Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

АНАЛИЗ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА

Ябловская П.Е. 1
1 ФГАОУ ВПО «Научно-исследовательский институт прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова»
В статье приведены результаты внедрения методик М03-08-2011 иПНД Ф16.1:2:2.3:2.2.69-10 (ГК «ЛЮМЭКС») по определению водорастворимых форм катионов ианионов впочвах игрунтах. Метод капиллярного электрофореза на сегодняшний день позволяет эффективно, быстро иотносительно недорого решать задачи экологического мониторинга почв сопределением расширенного катионно-анионного состава почвенных вытяжек.
почва
грунт
водная вытяжка
катионы
анионы
капиллярный электрофорез
титриметрия
1.Комарова Н.В., Каменцев Я.С. Практическое руководство по использованию систем капиллярного электрофореза «КАПЕЛЬ».– СПб: ООО «Веда», 2006.– 212 с.
2.Полякова Е.В., Шуваева О.В., Полянская Е.М.// Аналитика иконтроль– 2005(9).– С.70-73.
3.Золотов Ю.А., Дорохова Е.Н., Фадеева В.И. и.др. Основы аналитической химии. В2 кн. Кн. 2.Методы химического анализа/ Под ред. Ю.А.Золотова. 2-е изд. – М.: Высшая школа, 2002.– C. 494.

Актуальным внастоящее время является анализ сложных объектов окружающей среды: смесей органических веществ, втом числе биологического происхождения. Традиционными методами анализа ионного состава растворов являются титриметрия, фотометрия, ионная хроматография. Внастоящее время для анализа объектов окружающей среды широкое применение получил новый экспрессный, простой инадежный метод– капиллярный электрофорез (далее КЭ). По сравнению сметодами ионной хроматографии, потенциометрии или титрования, метод капиллярного электрофореза показал свою высокую эффективность при определении ионного состава питьевых, природных источных вод. В2011 г. ГК «ЛЮМЭКС» (г. Санкт-Петербург) впрактику химического анализа введено определение ионного состава водных вытяжек почв игрунтов, пока еще не получившее широкого применения впочвенно-геохимических иагрохимических исследованиях.

Целью работы является внедрение методики определения водорастворимых форм катионов ианионов впочвах игрунтах, исравнение полученных результатов водных вытяжек почв двумя методами: титриметрии иКЭ.

Материалы иметоды исследования

В2012 году влаборатории физико-химических методов анализа НИИПЭС СВФУ им. М.К. Аммосова (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.517741) были проведены методические работы по внедрению методики М03-08-2011 «Определение массовой доли водорастворимых форм катионов аммония, калия, натрия, магния, кальция впочвах, грунтах ( втом числе тепличных), глинах, торфе, осадках сточных вод, активном иле идонных отложениях» иПНД Ф16.1:2:2.3:2.2.69-10 «Определение массовой доли водорастворимых форм неорганических иорганических анионов впочвах, грунтах ( втом числе тепличных), глинах, торфе, осадках сточных вод, активном иле идонных отложениях».Всего было проанализировано 22 пробы почв со сложным вещественным составом:

10 образцов свысоким содержанием органического вещества,

12 проб сразличным содержанием карбонатов.

Все пробы проанализированы втрех кратной повторности методом капиллярного электрофореза на «Капель–105М ЛЮМЭКС» итрадиционными вагрохимии методами: ГОСТ 26424-85 «Метод определения ионов карбоната ибикарбоната вводной вытяжке», ГОСТ 26425-85 « Методы определения иона хлорида вводной вытяжке», ГОСТ 26426-85 «Методы определения иона сульфата вводной вытяжке», ГОСТ 26427-85 «Метод определения натрия икалия вводной вытяжке», ГОСТ 26428-85 « Методы определения кальция имагния вводной вытяжке».

Для контроля правильности двумя выше названными методами проанализирован стандартный образец (СО) состава засоленной почвы САЗП-98 ОСО № 39804 (ГНУ Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Агрохимии имени Д.Н. Прянишникова.) СО предназначен для контроля погрешностей методик выполнения измерений, применяемых при определении состава почв, для контроля метрологических характеристик при проведении средств измерений.

