«УДК 543.25 Б.Я. Брянский, Н.Н. Белоножко МНОГОМЕРНЫЕ ГРАДУИРОВОЧНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ В ИНВЕРСИОННОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ Определены содержания ионов Zn (II), ...»

ХИМИЯ

Вестн. Ом. ун-та. 2014. № 2. С. 94–97 .

УДК 543.25

Б.Я. Брянский, Н.Н. Белоножко

МНОГОМЕРНЫЕ ГРАДУИРОВОЧНЫЕ

ЗАВИСИМОСТИ В ИНВЕРСИОННОЙ

ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Определены содержания ионов Zn (II), Cd (II), Pb (II) и Sn (II) в имитатах омской водопроводной воды на основе многомерных градуировочных зависимостей «пиковые инверсионные токи металлов (IMe) – концентрации ионов (CMe)» с использованием компьютеризованного вольтамперометрического анализатора ТА-4. На основе полученных уравнений регрессии и итерационных алгоритмов рассчитаны концентрации ионов металлов в серии дополнительно приготовленных имитатов водопроводной воды с относительными погрешностями, не превышающими 6 % (Zn), 5 % (Cd), 13 % (Pb), 12 % (Cu). Предложены критерии для оценки эффективности очистки омской водопроводной воды от ионов ЭМе, в которых ЭМе равно отношениям IMe и CMe до и после фильтрования воды, причём CMe рассчитываются на основе многомерных градуировочных зависимостей, полученных для имитатов водопроводной воды .

Ключевые слова: инверсионная вольтамперометрия, тяжёлые металлы, многомерные градуировочные зависимости .

Тяжёлые металлы (ТМ), к которым относятся цинк, кадмий, свинец и медь, являются приоритетными загрязнителями питьевой воды [1]. Предельно допустимые концентрации (ПДК) катионов этих металлов для питьевых вод, мг/л: 5,0 (Zn); 0,001 (Cd); 0,03 (Pb); 1,0 (Cu) [2] . Для определения ТМ в водных средах широко используются электрохимические методы анализа, среди которых важную роль играет инверсионная вольтамперометрия (ИВ) [3–7]. В этом электрохимическом методе ионы ТМ при определённом потенциале накопления восстанавливаются на рабочем электроде, образуя амальгаму или плёнку на его поверхности. При этом происходит концентрирование ТМ в амальгаме или плёнке. Затем при обратном (анодном) процессе металл окисляется, и его ионы переходят в раствор. Поскольку металл в амальгаме или плёнке находится в существенно большей концентрации, чем первоначально в растворе, то чувствительность определения возрастает во много раз .

Одним из современных приборов, основанным на методе ИВ, является компьютеризованный вольтамперометрический анализатор ТА-4 («Томьаналит») [8], позволяющий определять ТМ на уровне 0,1 ПДК и ниже. В этом анализаторе рабочим электродом служит ртутный плёночный электрод (РПЭ), в котором плёнка ртути электролитически осаждена на серебряную проволоку. Использование РПЭ позволяет снизить предел обнаружения, увеличить разрешающую способность. В качестве электрода сравнения используется хлорсеребряный электрод (ХСЭ) – спираль из серебряной проволоки, покрытой хлоридом серебра. Проволока помещена в корпус с полупроницаемой пробкой, заполненный раствором хлорида калия. Для поляризации РПЭ используется ХСЭ. Анализатор включает: 1) три электрохимические ячейки для одновременного анализа трёх проб в условиях повторяемости; 2) два источника УФ-излучения для обескислороживания раствора, что позволяет проводить определение ТМ в питьевых и природных водах (рН 4) без предварительной подготовки проб, уменьшить время измерений, снизить расход реактивов, увеличить чувствительность определения ТМ. В анализаторе применяется стабилизируемый вибрационный способ перемешивания анализируемого раствора, что улучшает повторяемость и повышает чувствительность измерений. С © Б.Я. Брянский, Н.Н. Белоножко, 2014 Многомерные градуировочные зависимости в инверсионной вольтамперометрии... 95 (Cmax, мкг/мл), оценивали, полагая, что IMe не помощью программного обеспечения VALabTx для анализатора ТА-4 можно: а) автоматиче- должен превышать 3,5–4,0 мкА, но быть ски выделить до девяти аналитических сиг- больше на порядок фонового тока 0,2 мкА .

налов; б) провести идентификацию сигна- За центр плана были выбраны растворы с лов; в) автоматически исключить невоспро- добавками 200 мкл ионов каждого металла .

изводимые сигналы; г) масштабировать сиг- Интервал варьирования – 40 мкл. Соответналы; д) определить величины сигналов. Всё ственно, нижний уровень – 160 мкл, верхэто существенно ускоряет процедуру анали- ний – 240 мкл. Готовили 16 смесей в соотза, исключает субъективизм при оценке ре- ветствии с матрицей ПФЭ 24 и измеряли IMe зультатов анализа и, как следствие, повы- всех металлов .

шает производительность, надёжность, точность и достоверность измерений .

В настоящей работе показана возможность определения концентраций Zn, Cd, Pb и Cu в имитатах водопроводной воды (ВВ) г. Омска с использованием ТА-4 на основе многомерных градуировочных зависимостей «пиковые инверсионные токи ТМ (IMe) – концентрации ионов ТМ (CMe)». Показаны также некоторые возможности использования полученных в работе результатов для контроля очистки ВВ от ТМ .

Методика эксперимента Приборы: компьютеризованный вольтамперометрический анализатор ТА-4 .

Реактивы: государственные стандартные образцы (ГСО): 7256-96 (Zn(II)); 7252Pb (II)); 7255-96 (Cu(II)); 7472-98 (Cd(II)), бидистиллированная вода (БДВ), муравьиная кислота (азеотроп с водой: 77,4 % М), азотная кислота ОСЧ 18-4, 1,0 М раствор KCl, ртуть полярографическая. Для приготовления имитатов ВВ использовали мерные колбы на 50 см3, пипетки (1,0; 2,0; 5,0; 10,0 см3). Растворы готовили, разбавляя ГСО БДВ в колбах на 50 см3. Добавки растворов ионов ТМ готовили из ГСО последовательным разбавлением до концентрации 1 мкг/мл. Подготовка электродов и анализ проб проводился по методике, описанной в руководстве к анализатору.