Спосіб виготовлення індикатора для виявлення та напівкількісного визначення суми важких металів у воді

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их химических или физических свойств, в частности к качественному и полуколичественному определению ионов тяжелых металлов в воде. Известен способ получения индикатора для полуколичественного определения суммы тяжелых металлов в водных растворах, включающий обработку подложки индикаторным реагентом - дитизоном или дитиооксамидом, буферным веществом - солями слабых кислот (сода, ацетат натрия), пленкообразующим реагентом - желатином, выполняющим защитную функцию, и стабилизатором - тиомочевиной. Для изготовления индикатора 50 мг ди-тизона и 1 г тиомочевины (стабилизатор) растворяют в 50 мл спирта и смешивают с раствором 8 г соды и 2 г желатина (пленко-образователь) в 50 мл воды. Полученным раствором пропитывают фильтровальную бумагу и высушивают при 80°С. Бумагу разрезают на квадраты размером 6x6 мм. Для проведения анализа на индикатор наносят каплю воды или анализируемого раствора и сравнивают окраску индикатора с заранее изготовленной цветной шкалой. Полученная индикаторная бумага дает цветные реакции с ионами ряда металлов и позволяет определять до 0,5 мкг цинка, 1 мкг кадмия и кобальта, 2 мкг свинца, 5 мкг серебра, ртути, таллия и меди, 10 мкг никеля. Недостатком описанного способа получения индикатора является использование в качестве индикаторного реагента дитизо-на. Индикатор, содержащий дитизон, характеризуется невысокой чувствительностью к металлоионам, а также необходимостью введения в состав индикатора защитных средств (пленкообразователя и стабилизатора) для повышения устойчивости дитизона, что усложняет процесс изготовления индикатора. Задачей изобретения является разработка способа изготовления индикатора для обнаружения и полуколичественного определения тяжелых металлов в воде, в котором за счет изменения состава органического реагента и операций в процессе изготовления индикатора достигается снижение пределов обнаружения металлоионов и упрощение процесса изготовления указанного индикатора. Решение указанной задачи достигается тем, что в способе изготовления индикатора для обнаружения и полуколичественного определения тяжелых металлов в воде, предусматривающем обработку пористой бумажной подложки органическим реагентом и сушку, согласно изобретению, в качестве органического реагента используют 0,01 — 0,1%-ный раствор 1-(2-пиридилазо)-2-наф-тола в ацетоне, причем перед обработкой органическим реагентом подложку пропитывают 0,19-3,8 %-ным раствором буры и сушат. Оказалось, что использование ПАН в качестве индикатора на ионы тяжелых металлов позволяет значительно снизить пределы их обнаружения, т.к. в слабо щелочной среде многие ионы тяжелых металлов образуют с этим индикатором ярко окрашенные комплексные соединения, в основном красного цвета. При низкой концентрации ПАН в растворе - 0,001 % значительно снижается предел обнаружения суммы тяжелых металлов. При увеличении концентрации ПАН до 0,002-0,005% чувствительность индикатора повышается, при этом, однако, отмечается недостаток реагента при определении больших количеств суммы тяжелых металлов. Оптимальной является концентрация ПАН в растворе 0,01-0,1%. При дальнейшем повышении концентрации ПАН увеличивается интенсивность желтой окраски индикаторной бумаги, вследствие чего уменьшается контрастность цветной реакции ПАН с ионами металлов и поэтому снижается чувствительность к ионам металлов (табл. 1). Использование буры в качестве буферного вещества позволяет создать наиболее благоприятную величину рН для определения большинства ионов металлов. При уменьшении концентрации буры до 0,038% снижается чувствительность индикатора к ионам металлов из-за малой буферной емкости индикаторной бумаги. В пределах концентрации буры 0,19-3,8% и более, вплоть до насыщения раствора бурой, чувствительность индикатора максимальная. Однако применение насыщенного раствора буры ухудшает свойства индикаторной бумаги, так как делает ее хрупкой. Пример 1. Для определения суммы тяжелых металлов приготавливают 0,19%-ный раствор буры. Этим раствором пропитывают носитель и высушивают. В качестве носителя используют фильтровальную бумагу. После высушивания фильтровальную бумагу пропитывают 0,05%-ным раствором 1-(2-пири-дилазо)-2-нафтола в ацетоне и снова высушивают. Полученную широкую полосу индикаторной бумаги разрезают на индикаторные полоски длиной 2,5-3 и шириной 1,2-1,5 см. Для установления пределов обнаружения каждого из