Реферат: Современные способы пробоподготовки для спектральных методов анализа экологических образцов

СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПРОБОПОДГОТОВКИ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ

Васильева Л.А., к.х.н Гринштейн И.Л.,

ООО «Аналит», (812) 325-55-02, grin@analit-spb.ru


В случае спектральных методов таких, как атомно-абсорбционный анализ (ААА), атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), оборудование которых, в основном, рассчитано на измерение жидких образцов, пробоподготовка необходима для того, чтобы перевести определяемые элементы в раствор.

Чаще всего для этих целей используют кислотное разложение, причем разложения проводят индивидуальными кислотами или смесью кислот. Традиционно разложение проводят в открытых или закрытых часовым стеклом химических стаканах, нагреваемых на электроплитах или другом подобного рода нагревательном оборудовании. В тех случаях, когда возможны потери определяемых элементов, разложение проводят в колбах с обратным холодильником.

Современное обеспечение аналитических лабораторий предлагает использовать для этих целей различные микроволновые системы. Использование микроволнового разложения позволяет увеличить эффективность разложения, сократить время разложения и уменьшить расход реактивов.

Микроволновые системы могут быть открытого и закрытого типа. Достоинства печей открытого типа в том, что можно разлагать пробы большей массы, а также пробы с повышенным содержанием органических веществ. В печах закрытого типа разложение проводится при повышенном давлении, что позволяет избежать потерь легколетучих элементов. Наиболее известные производители микроволновых печей для химического разложения: SEM corporation, Milesnone, Anton Paar.

Микроволновое разложение проводят в сосудах, изготовленных из фторсодержащих полимеров, реже из кварца. При этом максимальная температура нагрева составляет 200 – 300 ºС, максимальное давление – до 100 атм (1500 psi) в зависимости от производителя и конкретной модели микроволновой печи. Как правило, один из сосудов, в которых проводят разложение, оснащен датчиками контроля температуры и давления. Часто для контроля температуры во всех сосудах используют инфракрасный датчик. В наиболее продвинутых моделях фирмы Anton Paar, контролируют давление во всех сосудах. Основные технические характеристики некоторых закрытых микроволновых систем для разложения проб приведены в таблице 1.

^ Таблица 1 Основные характеристики микроволновых систем для разложения проб

^ Фирма производитель

SEM corporation

Anton Paar

SINEO

Название системы

MARSXpress, MARS-5

Multiwave 3000

MDS-6

Типы сосудов

Xpress, HP-500 Plus, XP-1500 Plus

MF50, MF100, HF100, XF100, QX80

SG-70, DV-600

Максимальная температура, ºС

260 - 300

200 - 300

250

Контроль температуры

- 2 ИК датчика во всех сосудах,

- Датчик RTP-300 Plus в одном сосуде,

- Система Duo Temp для всех сосудов

- Погружной датчик в одном сосуде

- Дистанционный ИК контроль

Датчик в одном сосуде

Максимальное давление, psi (атм)

500 (33), 1500 (100)

290 (20) - 1160 (80)- контролируемое датчиком,

- 435 (30) - 1740 (120) - Разрыв диска безопасности

- 500 (33), 1500 (100) - допустимое:

- 300 (20), 750 (50) - рабочее:.

Контроль давления

- Крышка с авторегулированием,

- Датчик ESP-1500 Plus в одном сосуде

- Погружной датчик в одном сосуде,

- Во всех сосудах одновременно

Бесконтактный датчик для всех сосудов одновременно

Загрузка ротора

От 12 до 40 сосудов

От 8 до 48 сосудов




Объем сосуда, мл

100

От 50 до 100

50 или 70

Материал стакана

Фторсодержащие полимеры PFA или TFM, кварц

Фторсодержащие полимеры PFA, PTFE-TFM

Полимеры PEEK, PTFE или TFM

Особенности

- Быстрое охлаждение системы (MARSXpress)

- Возможность установки микрососудов в большой стакан для увеличения производительности

- Устойчивость к НF




Для разложения экологических образцов, в большинстве случаев, достаточно микроволновых печей простой комплектацией. В связи с этим кажется интересной модель микроволновой печи производства фирмы SINEO (Китай), которая проста по комплектации, и при этом заметно дешевле большинства микроволновых систем.

