Перспективные методы определения мышьяка в конденсированных компонентах экосистем
ВВЕДЕНИЕ
Химико-аналитический контроль природных и техносферных систем основан на методах аналитической химии и направлен на установление экологической безопасности [1].
Мышьяк как токсичный элемент требует тщательного химико-аналитического контроля [2]. Фоновое содержание мышьяка в компонентах природных экосистем представляется приоритетной проблемой, так как химический состав аэрозолей, пылевых выпадений, взвешенных веществ водоемов и водотоков, донных осадков, а также почв определяют качество природных экосистем [3].
Снежный покров как естественный индикатор атмосферных загрязнений сорбирует не только влажные примеси из атмосферы, но и сухие пылевые выбросы от техногенных источников и автомобильного транспорта.
В атмосферном воздухе содержится примерно на 2-3 порядка меньше загрязняющих веществ, чем в снеге. Поэтому анализ концентрации загрязняющих веществ может производиться достаточно простыми методами и с высокой степенью точности, так как всего лишь один снеговой керн, взятый по всей толще снежного покрова, дает представительные данные о загрязнении различными веществами в период от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы [4].
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 7
1 Экстракция, как метод разделения и концентрирования 9
1.1 Общая характеристика метода, основные понятия 9
1.2 Количественные характеристики 11
1.3 Жидкофазное микроэкстракционное концентрирование 13
2 Нетрадиционные экстракционные системы 16
2.1 Экстракционные системы с высаливанием 17
2.2 Системы с химическим взаимодействием 17
2.2.1 Ионные жидкости 19
2.4 Пиразолон и его производные как аналитические реагенты 21
2.5 Ацетилсалициловая кислота и ее свойства 22
3 Мышьяк как индикатор состояния живых и техногенных систем 24
3.1 Биохимические, токсикологические и физиологические функции мышьяка 24
3.2 Физико-химические методы определения мышьяка 26
3.2.1 Атомная абсорбция 26
3.2.2 Вольтамперометрия 27
3.2.3 Молекулярная спектроскопия 29
4 Техника безопасности 31
4.1Пправила противопожарной безопасности 31
4.2 Техника электробезопасности 31
4.3 Правила безопасности при работе с реактивами 32
4.4 Безопасная работа с баллонами 33
4.5 Безопасная работа с мышьяком и его соединениями 35
5 Методика количественного определения мышьяка 38
5.2 Экстракционное извлечение мышьяка 39
5.3 Отбор анализируемых образцов 44
5.4 Подготовка аналитического образца 45
5.5 Методика определения мышьяка 45
5.5.1 Определение содержания мышьяка в фильтрате 45
5.5.2 Определение содержания мышьяка в осадке минерализированном в кислотах 50
6 Обсуждение результатов 56
Выводы 58
Бибилиографический список 59
БИБИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шабанова Л. Н. Определение ртути и других токсичных элементов в особо чистых и природных водах / Л. Н. Шабанова // ЖАХ. – 1990. – № 6. – С. 1178–1186.
2. Ильин В. Б. Особенности микроэлементного состава почв Западной Сибири и их отражение в региональной биогеохимии, экологии, почвоведении / В. Б. Ильин // СЭЖ. – 2004. – № 3. – С. 259–271.
3. Бабошкина С. В. Биогеохимическое поведение мышьяка в почвах Алтая / С. В. Бабошкина // Ползуновский вестник. – 2004. – № 2. – С. 182–189.
4. Сысо А. И. Общие закономерности распределения микроэлементов в покровных отложениях и почвах Западной Сибири / А. И. Сысо // СЭЖ. – 2004. – № 3. – С. 273–287.
5. Петров Б. И. Жидкость–жидкостная экстракция: вчера, сегодня, завтра / Б. И. Петров // Известия Алтайского государственного университета. – 2010. – № 3/1(67). – С. 184–191.
6. Петров Б. И. Экстракция как метод разделения и концентрирования : монография / Б. И. Петров. – Барнаул: Изд–во Алт. ун–та, 2015. – 304 с.
7. Masashi Goto. Continuous micro flow monitoring method for total mercury at sub–ppb level in wastewater and other waters using cold vapor atomic absorption spectrometry / Masashi Goto, Edison Munaf, Daido Ishii // Fresenius Journal of Analytical Chemistry. – 2018. – V. 332. – № 7. – P. 745–749.
8. Simulation of the Exposure to Deoxynivalenol of French Consumers of Organic and Conventional Foodstuffs / J. C. Leblanc, L. Malmauret, D Delobel. [et. al.] // Regul Toxicol Pharmacol. – 2017. – № 36(2). – Р. 149–154.