Результаты исследования иих обсуждение

Капиллярный электрофорез– это новый высокоэффективный метод разделения ианализа компонентов сложных смесей. Воснове капиллярного электрофореза лежат электрокинетические явления– электромиграция ионов идругих заряженных частиц иэлектроосмос. При анализе методом КЭ пробу небольшого объема вводят вкварцевый капилляр, заполненный электролитом. Ккапилляру прикладывают напряжение от 10 до 30 кВ. Под действием электрического поля компоненты пробы начинают двигаться сразной скоростью, зависящей от их структуры, заряда имолекулярной массы, и, соответственно вразное время достигают детектора. Полученный изаписанный сигнал представляет собой последовательность пиков по которым, как ив хроматограмме, можно идентифицировать иколичественно определить конкретное соединение (рисунок).

yablovs.wmf

Буфер

10мМ хроматный буфер 30мМ диэтаноламин 3 мМ ЦТАОН

Проба

Суглинистая почва (5 г.) Экстрагент- дистиллированная вода (25 мл)

Капилляр

L эфф/ Lобщ = 50/60 см, ID= 75 мкм

Ввод пробы

30 мбар*5 с

Напряжение

- 25 кВ

Детектирование

374 нм, косвенное

Температура

+20º С

Найдено впробе, мг/кг: хлорид-2,6 сульфат-3,9 оксалат-0,012 нитрат-5,5 формиат-1,2 фосфат-34.

Электрофореграмма водной вытяжки

Водная методика определения анионов была адаптирована для анализа почв, глин, торфа, грунтов, осадков сточных вод, донных отложений, активного ила. Сучетом состава данных типов проб, оптимизированы условия разделения, что позволило ввести список определяемых компонентов не только неорганические анионы (хлориды, сульфаты, нитраты, фториды, фосфаты), но иостатки органических кислот (оксалаты, формиаты, ацетаты).

Для перевода анионов из почвы враствор предложена водная вытяжка втечение 30 минут при соотношении навески пробы иводы 1:5.При определении анионов вводных вытяжках почв (в том числе водных объектах) вфоновый электролит вводят непрозрачное вУФ-области вещество (оксид хрома) для косвенного фотометрического детектирования. Диапазон измеряемых значений массовой доли анионов икатионов составляет 1-20000 мг/кг (млн).

Методом капиллярного электрофореза определили тринадцать показателей, из них:

–основные катионы: Ca2+, Mg2+, Na+ ,K+ иNH4+;

–неорганические анионы: Сl- , SO2-4, NO3-, PO43-,F- ;

–органические анионы: C2O42-, HCO2-, СН3СОО- .

Титриметрическим методом последовательно определили всего восемь показателей– это четыре основных катиона ианионы: Ca2+, Mg2+, Na+ +K+ , Cl-, SO42-, CO32, HCO3- .

Сопоставимость результатов методом капиллярного электрофореза ититриметрии представлена втабл. 1 и2 на примере пяти образцов. Из определенных катионов ианионов корректное сравнение можно провести только по кальцию, магнию, сульфатам ихлоридам. Содержания натрия икалия сравнению не подлежат т.к. при титриметрии результаты получают расчетным путем сопределением суммы Na++K+.

Таблица 1

Пример сравнения результатов определения катионов разными методами анализа, г/кг

№ лаб.

№ полевой

Капиллярный электрофорез

Титриметрия

Са2+

Mg2+

Na+

К+

NH4+

Са2+

Mg2+

Na++К+

312

Р-1-Л-12,А0А1

125,0

23,0

31,5

19,0

6,5

100,0

25,6

97,3

313

Р-1-Л-12, В

125,0

28,0

15,0

7,5

2,0

100,0

25,6

107,5

314

Р-2-Л 12,А0А1

192,5

41,0

13,5

12,5

5,5

150,0

30,5

319,0

315

Р-2-Л-12,В

115,0

17,5

18,0

3,4

2,5

83,3

30,5

186,0

316

Р-3-Л-12, А0А16(7)-11(14)

480,0

130,0

15,0

36,5

166,6

40,6

310,0

Таблица 2

Пример сравнения результатов определения анионов разными методами анализа, г/кг

№ лаб.

Номер полевой

 

Капиллярный электрофорез

Титриметрия

Сl-

SO2-4

NO3-

PO3-

F-

C2O42-

НСО2-

СН3СОО-

Сl-

SO2-4

СО32-

НСО3-

312

Р-1-Л-12,А0А1

30,5

28,0

2,60*

1,0

0,1*

88,7

104,0

120,0

313

Р-1-Л-12, В

7,5

1,0

28,5

0,2

94,6

48,0*

150,0

314

Р-2-Л 12,А0А1

2,0

3,0

55

94,6

96,0

210,0

315

Р-2-Л-12,В

12,5

6,5

300

10,5

 

94,6

48,0

135,0

316

Р-3-Л-12,А0А16(7)-11(14)

150

46

435

140

2,9

4,5

289,9

96,0

450,0

При анализе двух методов установили, что методом КЭ лучше определять катионы магния икальция, так как диапазон измерений охватывает широкий интервал определяемых компонентов. Например, диапазон измерения кальция при капиллярном электрофорезе от 2 до 20000мг/кг, адиапазон измерений кальция титриметрическим методом, от 234,0 до 390,0мг/кг. Такая же картина наблюдается ипри анализе анионов: диапазон измерения хлорида исульфата КЭ охватывает более широкий интервал, чем при анализе титриметрическим методом.

