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.