9. Кузьмин, Н.М. Концентрирование следов элементов / Н.М. Кузьмин, Ю.А. Золотов. – М.: Наука, 1988. – 268 с.
10. Золотов, Ю.А. Концентрирование микроэлементов / Ю.А. Золотов, Н.М. Кузьмин. – М.: Химия, 1982. – 284 с.
11. Москвин, Л.Н. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии / Л.Н. Москвин, Л.Г. Царицина. — Л.: Химия, 1991. – 256 с.
12. Мицуике, А. Методы концентрирования микроэлементов в неорганическом анализе / А. Мицуике. – М.: Химия, 1986. — 151 с.
13. Золотов, Ю.А. Экстракция в неорганическом анализе / Ю.А. Золотов. – М.: Изд–во МГУ, 1988. – 82 с.
14. Roland S. Young separation procedure in inorganic analysis / S. Roland.–N. Y.: J. Wiley, 2015. – 475 p.
15. Minezewski, J. Separation and preconcentration methods in inorganic traceanalysis / J. Minczewski, J. Chwastowska, R. Dybezynski. – N. Y.: Horwood —J. Wiley, 2015. – 543 p.
16. Mizuike, A. Enrichment techniques for in inorganic trace analysis /A. Mizuike. Berlin, Heidelberg. – N. Y.: Springer — Verlag, 2016. – 144 p.
17. Simulation of the Exposure to Deoxynivalenol of French Consumers of Organic and Conventional Foodstuffs / J. C. Leblanc, L. Malmauret, D Delobel. [et. al.] // Regul Toxicol Pharmacol. – 2018. – № 36(2). – Р. 149–154.
18. Новый справочние химика и технолога. Аналитическая химия : в 2 ч. Ч. 1. – Санкт – Петербург : НПО Профессионал, 2007. – 984 с.
19. Kokosa J.M., Przyjazny A., Jeannot M.A. Solvent microextraction: theory and practice. New Jersey: J. Wiley & Sons. 2009. 324 р.
20. Жидкофазное микроэкстракционное концентрирование примесей / В.А. Крылов и [др.] // Журн. аналит. химии. 2011. Т. 66, № 4. С. 341–360.
21. Алекин О.А. Основы гидрохимии. Справочник: Гидрометеоиздат Л., 1948 г. С–227.
22. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды городского округа – города Барнаула Алтайского края в 2013 году–[Электронный ресурс]. Режим доступа:http://barnaul.doklad–o–sostoyanii–okruzhayushchey–sredy–g.barnaula–v–2013.
23. Аналитическая химия: проблемы и достижения / Ю. А. Золотов; Рос. акад. наук, Ин–т геохимии и аналит. химии им. В. И. Вернадского, Ин–т общ. и неорган. химии им. Н. С. Курнакова. – М. : Наука, 1992. – 284.
24. Корякин А.В. Методы оптической спектроскопии и люминесценции в анализе природных и сточных вод / А.В. Корякин, И.Ф. Грибовская. – М.: Химия, 1987. – 304 с.
25. Meng W.–K., Liu L., Wang X., Zhao R.S., Wang M.–L., Lin J.–M. Polyphenylene core–conjugated microporous polymer coating for highly sensitive solid–phase microextraction of polar phenol compounds in water samples // AnalyticaChimicaActa. 2018. Vol. 1015. Pp. 27–34.
26. Антонина О. И. Основыжидкостнойэкстракции / учеб. для хим. фак. ун –тов/ О. И. Антонина. – 2–е изд., перераб. и доп. – Москва, 2013. – 325 с.
27. KorhonenI.O.O., KnuutinenJ. Gas–chromatographicandgas – chromatographic–mass–spectrometгicstudiesofacetaticestersof chlorinated phenols// J. Chromatog. 1983. V.256. Р.133–142.
28. Палаузов В.В. Химические реактивы и их свойства / учеб. для вузов/В.В. Палаузов. – М.: Химия, 978. – 324 с.
29. Дмитриев М.Т. Санитарно – химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде: Справочное издание / М.Т. Дмитриев, Н.И. Казанина, И.А. Пиныгина. – М.: Химия – 1989. – 368 с.
30. Коренман Я.И., Кучменко Т.А. // ЖАХ. – 1995. – Т. 50. – №7 – С. 787–790.
31. Смольский Г.М., Кучменко Т.А. // ЖАХ – 1997. – Т. 52 – №1 – С. 98–101.
32. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Химический анализ производственных сточных вод. / Под ред. Леонтьева К.Д. – М.: Госхимиздат – 1958. – 190 с.
