(Уральский государственный
лесотехнический
университет)
В настоящее время безинструментальные
методы аналитической химии (тест-методы
или экспресс-методы) находят все большее применение
при анализе структурных компонентов природных биогеоценозов, главным образом,
водоемов, почвенных и растительных вытяжек, а также промышленных объектов. Потребность
в тест-средствах весьма
значительна. В основе тест-определения
экотокси-кантов лежат чувствительные и селективные
химические реакции, и результат анализа может быть получен либо визуально, либо
путем простейших измерений (длина окрашенной зоны, число капель), либо с
использованием миниприборов, также весьма простых в
обращении. Применение комбинированных
аналитических методов, сочетающих сорбционное концентрирование и последующее
определение в твердой фазе с помощью органических реагентов, оказывается очень эффектив-ным: снижается предел
обнаружения, устраняется и значительно умень-шается
влияние макрокомпонентов, что повышает точность анализа.
В работе проведено систематическое и полипараметрическое исследование химико-аналитических
характеристик бензоксазолил-, бензтиазолил-, бензилбензимидазолилформазанов с ионами Cu(II),
Ni(II), Zn(II), Cd(II), Hg(II), Zr(III), Pb(II), позволившее
установить изби-рательные комплексообразующие
свойства функционально-аналити-ческих группировок формазанов в растворе и на твердой фазе силик-агеля
ДИАСОРБ-100-ТА, ДИАСОРБ-250-АМИН, полиметакрилатной,
льняной, бязевой, фланелевой матриц.
Примененные нами подходы для
создания аналитических систем «реагент-матрица» с использованием разных форматных
аранжировок (твердофазная спектроскопия и визуальное детектирование) и
процедурных приемов позволили разработать привлекательные с позиции
чувствительности, избирательности, оперативности и надежности твердофазно-спектроскопические и тест-методики
для определения ионов Cd(II) и Pb(II) с помощью
1-(п-бромфенил)-3-фенил-5-(бензоксазол-2-ил)-
(БФФ) и 1- енил-3-изопропил-5-(бензилбензими-дазол-2-ил) формазана (ФИФ) на природной матрице бязи (таблица). Определению
ионов кадмия(II) не
мешают массовые концентрации Co(II), Ni(II), Sc(III), Zn(II) в соотношении 5:1; определению свинца(II) - массовые концентрации Zn(II), Ni(II), Co(II), Cd(II), Cu(II) в соотношении
5:1.
Установлена принципиальная возможность определения ионов
Cu(II) и Zn(II) модифицированной 1-(2-гидрокси-4-нитрофенил)-3-этил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазаном (ГНФ) полиметакрилатной
матрицей.
Получены хромогенные системы на основе бязи для определения
ионов Hg(II), Zr(III) методом их
предварительного извлечения из водных растворов с последующим «проявлением» 1-(4-бромфенил)-3-этил-5-(бензилбензимидазол-2-ил)формазаном
(БФЭФ).
Характеристика разработанных тест-систем (n=3-5;P=0.95)
|
Опреде-ляемый ион |
Реагент/матрица |
Диапазон определяемых содержаний / ПрО, мг/л |
Время анализа, мин |
Способ детектиро-вания |
|
Cd(II) |
БФФ / бязь |
0,03-1,00 / 0,007 |
15 |
ТСО |
|
0,03-1,00 / 0,015 |
10 |
ТО |
||
|
Pb(II) |
ФИФ / бязь |
0,03-1,00/
0,091 |
15 |
ТСО |
|
0,03-1,00 / 0,015 |
10 |
ТО |
||
|
Cu(II) |
ГНФ / поли-метакрилатная |
≥40-100 |
20 |
ТО |
|
Zn(II) |
≥40-100 |
20 |
ТО |
|
|
Hg(II) |
БФЭФ/ бязь |
0,1 – 1 / 0,05 |
10 |
ТО |
|
Zr(III) |
0,1 – 1 / 0,05 |
10 |
ТО |
|
|
Ni(II) |
БОФ/силикагель |
30-100 / 0,5 |
1 |
ТО |
|
Cd(II) |
2-ОН-БТФ/силикагель |
0.3-1 / 0.005 |
15 |
ТО |
|
Cd(II) |
2-ОН-БОФ/ ПОЛИОРГС-34н |
0,1-1/0,01 |
10 |
ТО |
ПрО – предел обнаружения; ТСО – твердофазно-спектроскопическое
определение, ТО – тест-определение по интенсивности окраски реакционной зоны
матрицы.
На основании проведенных исследований
разработаны и запатен-тованы методики твердофазно-спектроскопического и тест-определения
ионов Ni(II) и Cd(II) иммобилизованными на силикагеле 1-(4-сульфо-фенил)-3-метил-5-(бензоксазол-2-ил)-
(БОФ) и 1-(2-гидрокси-5-сульфо-фенил)-3-метил-5-(бензтиазол-2-ил)формазанами (2-ОН-БТФ), соот-ветственно
[1, 2].
Для определения
ионов Ni(II) индикаторный порошок, модифицированный
реагентом БОФ, вносят в пробу, перемешивают в течение 3 минут и определяют
концентрацию по интенсивности окраски сорбента, используя цветовую шкалу. Определению ионов Ni(II) не мешает
присутствие Со(II), Pb(II), ионы
щелочных и щелочно-земельных металлов в соотношении 1:5.
В случае определения
содержания Cd(II) реализован вариант инди-каторной трубки, позволяющий
повысить чувствительность аналити-ческого эффекта. Определение
металла проводят по интенсивности окраски реакционной зоны индикаторного
сорбента, содержащего 2-ОН-БТФ, после пропускания через него анализируемого
раствора. Продолжительность анализа
составляет не более 15 минут. Определению Cd(II) не
мешают ионы Co(II), Ni(II), Sc(III), Yb(III) в соотношении
При использовании в качестве твердой фазы
волокна ПОЛИОРГС-34н удалось добиться повышения чувствительности определения за
счет предварительного концентрирования продуктов реакции в фазе сорбента с
последующей «проявкой» раствором реагента. Так, разработана и аттестована в НИИ
метрологии (г. Екатеринбург, свидетельство № 224.01.17.042/2008) методика тест-определения ионов Cd(II) на волокне
ПОЛИОРГС-34н с последующим проявлением сорбируемых ионов
раствором 1-(2-гидрокси-5-нитрофенил)-3-изопропил-5-(бензоксазол-2-ил)формазана (2-ОН-БОФ).
Процесс создания модифицированных сорбентов не
отягощен рядом технологических сложностей, что позволяет его легко масшта-бировать в условиях реального
производства. Представленные методики определения ионов металлов позволяют
обойти вопросы, связанные с трудоемкостью и длительностью проведения анализа.
Такое качество, как простота исполнения анализа, освобождает от необходимости подго-товки квалифицированных
специалистов.
Таким образом, тест-системы могут
стать незаменимыми при контроле объектов окружающей среды и определении важнейших
нормируемых компонентов в воде, растительных и почвенных вытяж-ках
(прежде всего в полевых условиях); при контроле за качеством пи-щи, в том числе
питьевой воды и напитков; в критических ситуациях, когда нужно быстро
определить состав воды и биологических объектов (растительности) после
промышленной катастрофы или природного катаклизма.
Библиографический список
1. Индикатор для определения ионов никеля(II) в растворе: пат.
2. Индикатор для определения ионов кадмия
(II) в растворе: пат.
Работа
выполнена при поддержке гранта РФФИ 080313512 офи-ц.