Химия и химические
технологии/7. Неорганическая химия
Смирнова Е. В., Сидоренко Е. К., Ермолаева Т. Н.
Липецкий государственный технический университет,
Россия
Метод атомно-абсорбционной
спектроскопии для определения сурьмы в виде летучих гидридов в промышленных и
природных объектах с ультразвуковой пробоподготовкой
Наиболее ответственной и
продолжительной стадией химического анализа является пробоподготовка. В
частности, она должна обеспечить количественное переведение аналита в раствор и
исключить потери определяемого компонента в виде летучих соединений. В
настоящее время для интенсификации разложения образцов используют
ультразвуковую и микроволновую энергии. В работе рассмотрено применение
ультразвукового излучения в пробоподготовке образцов меди, почв, волос при
определении сурьмы. Такой способ пробоподготовки хорошо сочетается с
современными методами физико-химического анализа – атомно-абсорбционной и
атомно-эмиссионной спектроскопии.
В последнее время
широкое распространение в аналитической практике получил атомно-абсорбционный
анализ с генерацией гидридного пара. К реакции гидридообразования под действием
сильного восстановителя борогидрида натрия NaBH4 в кислой
среде склонны мышьяк, селен, олово, висмут, свинец, сурьма.
Содержание сурьмы в
промышленных и природных объектах
строго нормируется. Например, микропримеси сурьмы отрицательно влияют на
прокатку, электро- и теплопроводность меди. Содержание сурьмы более 0,06 %
приводит к заметному охрупчиванию металла. Медь, предназначенная для
изготовления проводников тока, должна содержать не выше 0,002 % сурьмы.
Показателем неблагополучного экологического состояния окружающей среды является
повышенное содержание сурьмы в почве. Загрязнённая почва является источником
активного поступления токсичного элемента в биологические объекты. Биомаркером
повышенного поступления сурьмы в организм являются волосы. Содержание в них сурьмы
должно быть не больше 20 мг/кг. Превышение среднесуточного поступления сурьмы в
организм свыше 50 мкг способствует появлению многих заболеваний и является
причиной острых или хронических отравлений. Цель настоящей работы – разработка
методики высокочувствительного определения сурьмы в виде летучих гидридов
методом атомно-абсорбционной спектроскопии в сочетании с ультразвуковой
подготовкой пробы в образцах с различной матрицей.
При определении сурьмы в
электротехнической меди навеску массой 0,25 г разлагали и проводили отделение
аналита по ГОСТ 31382 – 2009. Разработка методики определения сурьмы в меди
включала следующие этапы:
- оптимизация условий
пробоподготовки стандартных образцов (ГСО) М1472х, М1476х и М1478х с
нормируемым содержанием сурьмы 0,00051 %, 0,00055 % и 0,0039 % соответственно;
- исследование условий
генерации гидридов сурьмы;
- отработка методики
определения сурьмы в производственных образцах меди;
- оценка правильности с
применением альтернативного метода анализа.
В работе использовали
ультразвуковую ванну «Сапфир» (совместное производство России и США) с рабочей
частотой 35 кГц и напряжением 220 В. Было установлено, что предварительное
восстановление Sb (V) до Sb (III) под
действием ультразвука существенно повышает воспроизводимость анализа и
правильность результатов. Обработка проб ультразвуком позволяет сократить
расход реактивов в 2 раза, снизить массу навески в 20 раз.
На полноту генерации
гидридов оказывает влияние концентрация восстановителя, а также
продолжительность генерации водорода, длительность формирования гидрида сурьмы
(III), быстрота отделения его от матричного раствора и
попадания в атомизатор. Экспериментально установленное время, достаточное для гидридообразования,
- 90 с.
Содержание сурьмы
определяли на атомно-абсорбционном спектрометре «SpectrАА-220» в сочетании с
системой непрерывной генерации гидридов «VGA – 77» фирмы «Varian» (Австралия). При анализе образцов электротехнической
меди результаты определения сурьмы в виде летучих гидридов сопоставлены с данными,
полученными стандартным атомно-абсорбционным методом по ГОСТ 31382 – 2009 в
пламени ацетилен – воздух при длине волны 217,6 нм. Статистическая обработка
результатов не выявила систематических погрешностей.
Определение сурьмы в почве, ввиду высокого сродства Sb к гуминовым кислотам, осуществляли после высокотемпературной деструкции образцов на электроплите с применением окисляющей смеси. Полнота разложения достигалась введением в реакционную смесь фтористоводородной кислоты. Отсутствие потерь сурьмы достигалось присутствием в растворе серной и азотной кислот. Для повышения реакционной способности смеси использовали соляную кислоту. При применении концентрированных кислот наилучшие результаты показывала смесь, включающая кислоты в следующем соотношении 1(HCl):1(HNO3):0,25(H2SO4):2(HF) общим объёмом 20,25 мл. Так как присутствие окислителей препятствует стадии гидридообразования для последующего атомно-абсорбционного анализа, реакционные смеси упаривали до сухих солей. Остаток перерастворяли в 10 мл HCl, разбавленной 1:1. Для повышения полноты реакции восстановления сурьмы использовали ультразвуковое излучение.
Пробы волос разлагали в концентрированной HNO3 под действием ультразвука при 60ºС в течение 20 мин. Окислитель удаляли выпариванием на электроплите. Сурьму (V) восстанавливали йодидом калия в ультразвуковой ванне. Разложение образцов волос под действием ультразвукового излучения, в сравнении с разложением в термоблоке по МУК 4.1.1482-03 в аналогичной кислотной смеси, позволяет сократить время деструкции в 4 раза.
Поскольку стандартные образцы почв и биологических объектов отсутствуют, правильность методик контролировали методом введено-найдено.
Концентрацию сурьмы в электротехнической
меди определяли методом градуировочного графика, в волосах и почве – методом
добавок.
Таким образом, атомно-абсорбционное
определение сурьмы в виде летучих гидридов в различных объектах после
ультразвуковой пробоподготовки характеризуется хорошей воспроизводимостью и
правильностью, позволяет снизить предел обнаружения и повысить чувствительность
анализа, сократить расход реагентов.
Литература:
1. Б. А. Колачев, В. И. Елагин, В. А. Ливанов.
Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. Москва:
Изд-во МИСиС. 1999 .413 с.
2. А. В.
Скальный, И. А. Рудаков. Биоэлементы в медицине. Москва: Издательский дом
«ОНИКС 21 век»: Мир. 2004. 272 с.