Из полученных данных видно, что во всех двадцати двух пробах наблюдается наибольшее содержание нитрат-ионов, наименьшее– фторид. Оксалат-ион наблюдается десяти пробах, формиат-ион впяти иацетат-ион только водной пробе.

Титриметрическим методом определены карбонат, бикарбонат, сульфат ихлорид анионы. Наибольшая концентрация наблюдается по карбонат-иону, абикарбонат содержится только водной пробе.

Таким образом, врезультате сравнительного анализа видно, что методом КЭ кроме кальция, магния, натрия, калия определяется еще икатион аммония. Следовательно, спектр определяемых показателей при КЭ шире, чем при титриметрии. При этом при минимальном статистическом обсчете результаты анализа на содержание Ca2+ иMg2+ практически сопоставимы.

В результате определения анионов разными методами анализа выявлено, что метод КЭ по сравнению ститрованием показывает низкие средние минимальные значения.

Для определения контроля правильности выполненного анализа проанализировано стандартный образец САЗП-98 ОСО № 39804 двумя методами КЭ ититриметрии. Втабл. 3 приведены результаты химического анализа стандартного образца. Входе анализа видно, что результаты определения сопоставимы.

Таблица 3

Результаты химического анализа стандартного образца ОСО № 39804

Дата

Показатель

Капиллярный электрофорез

Титриметрия

мг/кг

ммоль/100 г

ммоль/100 г

24.08.2012

Бикарбонаты

0,75

хлориды

14,9

0,21

0,20

сульфаты

1500,0

15,6

12,2

23.08.2012

Калий

2,34

0,03

натрий

487,6

10,6

10,4

кальций

69,7

1,74

1,75

магний

19,6

0,81

1,00

В ходе реализации методики определения водорастворимых форм катионов ианионов впочвах игрунтах (М 03-08-2011 иПНД Ф16.1:2:2.3:2.2.69-10) были проведены процедуры оперативного контроля правильности результатов. Втабл. 4 представлены результаты оперативного контроля КЭ. Втабл. 5 представлены результаты оперативного контроля титриметрическим методом

Таблица 4

Оперативный контроль правильности для капиллярного электрофореза

Показатель

Х1

Х2

│Х1–Х2│

Хср⋅0,01⋅∆

Если условие

│Х1-Х2│≤Хср⋅0,01⋅∆

калий

0,036

0,03

22

0,006

0,007

Приемлем

натрий

12,2

10,6

15

1,6

1,7

Приемлем

кальций

1,56

1,74

25

0,18

0,41

Приемлем

магний

0,9

0,81

20

0,09

0,17

Приемлем

хлорид

0,20

0,21

25

0,01

0,05

Приемлем

сульфат

13,9

15,6

18

1,7

2,7

Приемлем

Х1 – аттестованное значение стандартного образца, ммоль/100 г.;

Х2 – оперативное значение, ммоль/100 г;

∆ – точность.

 

Таблица 5

Оперативный контроль правильности для титриметрического анализа

Показатель

Х1

Х2

│Х1–Х2│

Хср⋅0,01⋅∆

Если условие

│Х1-Х2│≤Хср⋅0,01⋅∆

натрий

12,2

10,4

1,8

1,8

1,8

Приемлем

кальций

1,56

1,75

0,19

0,19

0,22

Приемлем

магний

0,9

1,00

0,1

0,1

0,2

Приемлем

хлориды

0,20

0,20

0,0

0,0

0,05

Приемлем

сульфаты

13,9

12,2

1,7

1,7

2,4

Приемлем

бикарбонаты

0,75

0,66

0,09

0,09

0,21

Приемлем

Х1– аттестованное значение стандартного образца, ммоль/100 г;

Х2– оперативное значение, ммоль/100 г;

∆– точность.

С помощью оперативного контроля доказано, что результаты определения методов капиллярного электрофореза ититриметрии приемлемы.

Выводы. Явным преимуществом метода КЭ является возможность одновременного определения всех ионов входе одного анализа, что недоступно фотометрическим ититриметрическим методам. Разрешающая способность КЭ превосходит известные хроматографические методы.

Малый расход реактивов (микролитры), низкая стоимость кварцевого капилляра (в сравнении хроматографическими колонками) инесложная пробоподготовка (фильтрование идегазирование) делают стоимость анализа значительно ниже по сравнению со многими другими методами.

Таким образом, метод капиллярного электрофореза представляет собой универсальный метод, позволяющий эффективно, быстро иотносительно недорого решать задачи экологического мониторинга.


Библиографическая ссылка

Ябловская П.Е. АНАЛИЗ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 8-2. – С. 200-203;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=3811 (дата обращения: 10.05.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074