XELATƏMƏLƏGƏTİRİCİ SORBENTDƏ KADMIUM İONUNUN İLKİN QATİLAŞDIRMASI VƏ ONUN QARACİYƏRDƏ TƏYİNİ

06-02-2017

Ключевые слова:  концентрирование кадмия, сорбент, м-аминофенол, сорбция, печень крупного рогатого скота

Интенсивным способом восстановления аминокислот, необходимых для правильного формирования и роста тканей возможно только при потреблении животного белка. Источниками животного белка в Азербайджане являются говядина, мясо птицы, баранина. Беспорядочной сброс отходов на суше и в водоемы, незаконная добыча руды и покраска домов, использование тетра этилового кадмия в качестве анти-стук добавки для улучшения качества бензина в Азербайджане и во многих других развивающихся странах приводит к отравлению кадмием животных. Крупный рогатый скот и другие жвачные животные свободно пасутся в таких условиях и пьют воду из прудов, ручьев, рек и других возможных загрязненных источников, которые являются опасными для здоровья человека и животных. Эти металлы био-накапливаются в их органах и в других тканях этих животных. Когда этих животных убивают для потребления человеком, кадмий(Сd) может био-накапливаться и в человеческих тканях и органах. Это объясняет, почему содержание кадмия в продуктах животного происхождения продолжает быть в центре внимания работников здравоохранения [1]. Кадмий может негативно повлиять на многие органы и системы и жизнеобеспечения, вызывая высокое кровяное давление, анемию, поражение почек, нарушение слуха и умственную отсталость [2-3]. Это исследование было проведено для определения уровня остатков кадмия в печени крупного рогатого скота в Баку.

Так как рутинные инструментальные методы в прямом анализе не способны обеспечить требуемые пределы обнаружения этих металлов, необходимой стадией аналитического процесса является их отделение от макрокомпонентов пробы с применением таких приёмов как соосаждение, экстракция или сорбция из конечных растворов после спекания, сплавления или кислотного разложения горных пород, руд концентратов и т.д. [3-4]. Известно, что [5-6] для концентрирования элементов используют, как правило, привитые комплексообразующие сорбенты на основе полистирола, силикагеля, пористого стекла, пенополиуретана, полиакрилонитрильного волокна, высоко селективные к извлекаемым элементам, ионообменники модифицированные оксид алюминия комплексообразующими реагентами, реже – коммерческие катионо и анионообменники. Однако в литературе нами было обнаружены недостаточная сведения о аналитическом применении сорбентов на основе малеинового ангидрида-стирола.

В настоящей работе исследованы условия предварительного концентрирования кадмия(II) с использованием нового хелатообразующего сорбента малеинового ангидрида-стирола, модифицированного м-аминофенолом, с последующим определением этих ионов методом фотометрической спектрометрии. Полученный сорбент идентифицирован методом ИК спектроскопии. Исследована сорбция и десорбция полученного сорбента с ионом Сd(II) и определены оптимальные условия концентрирования. Методика использована для определения кадмия в печени крупного рогатого скота.

Материалы и методы Экспериментальная часть Использовали реагенты квалификации ч.д.а., х.ч. и дистиллированную воду. 1000 мг/л стандартного раствора кадмия (II) готовили растворением точной навески СdSO₄·8H₂O квалификации “х.ч.” в 2М Н₂SO₄, а рабочие растворы нужной концентрации разбавлением основного раствора дистиллиро-ванной водой. Для поддержания постоянной ионной силы растворов использовали введение рассчитанного количества соли KCl. Использованный для потенциометрического титрования раствор едкого калия был приготовлен из растворения KOH (х.ч) в бидистиллированной воде, концентрацию раствора устанавливали титрованием стандартного раствора HCl. Для создания необходимых значений pH использовали фиксаналы HCl (pH 1-2) и аммиачно-ацетатные буферные растворы (pH 3-11), которые готовили смешиванием соответствующих объемов 0,1 М CH₃COOH и 0,1 М NH₄OH. Величину pH растворов контролировали с помощью PHS-25 PH METER со стеклянным электродом. Оптическую плотность растворов измеряли на фотоколориметре КФК-2 в кювете, с толщиной слоя 1 см.

