ТЕСТ-СИСТЕМЫ ДЛЯ ИНДИКАЦИИ ИОНОВ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Содержание
| Введение…………………………………………………………….. | 5 | |
| Глава I. Обзор литературы | ||
| 1.1. | Характеристика, классификация и химические основы тест-систем……………………………………………………. | 8 |
| 1.2. | Средства и приёмы анализа различных объектов окружающей среды с использованием тест-систем………... | 17 |
| Глава II. Материалы и методы исследования | ||
| 2.1. | Схема исследования………………………………………….. | 31 |
| 2.2. | Перечень и характеристика химических реактивов, применяемых в исследованиях……………………………… | 32 |
| 2.3. | Определение ионов кобальта колориметрическим методом из растворов…………………………………………………... | 34 |
| 2.4. | Определение концентрации ионов меди и никеля в растворах различной концентрации на атомно-абсорбционном спектрофотометре………………………….. | 34 |
| Глава III. Экспериментальная часть………………………………. | 36 | |
| Заключение…………………………………………………………. | 45 | |
| Выводы……………………………………………………………… | 46 | |
| Список литературы………………………………………………… | 47 | |
Введение
Актуальность проблемы
Упрощение и удешевление средств химического анализа – всегда благо, но решение многих аналитических задач пока требует сложных и дорогих методов и приборов. К счастью, успехи ряда областей химии, физики, электроники, а также математики обеспечивают возможность создания средств анализа, всё более миниатюрных, недорогих и лёгких с точки зрения использования и в то же время сопоставимых по своим аналитическим характеристикам с современными инструментальными методами. Тест-системы, несомненно, могут быть отнесены к таким средствам. Потребность в тест-наборах весьма значительна. Уже создано много тест-систем разного типа и разного назначения, в основе которых лежат чувствительные и селективные химические реакции и результат анализа может быть получен либо визуально, либо путём простейших измерений (длина окрашенной зоны, число капель), либо с использованием миниприборов, также весьма простых в использовании. Хотя тест-методы используют в лаборатории, в частности для скрининга проб, наиболее целесообразно применять их во внелабораторных условиях (on-site), тем более что on-site анализ представляет собой важное и весьма перспективное направление химии.
Основными областями использования тест-систем являются или могут быть:
· контроль объектов окружающей среды, определение важнейших нормируемых компонентов в воде, почвенных вытяжках, воздухе (прежде всего в полевых условиях);
· контроль за качеством пищи, в том числе питьевой воды и напитков, главным образом с точки зрения наличия вредных веществ;
· анализ крови, мочи, пота для целей медицины, в том числе в домашних условиях;
· решение задач криминалистики, охраны порядка, военной сферы (наркотики, алкоголь, взрывчатые вещества, отравляющие вещества);
· контроль в промышленности, на транспорте, например обнаружение утечек газа;
· обучение химии, экологии и др. дисциплинам в школе и других учебных заведениях.
Тест-системы могут стать незаменимыми в критических ситуациях, когда нужно быстро определить состав воздуха, воды и др. объектов после взрыва, промышленной катастрофы или природного катаклизма. Тест-системы удобны для широкомасштабного обследования жилых и производственных помещений, например на пары ртути, формальдегида, фенола и др. вещества.
Для разработки надёжных, чувствительных и селективных тестов используют достижения классической аналитической химии (реакции и реагенты). Однако, ещё более важным является поиск новых подходов.
Научная новизна работы состоит в разработке высокоспецифичной твёрдофазной тест-системы для обнаружения ионов меди, никеля и кобальта в объектах окружающей среды на основе диэтилдииокарбамата свинца, диметилглиоксима и тиоцианата аммония, адсорбированных на твёрдом носителе. Тест-система отличается экспрессностью, доступностью и дешевизной.
Цель и задачи работы
Цель работы - разработка тест-системы для обнаружения ионов меди, никеля и кобальта в объектах окружающей среды.
Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи:
- получить носитель для определения ионов кобальта, никеля и меди методом модификации поверхности силикагеля;
- исследовать влияние концентрации определяемых ионов на длину окрашенной зоны;
- исследовать влияние массы сорбента на сорбционную ёмкость;
- исследовать влияние разноимённых ионов на специфичность тест-системы;
- проанализировав полученные экспериментальные данные, сформировать тест-систему для определения ионов кобальта, никеля и меди.
Глава I. Обзор литературы
1.1. Характеристика, классификация и химические основы тест-систем
В современном мире химические тесты широко используются в экологической, промышленной, клинической или криминальной сферах и обеспечивают возможность простого и недорогого анализа – качественного, полуколичественного и количественного.