33. AhmadpourH., ShemiraniF.Modifing ASTM standard method by using homogeneous liquid–liquid microextraction combined with fiber optic UV–vis spectrometery for a greener approach to determination of total phenols in water // Journal of Analytical Chemistry. 2015.Vol. 70. № 12. Pp. 1441–¬¬1447.
34. Кнунянц И.Л. Химическая энциклопедия: в 5 т. / под ред. И.Л. Кнунянца. – М.: Сов.энцикл., – 1988, Т.1. – 356 с.
35. Санитарно – экологические нормативы качества воды водоемов. Кн. 3. Сборник нормативных материалов по охране окружающей среды. – М.: Минздрав, 1988. – 167 с.
36. Штац В.Д., Сахратова О.В. Высокоэффективная жидкостная хроматография: Основы теории. Методология. Применение в лекарственной химии. – Рига: Зинатне. – 1988. – 390 с. – ISBN 5–766–0035–4.
37. Спутник хроматографиста. Методы жидкостной хроматографии / Рудаков О.Б., Востриков И.А., Федоров С.В., Филиппов А.А., Селеменев В.Ф., ПриданцевА.А. − Воронеж: Водолей, 2004. – 528 с.
38. Segovia–Martínez L., Moliner–Martínez Y., Campíns–Falcó P. A direct Capillary Liquid Chromatography with electrochemical detection method for determination of phenols in water samples // Journal of Chromatography. 2010. Vol. 1217. № 50. Pp. 7926–7930.
39. МашковскийМ.Д. Лекарственныесредствав 2–хч. / М.Д. Машковский. – М.: Медицина, 1998, Ч.1. – 337 с.
40. Wissiack R., Rosenberg E. Universal screening method for the determination of US Environmental Protection Agency phenols at the lower ng l–1 level in water samples by on–line solid–phase extraction–high–performance liquid chromatography–atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry within a single run// Journal of Chromatography.2002. Vol.963. № 1. Pp. 149–157.
41. Shu M.W., Leong M.I., Fuh M.R., Huang S.D. Determination of endocrine–disrupting phenols in water samples by a new manual shaking–enhanced, ultrasound–assisted emulsification microextraction method//Analyst. 2012.Vol.137. № 9. Pp. 2143–2150.
42. Itoh J.I., Hirosawa Y., Komata M. A new derivatization and preconcentration method for determination of trace phenols in natural water by HPLC // Bunseki Kagaku.1994. Vol. 43. № 11. Pp. 959–964.
43.Физико–химические методы анализа. Практическое руководство: Учебное пособие для вузов/В.Б. Алесковский, В.В. Бардин, М.И. Булатов и др.; под ред. В.Б. Алесковского. – Л.: Химия, 1988.– 376 с.
44. Темерев С.В. Эколого–химическая оценка состояния водных систем бассейна оби .Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук.–Изд–во Москва,2008.– 18.с.
45. Темерев С.В., Маслакова В.Е. Электрохимический способ определения селена и мышьяка в природных объектах. Патент РФ.RU 2302628 C 1. Опубл. Бюл.19, 10.07.2007.–11с.
46. Заявка № 2021100321 от 11.01.2021 г. Темерев С.В., Петухов В.А., Колесникова Т.И. на получение патента РФ. По внутреннуму гранту АлтГУ (на стадии опубликования).
47. МУ 31–03/04 Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. Проведение анализа с использованием программного обеспечения TA–Lab. Томск, 2004. – 40 с.
48. Нестеров Е. М., Грачева И. В., Зарина Л. М. Об информативности показателей общей минерализации и кислотно–щелочных свойств при определении степени загрязненности снегового покрова урбанизированных территорий // Экология урбанизированных территорий. 2012. № 3. С. 81−88.
49. А. В. Воронцова, Е. М. Нестеров. Геохимия твердой фракции снегового покрова Санкт–Петербурга//Науки о Земле № 2 2002. C.46–52
50.Темерев С.В. Анализ воды и водных экосистем. Лабораторный практикум для студентов 4–го курса химического факультета /Алтайский государственный университет. – Барнаул: Изд–во АлтГУ, 2012. – 21 с.
51. В.С. Менжевицкий, М.Г. Соколова, Н.Н. Шиманская. Решение задач по топографической карте. – Учебно–методическое пособие Казань, 2015. – 62 с.
52.Gabrieli, J. Occurrence of PAH in the seasonal snowpack of the Eastern Italian Alps / J. Gabrieli, F. Decet, A. Luchetta et al. // Environmental Pollution 2010. Vol. 158. P. 3130–3137.
53. Nesterov E. M., Mocin V. G. Geoecology of urban areas // Journal of International Scientific Publications: Educational Alternatives (www.science–journals.eu), Bulgaria. 2010. Vol.
