Атомно-абсорбционная спектрометрия в определении содержания меди, свинца в почве (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Химический факультет

Кафедра «аналитической и экспертной химии»

Специализация «химия окружающей среды,

химическая экспертиза и экологическая

безопасность»

АТОМНО-АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОМЕТРИЯ В ОПРЕДЕЛЕНИИ СОДЕРЖАНИЯ МЕДИ, СВИНЦА В ПОЧВЕ

Квалификационная работа

Выполнила студентка

4 курса, 404003 группы

Значкова Екатерина

Владимировна

____________________

Научный руководитель

д. х.н., профессор

____________________

Допустить к защите Работа защищена

Зав. кафедрой «___» __________ 2009 г.

д. х.н., профессор Оценка ______________

Лобачев ИАК

___________________ д. х.н., профессор

«___» _________ 2009г.

_____________________

Самара 2009

СОДЕРЖАНИЕ

1.  Введение 3

2.  Обзор литературы 6

2.1.  Аппаратурное оформление атомно-абсорбционной спектрометрии 6

2.2.  Метрологические характеристики и аналитические возможности метода атомно-абсорбционной спектрометрии 10

3.  Экспериментальная часть 12

3.1.  Реагенты и оборудование 12

3.2.  Методика эксперимента 14

3.2.1.  Приготовление растворов 14

3.2.2.  Градуировка оборудования 15

3.2.3.  Подготовка проб почвы и проведение анализа 19

3.2.4.  Расчет содержания меди, свинца в почвах и

характеристика точности анализа 24

4.  Результаты и их обсуждения 25

5.  Заключение 27

6.  Список использованных источников 28 Приложение 31

1.  ВВЕДЕНИЕ

Почва представляет собой сложный, многофункциональный блок биосферы, образованный процессами геологического и биологического круговорота. Проблема загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами (ТМ) в настоящее время приобретает все большую актуальность в связи с резким ухудшением состояния природной среды и негативным воздействием на здоровье людей.

Анализ почв на содержание тяжелых металлов является важной аналитической задачей для контроля загрязнения природной среды, для оценки качества сельскохозяйственной продукции, диагностики питания растений.
В настоящее время наиболее широко для анализа почв на содержание тяжелых металлов используются спектральные методы анализа: атомно-абсорбционный в двух вариантах - пламенной (ПААС) [1,2] и электротермический с графитовой печью (ЭТААС с ГП), в котором источником атомизации являются, соответственно, пламя и графитовая печь; атомно-эмиссионный и рентгено-флуоресцентный методы.

Метод атомно-абсорбционного спектрального анализа отли­чается высокой абсолютной и относительной чувствительностью. Метод позволяет с большой точностью определять в растворах около восьмидесяти элементов в малых концентрациях, поэтому он широко применяется в биологии, медицине (для анализа органических жидкостей), в геологии, почвоведении (для опре­деления микроэлементов в почвах) и других областях науки, а также в металлургии для исследований и контроля технологи­ческих процессов.

Так, метод атомно-абсорбционного анализа активно используют в наше время для определения содержания тяжелых металлов в почве.

Тяжелые металлы — это элементы периодической системы с относительной молекулярной массой больше 40. Так сложилось, что термины "тяжелые металлы" и "токсичные металлы" стали синонимами. На сегодняшний день безоговорочно к числу токсичных относят: кадмий, ртуть, свинец, сурьму. Деятельность значительной части остальных металлов в живых организмах можно оценить только на "отлично". Действительно, металлы в ионной форме входят в состав витаминов, гормонов, регулируют активность ферментов. Установлено, что для белкового, углеводного и жирового обмена веществ необходимы: Mo, Fe, V, Co, W, B, Mn, Zn; в синтезе белков участвуют: Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co; в кроветворении — Co, Cu, Mn, Ni, Zn; в дыхании — Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co. Справедливо утверждение о том, что нет вредных веществ, есть вредные концентрации. Поэтому ионы меди, кобальта или даже хрома, если их содержание в живом организме не превышает естественного, можно именовать микроэлементами, если же они генеалогически связаны с заводской трубой, то это уже тяжелые металлы.

Специалистами по охране окружающей среды выделена приоритетная группа наиболее опасных для здоровья человека и животных тяжелых металлов — Cd, Hg, Pb, Cu, As, Ni, Zn, Cr. Контроль за их содержанием в природных объектах организационно и методически считают одной из самых сложных химико-аналитических процедур в области количественного химического анализа. Связано это, во-первых, с чрезвычайно низкими концентрациями определяемых элементов в объектах окружающей среды (10–7*10–3 %, 0.001-1 мкг/дм3), во-вторых, с многообразием химического состава (матрице) анализируемых объектов.

По степени опасности химические элементы подразделяются на три класса [3]:

1 – вещества высокоопасные;

2 – вещества умеренноопасные;

3 – вещества малоопасные.

Отнесение химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов, к классам опасности изложено в приложении 1.

