Диссертация (1150294), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Не имея фонового раствора нельзя построить градуировочнуюзависимость в абсолютных концентрациях. В литературе предложен рядметодов, предназначенных для уменьшения количества Н2О2 в воде:нагревание со щелочью, выстаивание пробы в темноте в течение несколькихнедель или введение в пробу каталазы, при этом достаточно выстаиванияпробы в темноте всего сутки [173] или пропускание через колонку с MnO2,привитом на Amberlite XAD-7 [46]. По данным авторов эти методы также неприводят к полному удалению Н2О2.
В связи с этим разработка новых139подходов в области автоматического определения Н2О2 при экологическомконтроле водных объектов остается актуальной задачей на сегодняшний день.В условиях когда построить градуировочный график в абсолютныхконцентрациях традиционным способом не представляется возможным, былрассмотрен вариант определения концентрации Н2О2 в воде методом добавок,однако данный метод слишком продолжителен для применения в случаеэкспрессного контроля водных объектов и не учитывает содержание аналитав растворах реагентов.
Для определения концентрации Н2О2 в природной воденами был разработан способ, сочетающий методы добавок и градуировочногографика и учитывающий как неизвестное содержание Н2О2 в растворахреагентов и неизвестное начальное содержание Н2О2 в исследуемой пробеводы. Предложенный способ является универсальным и может бытьприменен и в другом аналогичном случае, когда аналит является системнымзагрязнителем.Для определения Н2О2 в проточно-инжекционном режиме нами былавыбрана наиболее чувствительная реакция окисления 5-амино-2,3-дигидро1,4-фталазиндиона (люминол) пероксидом водорода, катализируемая ионамиCo (II) (люминол-Co(II)-Н2О2).
Подробно механизм реакции рассмотрен вработах [190, 191].В реакции люминол-Co(II)-Н2О2 интенсивность хемилюминесценциизависит от рН среды. Авторы ПИ методик определения Н2О2 работали вблизких значениях рН 10,15 – 11,2 [46, 47, 60, 77, 182]. Авторы работы [190],занимаясь изучением механизма реакции Люминол-Со(II)-Н2О2, наблюдалимаксимальную хемилюминесценцию при рН 10,8 – 10,9.
При уменьшении илиувеличении рН аналитический сигнал резко уменьшался. Авторы этообъясняли тем, что при значениях рН более 10,9 или менее 10,8 концентрациякомплексаCo(II)-HO2-,непосредственновступающеговреакциюлюминолом (Lum), уменьшается.Co(II)-HO2- + H2OLum- → Co(III)-3OH- + Lum*-; Lum*- + HO2- → Light.с140УменьшениеконцентрацииCo(II)-HO2-происходитпоследующиммеханизмам:Co(II)-HO2- + H+ → Co(II) + H2O2;Co(II)-HO2- + OH- → Co(II)-OH+ + HO2-.Авторы [182] работали при рН 10,6, т.к.
в этих условиях наблюдалилучшую воспроизводимость хемилюминесцентных сигналов, но сообщают одвух максимумах хемилюминесценции. Первый максимум наблюдался прирН 10,6, при дальнейшем увеличении рН до 10,9 наблюдали уменьшениеинтенсивности хемилюминесценции и затем при рН 11,1 наблюдали второймаксимум, превосходящий по интенсивности первый примерно в 1,7 раза. Вработе [190] авторы сообщают о возможном смещении максимумаинтенсивности хемилюминесценции в более щелочную область, напримерпри введении в раствор цитрата, который связывает Со (II) в комплекс. Приэтом, разрушение комплекса с цитратом и образование комплекса Co(II)-HO2происходит только в более щелочной среде, при рН 12,0.
Существует разныйподход в приготовлении растворов реагентов, так в работе [190] растворылюминола, Со (II) и Н2О2 хранятся раздельно и смешиваются тольконепосредственно перед измерением, а в работе [182] авторы применяютсмешанный раствор люминола с Со (II). В работе [47] авторы сообщают, чтосмешанныйрастворлюминоласСo(II)позволяетсбольшейчувствительностью определять Н2О2, если раствор использовать через деньпосле приготовления.Некоторые из присутствующих в природных водах растворенныхорганических и неорганических веществ в щелочной среде участвуют вкаталитическомразложенияН2О2,другиевзаимодействуютспромежуточными активными частицами или катализатором и, таким образом,изменяют кинетические характеристики реакции [168].