Тест – системы для химического анализа представляют собой простые, портативные, лёгкие и дешёвые аналитические средства и соответствующие экспрессные методики для обнаружения и определения веществ без существенной пробоподготовки (иногда без отбора проб), без использования сложных стационарных приборов, лабораторного оборудования, без самой лаборатории, без сложной обработки результатов, а также подготовленного персонала; в большинстве случаев применяют автономные средства однократного использования [1].
В книгах по истории химии можно найти множество примеров испытания веществ, которые приводились в сущности тест-методами. К тест-методам относится большое число химических методов качественного обнаружения веществ. Некоторые такие методы известны с незапамятных времён. Плиний Старший (23-79 гг. до н.э.) писал, что для обнаружения железа в уксусе римляне применяли экстракт дубильных орешков, которым пропитывали папирус. Этот же экстракт позволял отличать сульфат железа от сульфата меди; появление чёрной окраски говорило о присутствии железа, зелёной – о наличии меди. Обнаружение железа с помощью экстракта дубильных орешков использовали очень длительное время. В 17 веке Роберт Бойль, помимо экстракта дубильных орешков, применял также экстракт фиалки для идентификации кислот и щелочей: он зеленеет в щелочах. Этот учёный использовал также экстракты васильков и кошенили. Использовали и лакмус. Бойль заметил, что интенсивность чёрной окраски экстракта дубильных орешков при взаимодействии с железом зависит от содержания железа; это был прямой путь к колориметрическому анализу. Одним из самых старых и широко распространённых является способ определения содержания золота в сплавах и изделиях с помощью пробирного камня. Метод в его исходной (физической) форме описан ещё Теофрастом (372-287 гг. до н.э.) в его сочинении «О камнях». В средние века метод был значительно усовершенствован; в начале 16 в. для калибровки было введено использование 23 игл с различным содержанием золота. Гален (ок. 200-130 гг. до н.э.) использовал куриные яйца для грубого определения содержания солей, растворённых в воде, или, иначе, для определения плотности солёной воды. В 1767 г. Льюис получил лакмусовую бумагу и использовал её для обнаружения кислот и щелочей.
Общий принцип почти всех химических тест-методов – это использование аналитических реакций и реагентов в условиях и формах, обеспечивающих получение визуально наблюдаемого или легко измеряемого эффекта; это, например, интенсивность окраски бумаги или длина окрашенной части трубки. Реагенты и добавки используют в виде заранее приготовленных растворов (в ампулах или капельницах) или иммобилизованными на твёрдом носителе – бумаге, силикагеле, пенополиуретане и т.д. В качестве средств для тест-методов химического анализа могут быть использованы индикаторные бумаги, индикаторные порошки и трубки, таблетки и др.
Тест-методы позволяют проводить широкий скрининг проб, например, объектов окружающей среды. Пробы, давшие положительный результат, отделяют от тех, что показали отсутствие компонента. В случае образцов, для которых результат был положителен, предполагается в случае необходимости и более глубокое изучение, в том числе в лаборатории с использованием дорогостоящих приборов.
Особое значение имеют тест-методы для анализа «на месте» (on site), вне лаборатории. Дело в том, что существуют огромные, острые потребности во вне лабораторном анализе. Вот неполный список областей, где такой анализ либо уже делается в широких масштабах, либо совершенно необходим и в той или иной мере начинается:
·Экспресс – контроль технологических процессов.
·Обнаружение метана в угольных шахтах.
·Обнаружение утечек природного газа из газопровода.
·Определение монооксида углерода и углеводородов в автомобильных выхлопах.
·Экспресс-анализ в поле для геологов – поисковиков.
·Быстрый анализ почв (рН, азот, фосфор, калий).
·Контроль пищевых продуктов на рынках.
·Обнаружение алкоголя в выдыхаемом воздухе водителей.
·Домашнее определение сахара в крови и моче диабетиков и другие качественные анализы клинического назначения.
·Оперативный анализ воды, в том числе питьевой, непосредственно потребителем.
·Анализ воздуха в рабочей зоне и на улице.
·Контроль содержания озона в стратосфере.
·Обнаружение наркотиков в аэропортах, при обысках.
·Обнаружение боевых отравляющих веществ.
Анализ «на месте» имеет много достоинств. Экономится время и средства на доставку проб в лабораторию и на сам анализ (конечно, более дорогой). При анализе на месте обычно снижаются требования к квалификации исполнителя, поскольку используются более простые средства анализа. Но главное заключается в том, что часто анализ в стационарной лаборатории вообще невыполним или не имеет никакого смысла, поскольку, например, изменяются формы существования компонентов.