Целью работы является рассмотрение атомно-абсорбционного спектрального анализа в определении содержания тяжелых металлов, а именно валового количества свинца и меди в почвах разных районов Самарской области, так как они относятся к группе наиболее опасных веществ для здоровья человека и животных.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Аппаратурное оформление атомно-абсорбционной спектрометрии

Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) основана на поглощении излучения оптического диапазона невозбужденными свободными атомами. Таким образом, в ААС необходима предва­рительная атомизация пробы. Аналитический сигнал в ААС формируют невозбужденные атомы. Величина оптической плотности атомного пара (А) в соответствии с основным законом светопоглощения пропорциональна концентрации погло­щающих частиц (сат. ) - атомов определяемого элемента в атомизаторе:

А = kатlcат

где kат. - коэффициент поглощения света свободными атомами;

l - длина оптического пути (толщина слоя атомного пара).

При постоянных условиях атомизации и заданном режиме работы прибора концентрация атомов в атомизаторе сат. прямо пропорциональна концентрации определяемого элемента в пробе (с). Таким образом, мож­но записать:

А = klc (1)

где k - коэффициент, включающий в себя как собственно коэффициент поглощения kат., так и коэффициент перехода от сат. к с. Коэффициент пропорциональности k является сугубо эмпирической величиной, которая зависит от условий анализа и находится опытным пу­тем (градуировка) [4].

Роль атомизатора в ААС состоит переводе пробы в атомарное состояние. Поэтому рабо­чий диапазон температур в ААС (около 800-30000С). Основные типы источников атомизации, применяемые в ААС, - это пламена и элекротермические (непламенные) атомизаторы.

Пламя. Пламенный атомизатор для ААС представ­ляет собой различные варианты ще­левых горелок, в которых пламя имеет форму вытянутой узкой щели. Тем самым обеспечивается большая длина оптического пути и, в соответствии с уравнением (1), увеличение аналитического сигнала.

В ААС наиболее распространены следующие составы горючих сме­сей: светильный газ - воздух (1500-1800 0С); ацетилен - воздух (2200-2300 0С); ацетилен - закись азота (2700-2950 0С).

Важнейшее достоинство пламенных атомизаторов – высокая ста­бильность режима работы. Основной недостаток – низкая эффектив­ность атомизации, связанная с тем, что проба подается в атомизатор в виде раствора с большой скоростью и, таким образом, находится в усло­виях высокой температуры весьма малое время [5].

Электротермические атомизаторы. Способ электротермической атомизации (ЭТА) в ААС изобретен (1959-1960) [6] и в дальнейшем неоднократно совершенствовался. В настоящее время наи­более распространенной конструкцией электротермических атомизаторов является небольшая трубка (длина несколько сантиметров, внутренний диаметр до 1 см), обычно графитовая, нагреваемая электрическим током большой силы. В верхней части трубки имеется небольшое отверстие для ввода пробы. Жидкие пробы вводят микрошприцем, воз­можен анализ и твердых проб. Для предотвращения быстрого выгорания графита атомизатор помещают в атмосферу инертного газа - обычно аргона высокой чистоты.

Электротермическая атомизация имеет много преимуществ перед пламенной. Главное из них - значительное повышение чувствительности определения вследствие увеличения эффективности атомизации.

В ААС имеется наличие в приборе источников внешнего излучения. Главное требо­вание, предъявляемое к ним, - высокая степень монохроматичности излучения, обусловленная узкополосной структурой атомных спектров поглощения (ширина линий порядка 10-3-10-2 нм).

В настоящее время в ААС в качестве источников излучения наи­большее распространение получили разрядные лампы – лампы с полым катодом и безэлектродные разрядные лампы. Они являются источника­ми линейчатых спектров.

Лампа с полым катодом представляет собой стеклянный или кварцевый баллон, заполненный инертным газом под низким давлени­ем, внутри которого находятся два электрода – катод и анод. Катод име­ет форму чаши и изготовляются из чистого металла. При подаче напря­жения на электроды возникает тлеющий разряд с образованием положи­тельных ионов газа-наполнителя. Последние бомбардируют катод, выби­вая атомы металла в газовую фазу. Там эти атомы возбуждаются и ис­пускают излучение, характерное для свободных атомов соответствующего элемента. Таким образом, спектр излучения лампы с полым катодом ­это атомный спектр материала катода (плюс линии, испускаемые возбу­жденными ионами газа-наполнителя). Из него с помощью обычного ди­фракционного монохроматора можно выделить одну (обычно наиболее интенсивную) линию и использовать ее для атомно-абсорбционного оп­ределения соответствующего элемента.

Безэлектродные разрядные лампы также представляют газоразряд­ные источники излучение. В такой лампе содержится небольшое количе­ство чистого вещества (или его летучего легкодиссоциирующего соеди­нения), которое переводится в атомный пар и возбуждается под действи­ем микроволнового поля. Безэлектродные разрядные лампы изготовляют главным образом для определения неметаллов (As, Se, Те, Р) и летучих металлов (Hg, Rb, Cs).