В аналитической лаборатории ООО «Аналит» сопоставили эффективность разложения различных объектов в двух микроволновых системах: MARS-5 (производитель SEM corporation) и MDS-6 (производитель SINEO, Китай). В таблице 2 представлены результаты определения элементов методом ААА в различных объектах после микроволнового разложения. По результатам этих измерений видно, что эффективность разложения образов в этих микроволновых системах сопоставима.


^ Таблица 2. Результаты определения элементов методом ААА после микроволнового разложения проб

Образец

Пробоподготовка

Элемент

Содержание

Навеска, г

V HNO3(к), мл

Мощность, Вт

Т, ºC

t, мин

МАРС-5

MDS-6

Кек

0.1

5

400 (100%)

80

5

Zn, %

2,9

2,7

6,4

6,6

Корм

0.3

5

600 (70%)


80

140

5

6

Pb, %

0,0042

0,0046

Премикс

0,25

0,25

Премикс

0,30

0,27

БАД

0.4

8

400 (100%)

180

10

Pb, %

0,00044

0,00051

Волосы

0.1

4

800 (50%)

80

10

Ca, %

0,11

0,13

Cu, %

0,00018

0,00019

Fe, %

0,0083

0,0089

K, %

0,027

0,030

Mg, %

0,015

0,017

P, %

0,017

0,018

S, %

4,3

4,5

Zn, %

0,024

0,024

Клейкая лента

0.2

5

400 (100%)

80

10

As,мг/кг

5,9

5,7

Вода сточная

15 мл

5

400 (100%)

80

10

As, мг/л

0.010

0.0098

При разложении несложных экологических образцов, микроволновые системы разложения можно заменить более простыми системами - различными электротермическими нагревателями для разложения. В качестве примера можно привести электротермические нагреватели фирмы LabTech (Италия). В таблице 3 представлены основные технические характеристики этих нагревателей.

^ Таблица 3. Технические характеристики нагревателей фирмы LabTech

Модель

Питание

Мощность, Вт

Максимальная температура, ºС

Точность

Количество (объем) сосудов

Размеры, мм

ED16

220В/50Гц

1100

210°

± 0.2°

16 (100ml)

390×380×197

ED36

220В/50Гц

2000

210°

± 0.2°

36 (50ml)

455×445×197

ED54

220В/50Гц

3000

240°

± 1°

54 (50ml)

536×398×290

EHD20

220В/50Гц

2800

450°

± 1°

20 (100ml)

408×353×290

EHD36

220В/50Гц

2800

450°

± 1°

36 (50ml)

398×398×290

В нашей лаборатории представлен нагреватель фирмы LabTech (Италия) - модель ED54. В этом нагревателе можно проводить разложение 54 образцов одновременно. Максимальная температура нагрева – 240 ºС. Точность поддержания температуры ± 1° Удобный интерфейс позволяет программировать скорость нагрева и время поддержания заданной температуры.

В таблице 4 представлены результаты определения элементов в волосах и сточной воде методом АЭС-ИСП после разложения в микроволновой печи MARSXpress и с помощью электротермического нагревателя ED54. Из таблицы видно, что эффективность разложения проб в микроволновой печи и электротермическом нагревателе сопоставима.

Таблица 4. Результаты определения элементов методом АЭС-ИСП после разложения различными способами

№

Образец

Пробоподготовка

Элемент

Содержание,

MARSXpress

ED54

MARSXpress

ED54

1

Волосы

0.1 г пробы + 4мл HNO3(к), Мощность 800 (50%) Вт, Нагрев 80 ºC 10 мин.


0,1 г пробы + 4 мл HNO3(к), Нагрев 110˚С 15 мин

Mn, мг/кг

0,47

0,48

Cu, мг/кг

5,4

5,4

Pb, мг/кг

3,5

3,1

Co, мг/кг

0,25

0,27

Ni, мг/кг

15

13

C, мг/кг r

0,34

0,38

Zn, мг/кг

65

68

2

Вода сточная

15 мл пробы + 5мл HNO3(к), Мощность 400 (100%) Вт, Нагрев 80 ºC 10 мин.

25 мл пробы + 5 мл HNO3 (к),

Нагрев 90 0С

Al, мг/л

0.024

0.028

Fe, мг/л

0,43

0,42

Mn, мг/л

0,052

0,050

Zn, мг/л

0,007

0,0074

Таким образом, для разложения экологических проб можно эффективно использовать современное оборудование различной производительности и сложности.