Методика. В работе применен новый полимерный хелатообразующий сорбент с фрагментами м-аминофенола. Для получения этого сорбента проведено синтезирование сополимера малеинового ангидрида-стирола [5-6]. Сорбент синтезирован по методике [5]. Полученный сополимер высушили, добавили формалдегид и м-аминофенолв раствор этанола. Реакция проведено в водной бане, при температуре 45-65⁰С в процессе размешивания на протяжении 1 ч. Полученный сорбент сначала отмывают спиртом от нереагирующей амины, затем водой. Полученный сорбент сушится при температуре 50^оС в вакууме и пропускается через сито с размером пор 0,14 мм.

Равновесные характеристики сорбента и его комплексов с кадмием (II) определяли в статических условиях. Для этого в градуированную пробирку с притертой пробкой вводили раствор кадмия (II), добавляли аммиачно-ацетатный буферный раствор для создания необходимой кислотности до объема 20 мл. Вносили 0,10 г сорбента, пробирку закрывали пробкой и оставляли на 24 ч., затем раствор декантировали.

Разработанная схема предусматривает использование различных методов конечного определения кадмия(II). Мы применили спектрофотометрический метод. В состоянии равновесия в жидкой фазе концентрация ионов кадмия (II) была определена с помощью известного реагента ксиленолового оранжевого (C₁₁H₃₂N₂O₁₃S) фотометрическим методом [8]. Концентрация ионы метала рассчитана с использованием градуировочного графика, полученные результаты обработаны статистически [7].

Для анализа использовали печени крупного рогатого скота. Содержание кадмия (II) в образце определяли сорбционно фотометрическим методом и результаты проверяли методом добавок (табл.2).

Результаты и их обсуждение Влияние pH на процесс сорбции. Изучено влияние рН на предварительное концентрирование ионов Сd(II) в статических условиях на хелатообразующем сорбенте в диапазоне рн 1-8. Влияние рН приведено на рис.3. Как видно из рисунка, количественное извлечение ионов металлов достигается в интервале рН 5-6. При малых значениях рН (1-4) жидкой фазы низкая степень извлечения может быть связана с протонизацей функциональных групп, находящихся в фазе сорбента и малой степенью набухаемости полимера.

При таких значениях рН ионы Сd (II) находятся в виде Cd⁺² [11]. При увеличении рН жидкой фазы (рН 5-6) степень набухаемости таких поли-мерных сорбентов увеличивается. Для сорбционного выделения кадмия рационально использовать слабо-кислую область, так как при рН>4 на данном сорбенте можно сорбировать  цветные металлы, но ионы Сd (II) не гидролизируются с образованием малорастворимых гидролизированных форм. Все дальнейшие исследования проводили при pH 6.

Влияние ионной силы. Известно [12], что ионная сила раствора существенно влияет на гибкость твердофазной матрицы и состояние функциональных групп аналитического реагента. Поэтому исследована зависимость аналитического сигнала от концентрации раствора KCl в диапазоне 0,1-1,4М. Отмечено отрицательное влияние увеличения ионной силы раствора на свойства сорбента, что объясняется экранированием координационно-активных групп ионами электролита. Все дальнейшие опыты проводили в растворах с ионной силой 1,0М (KCl).

Влияние элюента. Для выбора подходящего элюента испытывали различные кислоты- HClO₄, H₂SO₄, HCl, HNO₃. Наибольшее влияние на степень десорбции кадмия оказывает HClO₄. Для выбора подходящего элюента испытывали различные концентрации 0,2-1,5М HClO₄ (табл.1).

Таблица  №1

Влияние концентрации и объема элюента на степеньизвлечения (R,%) определяемых ионов Сd(II) (n=3)

Концентрация и объем HClO4	Сd(II) R%
0,5М   10мл           5мл	90 86
1,0М   10мл           5мл	98 99
1,5М   10мл           5мл	98 100
2,0М   10мл            5мл	96 96

В дальнейших экспериментах в качестве элюента использовали 5 мл 1,5 М HClО₄.После регенерации адсорбент не теряет свои сорбционные свойства и может быть вновь использован.

зависимость сорбционного процесса от времени.Была изучена зависимость сорбционного процесса от времени. Сорбционное равновесие достигается в течение 1-го часа контакта раствора с сорбентом. При взаимодействии сорбента с жидкой фазой более одного часа, степень адсорбции иона Сd(II) уменьшается. увеличение процесса набухания сорбентов способствует выделению ионов Сd(II) из сферы, поглощенных за счет диффузии. Дальнейшее увеличение времени сорбции не изменяет характеристики сорбента.