элементов (железа, кобальта, цинка, марганца, меди, никеля, кадмия и свинца) на полоски индикаторной бумаги наносили по 0,03 мл раствора соответствующего иона металла с концентрациями 0,2-10,0 мг/л. При этом на индикаторной бумаге образуются пятна красного цвета, интенсивность окраски которых зависит от концентрации металлоиона. Концентрацию металлоиона в анализируемой пробе определяют с помощью заранее изготовленной цветной шкалы. Для приготовления цветной шкалы на индикаторную бумагу наносят по одной капле раствора, содержащего известное количество металлоиона. Результаты представлены в таблице 2. Минимальная концентрация раствора иона металла, которую можно обнаружить в капле объемом 0,03 мл с ошибкой около 30%, для цинка, кадмия, меди, никеля, кобальта, марганца составляет 0,2 мг/л, для железа 0,4 мг/л, для свинца 2 мг/л. Для определения предела обнаружения суммы тяжелых металлов поступали аналогичным образом, используя основной стандартный раствор суммы металлов, приготовленный по ГОСТ 24902-81 на воду хозяйственно-питьевого назначения из смеси солей цинка, меди и свинца в молярных отношениях 3 : 1 : 1. В таблице 3 представлены результаты определения суммы металлов капельным методом с использованием индикаторной бумаги. Предел обнаружения суммы металлов составляет 2 · 10 моль/л. Ошибка определения составляет в среднем около 30%. Определение суммы тяжелых металлов в воде. Пример 2. На индикаторную бумагу, полученную, как описано в примере 1, наносят каплю анализируемой воды (объемом - 0,03 мл) с помощью микропипетки и сравнивают полученную окраску круглого пятна (малиновую на желто-оранжевом фоне) с окраской пятен, полученных при нанесении на индикаторную бумагу стандартных растворов суммы металлов или с заранее приготовленной цветной шкалой. Этот способ приготовления индикаторной бумаги позволяет быстро и просто оценить содержание суммы тяжелых металлов в воде с пределом обнаружения 2 · 10 моль/л. Пример 3. С целью повышения чувствительности определения суммы тяжелых металлов в питьевой воде с помощью индикатора ПАН использовали устройство для концентрирования, аналогичное патрону для отбора проб воздуха. Для этого полосы фильтровальной бумаги пропитывают 0,05%-ным раствором ПАН в ацетоне и высушивают. Из этой бумаги изготавливают фильтры диаметром 15 мм, которые вкладывают в патрон из тетрафторполиэтилена. Через патрон с фильтром пропускают 25 мл анализируемой воды, в которой растворен 0,1 г буры. Интенсивность окраски фильтра сравнивают с интенсивностью окраски фильтров, через которые пропущен такой же объем стандартных растворов суммы тяжелых металлов с концентрациями 1 · 107 - 1,5 · 10 моль/л. Использование патрона для концентрирования позволяет снизить предел обнаружения суммы тяжелых металлов с 2 * 10-6 до 1 · 10-6 моль/л. Результаты определения концентрации растворов суммы металлов индикаторным методом после концентрирования приведены в таблице 4. Пример 4. Для выяснения срока годности предлагаемой индикаторной бумаги наносили капли стандартных растворов суммы металлов на бумагу, хранившуюся 3 месяца, полгода и год. Во всех случаях возникала идентичная окраска. Таким образом, срок годности индикаторной бумаги составляет не менее года, при этом предел обнаружения суммы тяжелых металлов не изменяется. Сравнение пределов обнаружения и определения ионов металлов с применением индикаторов, изготовленных по способу, описанному в прототипе, и по предлагаемому способу, показывает значительное преимущество предлагаемого индикатора для обнаружения металлов (табл. 5), который по чувствительности в 2,5-50 раз превосходит индикатор, полученный по способу-прототипу, кроме того органический реагент в заявляемом способе значительно устойчивее, чем реагент в способе-прототипе. Заявляемый способ найдет широкое использование для получения индикатора для определения качества воды в бытовых и полевых условиях. С помощью индикатора для определения тяжелых металлов, описанного в прототипе, можно провести лишь качественное сравнение с предлагаемым Способом. Для количественной оценки содержания металлоионов в водопроводной и сточной водах проведено сравнение результатов, полученных по предлагаемому способу, с данными количественного экстракционнофотометрического метода. Как видно из табл. 6, индикатор, полученный по заявляемому способу, позволяет достоверно судить о содержании металлоионов в анализируемой воде, характеризуется экспрессностью, не требует специальной аппаратуры для проведения анализа и высокой квалификации персонала.