54. Оценка уровня загрязнения пылью снежного покрова г. Кызыла. Научная статья–[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://naukarus.com.
55.Темерев С.В. Микроэлементы в поверхностных водах бассейна Оби.– Барнаул: Изд–во Алт. ун–та, 2006.– 336 с
56. Темерев С.В. Эколого–химическая оценка состояния водных систем бассейна оби: автореферат дисс. на соискание уч. степени докт. хим. наук: 03.00.16/ С.ВТемерев.– Москва,2008.– 51 с.
57. Nesterov E. M., Mocin V. G. Geoecology of urban areas // Journal of International Scientific Publications: Educational Alternatives (www.science–journals.eu), Bulgaria. 2010. Vol.
58. Темерев С. В. Вода как объект химического мониторинга. Курс лекций.
59. Ram, K. Photochemistry of phenanthrene, pyrene and fluoranthene in ice and snow / K. Ram, C. Anastasio // Atmospheric Environment. 2009. Vol. 43. P. 2252– 2259.
60. Темерев С. В. Оценка экологического состояния речных систем (Западная Сибирь, средняя Обь) // Известия Алтайского государственного университета. 2005. № 3. С. 45–50.
61. ПНД Ф 12.13.1–03 «методические рекомендации.техника безопасности при работе в аналитических лабораториях (общие положения)». Утверждено Директором ФГУ "Центр экологического контроля и анализа" Г.М.Цветков 4.09.2003 г.
62. ГОСТ 17.1.5.05–85 «Охрана природы (ССОП). Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков».
63. ГОСТ Р 51592–2000. Группа Н08. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. «Вода. Общие требования к отбору проб»
64. ГОСТ 17.1.5.05–85. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков.
65. М.И. Булатов и др.; под ред. В.Б. Алесковского. Физико–химические методы анализа. – Л.: Химия, 1988.– 376 с.
66. Компания «КОРТЕК» Атомно–абсорбционный спектрофотометр «КВАНТ 2–МТ» [Электронный ресурс]– Режим доступа: https://www.cortec.ru/index.php?id=55
67. Методическое пособие по освоению метода инверсионной вольтамперометрии и работы на анализаторе TA–LAB [Электронный ресурс]–Режим доступа: https://docplayer.ru/80492246–Posobie–po–osvoeniyu–metoda–inversionnoy–voltamperometrii–i–raboty–na–voltamperometricheskom–analizatore–ta–lab.html
68. Темерев С. В. Оценка экологического состояния речных систем (Западная сибирь, средняя Обь) // Известия Алтайского государственного университета. 2005. № 3. С. 45–50.
69. Руководство по эксплуатации ГРБА.414318.001РЭ «pH метр 150–ми».
70.Руководство по эксплуатации ИДСТ.414311.002РЭ «КОНДУКТОМЕТР ПОРТАТИВНЫЙ КП–150МИ»
71.Доклад о состоянии и об охране окружающей среды городского округа – города Барнаула Алтайского края в 2013 году. –[Электронный ресурс]. Режим доступа :/doklad–o–sostoyanii–okruzhayushchey–sredy–g.barnaul.
72.. ГН 2.1.5.689–98 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно–питьевого и культурно–бытового водопользования. –[Электронный ресурс]. Режим доступа :https://znaytovar.ru.
73.. Новиков Ю. В., Ласточкина К. О., Болдина З. Н. Методы исследования качества воды водоёмов. Издание 2–е, переработанное и дополненное. М., «Медицина», 1990. – 400 с.
Отбор проб для определения мышьяка проводили согласно ГОСТ 17.1.5.05-85 «Охрана природы (ССОП). Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков».
Образцы снега отбирали помощи снегомера - полого цилиндра длиной 100 см с диаметром 4,2 см с пилообразным краем. Полый цилиндр погружали вертикально в снег до соприкосновения с подстилающей поверхностью. После чего вырезанный цилиндр снега аккуратно вынимали вместе со снегомером. Путем деления массы отбираемого снега на объем талой снеговой воды рассчитывали его плотность.
Образцы снежной массы отбирали методом конверта в количестве 5 кернов с каждой точки на местности. Таким образом, взято 75 кернов: 50 кернов на городской территории, 25 кернов в парковой зоне. В каждой точке отбора образцов измеряли высоту снежного покрова. Средняя глубина снежного покрова составила 50 см. Отобранные пробы снега помещали в пластиковые пакеты, затем их перемешивали. Место взятия пробы помечалось с помощью GPS-приемника (таблица 3). Каждый пакет сопровождали идентификационным номером. После транспортировки в лабораторию, пробы взвешивали на технических весах, затем таяли снег при комнатной температуре до полного растапливания [62].