Высокая скоростьреакции люминола в присутствии Co (II) позволяет минимизировать их141влияние, а также избежать мешающего влияния других более замедленныхвидов излучения РОВ – фосфоресценции и биолюминесценции.6.3 Методика определения Н2О2 в природной воде методом ПИАВ большинстве работ проточно-инжекционного определения Н2О2использована стандартная гидравлическая схема, в которой в кюветухемилюминесцентного детектора постоянно поступают растворы люминола,Co (II) и буферный раствор для поддержания благоприятного значения рН.Проба периодически инжектируется в гидравлическую систему [46, 50].В предлагаемой работе в кювету хемилюминесцентного детекторапостоянно подаются проба и щелочной раствор люминола, а через кранпопеременно поступают либо раствор кислоты, либо раствор Co (II).Буферный раствор отсутствует. В методике реализовано плавающее значениерН от кислого к щелочному и обратно. Высокая скорость каталитическойреакции дает возможность работать в условиях плавающего значения рН, аотказ от буферного раствора упрощает процедуру подготовки методики.Крометого,предлагаемаябиолюминесценцииприсхемаостановкепозволяетпотокавучестьмоментвлияниепротеканиякаталитической реакции, а также избежать образования осадков в тонкихтрубках гидравлических трасс и на стенках кюветы за счет преобладаниякислой среды.
Гидравлическая схема для определения Н2О2 в воде методомпроточно-инжекционного анализа представлена на рисунке 57.Рисунок 57. Гидравлическая схема для определения Н2О2 в природной воде.а – фоновый раствор; б – раствор Co (II); в – проба; г – раствор люминола.142Кран имеет два положения. В первом положении через кран поступаетфоновый раствор (1 М HCl) и смешивается с пробой. Смесь растворовпоступает в проточный термостат (30 ºС), после которого перед самойкюветой хемилюминесцентного детектора смешивается со щелочным (0,5 МNaOH) раствором люминола.
Кислая среда является неблагоприятной дляреакции окисления люминола Н2О2, и в отсутствии хемилюминесценциилюминола определяется фоновое свечение РОВ. Во втором положении кранав гидравлическую систему поступает раствор Co (II) и смешивается с пробой.Раствор пробы с Co (II) проходит через термостат, смешивается с растворомлюминола и поступает в кювету детектора. При отсутствии HCl за счетщелочного раствора люминола, в кювете детектора изменяется рН с кислогона щелочной. При достижении благоприятного значения рН, интенсивнопротекает реакция окисления люминола Н2О2, катализируемая ионами Co (II),с испусканием кванта энергии, регистрируемого хемилюминесцентнымдетектором.
Разница между уровнем фонового сигнала и сигналом,полученным в результате реакции, принимается в качестве аналитическогосигнала. Поскольку величина аналитического сигнала при постоянныхконцентрацияхпрочихконцентрацииН2О2,реагентовэтоимеетпозволяетсимбатнуюзависимостьотметодикудляиспользоватьколичественного определения Н2О2.Методикареализовананаанализаторепроточно-инжекционном,оснащенном флюорометрическим детектором и шестиходовым соленоиднымкраном(Cole-Parmer,США).Вдетектореиспользовалистекляннуюпроточную кювету, одновременно выполняющую роль реакционной ячейки.Диаметр кюветы – 14 мм, высота – 20 мм. В детекторе использовалисветофильтр, пропускающий свет с длиной волны 450 нм.
Растворы в кюветупоступали по силиконовым шлангам с внутренним диаметром 1 мм снизу ивытекаличерезверх.Наперистальтическомнасосесиликоновые шланги с внутренними диаметрами 0,5 – 3 мм.использовали143В качестве растворов реагентов использовали: 1,8·10-5 М раствор Co (II)в 10-3 М H2SO4 и 5,7·10-4 М раствор люминола в 0,5 М NaOH.