Определения Cd(II) в печени скота.Ход анализа. Разработанная методика применена для определения Cd(II) в печени скота. Известно, что кадмии из организма выводиться очень медленно. Для анализа взяли два образца печени соответствующие массе 24,6387г (І образец), 28,2116 г (ІІ образец). В первый образец добавляли 1г. СdSO₄·8H₂O. Образцы растворяли в графитовом тигле при нагревании в 55 мл НNO₃ (конц.). В течение часа печень растворяется в кислоте. После этого раствор прокаливали в муфельной печи. Вес полученного пепла первого образца 5,1320 г., второго образца 5,6511г. Затем полученный пепел растворяли в царской водке. Полученную смесь растворяли в дистиллированной воде и не растворимую часть отделяли фильтрованием. Полученный раствор переносили в колбу емкостью 100 мл, доводили pH до нужного значения (pH=6), добавляли воду до метки и перемешивали. В элюате концентрацию Сd(II) определяли фотометрическим методом. Для этой цели был использован реагент ксиленоловый оранжевый [17]. Результаты, рассчитанные в предположении 100%-ного извлечения определяемых ионов, приведены в табл.2.

Таблица  №2

Результаты определения кадмия(II) в стандартном образце (%)

(объем пробы 100 мл; m_сорб.=100 мг; Р=0,95; n=5)

Выводы

1.синтезирован сополимер малеиновый ангидрид-стирол, модифицированный в присут-ствии м-аминофенола и формальдегида, и получен новый полимерный сорбент.
2.Исследована сорбция и десорбция Cd(II) на полученном сорбенте и определены оптимальные условия концентрирования.
3.сорбционно-фотометрическая методика включает сорбционное концентрирование Cd(ІІ) буферным раствором (рН 6), десорбцию раствором HClO₄ (при котором степень десорбции достигает 98%) и последующее его определение в элюате спектрофотометри-ческим методом с реагентом ксилол оранжевым.
4.Методика использована для определенияв кадмия в печени крупного рогатого скота.

 

ƏDƏBİYYAT - ЛИТЕРАТУРА– REFERENCES:

1.Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. - М.: Химия, 1996.319 с.
2.С.М.Ляпунов, И.Ф.Серегина и др. Аналитический комплекс для определения свинца в объектах окружающей среды и биологических объектах. // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов: Обзор информ / Винити. 1998. № 11. С. 219-224.
3.Чепелев С.В. Концентрирование ионов металлов полимерными комплексообразующими сорбентами в присутствии монодентантных лигандов: извлечение и определение Pb(II), Cd(II), Ni(II) в природных объектах // автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва –.2011
4.Щербов Д.П., Матвеец В.А. Аналитическая химия кадмия // Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского. Из серии: Аналитическая химия элементов. 1973. - 256 с.
5.Алиева Р.А., Гусейнова Н.С., Абилова У.М., и др., Определение свинца в печени с предварительным концентрированием на хелатообразующем сорбенте // Азербайджанский фармацевтический и фармакотерапевтический журнал 2015 №2 с. 29
6.Алиева Р.А., Абилова У.М., Чырагов Ф.М. // Тез. докл. V Региональная конференция молодых ученных теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения). г Иваново, 2010. С.46
7.Корреляции и прогнозирование аналитических свойств органических реагентов и хелатных сорбентов.  Отв. ред. Н.Н.Басаргин, Э.И. Исаев, М.: Наука, 1986. 199 с.
8.Щербов Д.П., Матвеец М.А. Аналитическая химия кадмия. М.: Наука, 1973. 257 с.
9.Мясоедова г.в., Саввин С.Б. Хелатообразующие сорбенты. М.: Наука, 1984.173 с.
10.Cалдадзе К.М, Копылова-Валова В.Д.Комплексообразующие иониты. М.: Химия, 1980. 336с.
11.Саввин С.Б., Дедкова В.П., Швоева О.П. Сорбционно–спектроскопические и тест–методы определения ионов металлов на твердой фазе ионообменных материалов  // Успехи химии. 2000. Т.69. С.203