68 1.96
№ 5 13 0.08 0.062 1.80 1.36
№ 6 15 0.07 0.026 0.55 0.6
№ 7 20 0.08 0.022 1.62 1.46
№ 8 23 0.08 0.026 1.96 0.64
№ 9 25 0.08 0.015 1.62 0.48
№ 10 30 0.09 0.052 1.32 1.22
ПДК 1.0. 0.05 5.0 0.3
Во всех экспериментах относительное стандартное отклонение атомно-эмиссионного спектрального анализа составляет 0.5-0.6 в зависимости от определяемого элемента.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Золотов Ю. А. Аналитическая химия: проблемы и достижения. - М. : Наука, 1992. -
285 с.
2. Мур Д. В., Раммамутри С. Тяжелые металлы в природных водах. - М. : Мир, 1987. -
285 с.
3. Шуваева О. В. Современное состояние и проблемы элементного анализа вод различной природы: Аналит. Обзор / СОРАНГПНТБ, ИНХ. - Новосибирск, 1996. - 48 с.
4. Lahl H., Lavanchy Y H. Hydrogeological application of trace - element analysis with ACP-AES for the characterization of ground water categories at the foot the Swiss Jura between Lausanne // Fresenius Z. Anal. Chemical. - 1991. - V. 341. - P. 559.
5. Anderson J. Analysis of drinking water by ICP-AES with ultrasonic nebuliezer //Atomic Spectroscopy. - 1992. - V. 13. - P. 93.
5. Жеенбаев Ж. Ж., Энгельшт В. С., Урманбетов К. Двухструйный плазматрон для спектрального анализа // Заводская лаборатория. - 1976. - Т. 42, № 2. - С. 174-176.
6. Жеенбаев Ж. Ж., Энгельшт В. С., Урманбетов К., Таштанов Р. А., Доржуева Г. Ж. Влияние макрокомпонентов природных вод на интенсивности линий определяемых микроэлементов // Известия НАН КР. - 2003. - № 2-3. - С. 73-79.
© Н. Ж. Жеенбаев, Г. Ж. Доржуева, 2018