Фоновыйраствор – 1 М HCl. Концентрации реагентов выбраны в соответствии сисследованиями, проведенными авторами [77]. Концентрация люминолавыбрана в соответствии с областью оптимальных значений концентраций,концентрация Со (II) относительно предлагаемых оптимальных значенийуменьшена в 3 раза (с 50 до 18 мкМ) в связи с необходимостью увеличенияверхней границы диапазона измеряемых концентраций. Температура вдиапазоне 20 – 50 ºС не оказывает заметного влияния на скорость протеканияреакции.В ряде работ рекомендуется использовать раствор люминола через 24 чпосле приготовлениявследствиесильногоувеличенияинтенсивностихемилюминесценции в первые часы после приготовления, однако изменениеактивностирастворалюминолаболееподробнонеисследовано.Исследование устойчивости растворов люминола и Co (II) выявилоследующие закономерности.
Активность люминола в первые несколько часовпослеприготовлениядостигнувмаксимумаегоонарастворасущественноснижаетсясвозрастает.каждымднем,Однако,поэтомуградуировочный график рекомендуется корректировать несколько раз в день.На рисунке 58 представлена зависимость активности раствора люминола.Активность раствора люминола проверяли, использую каждый разсвежие растворы Со (II) и Н2О2 по реакции окисления люминола Н2О2 вприсутствии Со (II). По полученным данным рекомендуется использоватьраствор люминола на следующий день после приготовления не более 7 дней,так как через 7 дней активность люминола снижается вдвое.
В течение днянеобходимо каждые 2-3 часа корректировать градуировочный график.Раствор Со (II) в течение 14 дней был устойчив. На рисунке 59представлена зависимость активности раствора Со (II).144I, ВРисунок 58. Изменение активности раствора люминола в течение 14 дней.1,210,8без добавки пероксидас добавкой 10 мкг/л0,60,40,2001234567891011121314Количество днейРисунок 59. Изменение активности раствора Co (II) в течение 14 дней.Нарисунке60представленснимоканалитическихсигналов,полученных во время построения градуировочного графика в результатереакции окисления люминола Н2О2.145Рисунок 60. Аналитические сигналы, полученные в результате реакцииокисления люминола Н2О2 в присутствии ионов Co (II) при добавках Н2О2 сконцентрациями 5, 10 и 20 мкг/л.6.4 Алгоритм расчета концентрации Н2О2Расчет концентрации Н2О2 в воде по методу градуировочного графиказатруднителен в связи с присутствием Н2О2 во всех водных растворах.
Влитературе предложен ряд методов, предназначенных для уменьшенияконцентрации Н2О2 в воде, таких как термостатирование пробы со щелочью,выстаивание в темноте в течение нескольких недель или одних суток привведение в пробу каталазы [173]. Низкие содержания Н2О2 наиболееэффективно удаляют пропусканием воды через колонку с MnO2, привитым наAmberlite XAD-7 [46], но тоже не полностью.В настоящей работе рассмотрен способ определения концентрации Н2О2по методу градуировочного графика, при этом неизвестную концентрациюН2О2 определяют расчетным путем по методу добавок. Градуировочныйграфикстроятвобластилинейнойзависимостиинтенсивностихемилюминесценции I от концентрации Н2О2 С. В программе управленияанализатором в таблицу «Градуировочная характеристика» вносят значениядобавок Н2О2 0, Д1, Д2 и Д3 и соответствующие им измеренные значения146интенсивностей I.
Программа строит градуировочный график и по уравнениюпрямой рассчитывает неизвестное содержание Н2О2 в пробе воды.6.4.1 Учет мешающего вклада Н2О2, содержащегося в растворахреагентовИнтенсивность хемилюминесценции I, В, измеряемая в кюветедетектора, зависит от концентрации Н2О2 – С, мкг/л, содержащегося как впробе, так и в растворах реагентов. В связи с тем, что все растворы реагентовготовят с использованием деионизованной воды, то концентрация Н2О2 вовсех растворах реагентов будет одинакова. В случае, если в качестве пробытакже использовать деионизованную воду, то концентрация Н2О2 во всехрастворах будет одинакова, равная концентрации Н2О2 в деионизованной воде– С0. Таким образом, по уравнению прямой, полученному при построенииградуировочного графика с использованием всех растворов, приготовленныхна деионизованной воде, программа управления анализатором по методудобавок рассчитывает С0.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
