Ключевые слова: интегральные показатели, тяжелые металлы, тест-метод, тест-средства, поверхностно-активные вещества.
При оценке загрязнений объектов окружающей среды (ООС) востребованы простые и экономичные тест-методы анализа, при реализации которых практически отсутствуют стадии пробоподготовки, концентрирования, отделения примесей и др. При этом могут быть решены задачи идентификации как индивидуальных загрязнителей, так и установления их содержания в сумме (Другов, 2009). К последним относят интегральные (обобщенные) показатели качества ООС: химическое (ХПК) и биохимическое (БПК) потребление кислорода; содержание летучих органических соединений; фенольный индекс; суммарное содержание тяжелых металлов и др. (Гагарина, 2012).
Нами предложено тест-определение раздельного и суммарного содержания Fe(II) и Fe(III) в водах. Для определения исследуемых аналитов применяли тест-средства в виде индикаторных бумаг с иммобилизованными реагентами 2,2-дипиридил и тиоцианат аммония, модифицированных поверхностно-активными веществами (ПАВ): анионным – додецилсульфат натрия (ДДС), катионным – цетилпиридиний хлорид (ЦПХ) и неионным – оксиэтилированный алкилфенол (ОП-10). При визуальном определении ионов ТМ было установлено, что к аналитическому эффекту соответствующего комплекса железа, а, следовательно, к улучшению контрастности, приводят лишь ионные ПАВ (ДДС – для системы 2,2-дипиридил – Fe(II), ЦПХ – для системы тиоцианат аммония – Fe(III)). При этом варьировали: концентрацию реагентов и ПАВ, последовательность обработки фильтров, соотношение реагент: ПАВ, pH.
Для изучения реакции взаимодействия Fe(II) и Fe(III) с 2,2-дипиридилом и тиоцианатом аммония, соответственно, поверхность целлюлозной матрицы (красная лента) размером 9×9 см обрабатывали (0,001-1) М растворами реагентов в присутствии ПАВ, высушивали при комнатной температуре. Затем на поверхность полученной бумаги наносили раствор соответствующего ТМ и по интенсивности окраски выбирали оптимальную концентрацию иммобилизованного реагента.
Спектрофотометрически (в растворах) и с помощью спектроскопии диффузного отражения (на твердом носителе) изучены реакции взаимодействия ионов Fe(II) и Fe(III) с соответствующими реагентами в присутствии ПАВ. На рис. 1 в качестве примера представлены спектры диффузного отражения системы Fe(III) – NH4SCN – ЦПХ (λmax=480 нм).
Рис. 1. Спектры диффузного отражения в виде функции Гуревича-Кубелки-Мунка системы Fe(III)–NH4SCN в присутствии ЦПХ, (СFe(III):1-контр. 2-1,0·10-3 М; 3-2,0·10-3 М; 4-5,0·10-3М; 5-1,0·10-2 М; 6-2,0·10-2 М; NH4SCN 10%, pH=1,7; СЦПХ=1,0·10-4 М; (фильтр с красной лентой)
Далее применяли компьютерные технологии (Adobe PhotoShop CS5), строили лепестковые диаграммы в координатах цветовых параметров R, G, B, С, M, Y, K и проводили качественную идентификацию каждого иона железа в анализируемых смесях (рис. 2).
Рис. 2. Профили лепестковых диаграмм: С (Men+) = 1·10-3 М; pH=5; система 2,2-дипиридил – Fe (II), Fe (III), (Σ Fe(II), Fe (III)) – ДДС.
Разработаны тест-методики определения Fe(II) и Fe(III) как индивидуальных представителей ТМ, так и находящихся в смеси. Диапазон определяемых содержаний составил 1·10-4 – 1·10-2 М. Концентрацию исследуемых аналитов определяли визуально по интенсивности окраски индикаторной бумаги по сравнению со стандартной цветовой шкалой и по профилям лепестковых диаграмм. При тест-определении аналитов получены линейные зависимости в координатах параметр цвета – lgc для системы: Fe (III) – тиоцианат аммония – ЦПХ (R-канал, y = 53,8x + 2, коэффициент корреляции r2=0,989), Fe(II) – 2`2-дипиридил – ДДС (G-канал, y = 22,5x + 35, коэффициент корреляции r2=0,978). Таким образом, показана возможность определения Fe(II) и Fe(III) в водных объектах, применяя новый подход, основанный на использовании модифицированных ПАВ реагентов, получении цифровых изображений соответствующих реакций с соответствующими ионами ТМ и последующей математической обработке с построением лепестковых диаграмм в координатах параметры цветности – концентрация железа. Данный подход можно применять как для качественной идентификации ионов металлов в анализируемых смесях, так и для количественной оценки содержания металлов, которую можно осуществить по линейным зависимостям геометрических параметров: площадь (S), периметр (Р) – концентрация аналитов.
Список использованных источников
1. Гагарина О.В. Оценка и нормирование качества природных вод: критерии, методы, существующие проблемы: Учеб.-метод. пособ. / Сост. О.В. Гагарина. Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет». 2012. 199 с.
2. Другов Ю.С., Родин А.А. Пробоподготовка в экологическом анализе. Практическое руководство. М.: БИНОМ, 2009.