Применение материалов, содержащих свинец и его соединения, привело к загрязнению многих объектов окружающей среды. Определение свинца в продуктах металлургического производства, биологических материалах, почвах и т.д. представляет трудности, поскольку ему, как правило, сопутствуют другие двухвалентные металлы. Для решения такой аналитической задачи распространение получил атомно-абсорбционный метод определения благодаря доступности аппаратуры, высокой чувствительности и достаточной точности.
Пищевые продукты могут содержать не только полезные вещества, но и довольно вредные и опасные для организма человека. Поэтому основной задачей аналитической химии является контроль качества пищевых продуктов.
А именно в данной курсовой работе используется атомно-абсорбционный метод определения свинца в кофе.
В периодической таблице Д.И. Менделеева свинец располагается в IV группе, главной подгруппе и имеет атомный вес 207, 19. Свинец в своих соединениях может находиться в степени окисления +4, однако наиболее характерная для него +2.
В природе свинец встречается в виде различных соединений, наиболее важное из которых свинцовый блеск PbS. Распространенность свинца в земной коре составляет 0,0016 вес. %.
Свинец представляет собой голубовато-белый тяжелый металл плотностью 11,344 г/см 3 . Он очень мягок, легко режется ножом. Температура плавления свинца 327,3 о С. На воздухе свинец быстро покрывается тонким слоем окисла, защищающим его от дальнейшего окисления. В ряду напряжения свинец стоит непосредственно перед водородом; его нормальный потенциал равен — 0,126 В.
Вода сама по себе не взаимодействует со свинцом, но в присутствии воздуха свинец постепенно разрушается водой с образованием гидроокиси свинца:
Pb + O 2 + H2 O = 2Pb (OH) 2
Однако при соприкосновении с жесткой водой свинец покрывается защитной пленкой нерастворимых солей (главным образом сульфата и основного карбоната свинца), препятствующей дальнейшему действию воды и образованию гидроокиси.
Разбавленная соляная и серная кислоты не действуют на свинец вследствие малой растворимости соответствующих свинцовых солей. Легко растворяется свинец в азотной кислоте. Органические кислоты, особенно уксусная, также растворяют свинец в присутствии кислорода воздуха.
Свинец растворяется также в щелочах, образуя плюмбиты. [1]
Обмен свинца в организме человека и животных изучен крайне мало. Биологическая роль его также полностью не ясна. Известно, что в организм свинец поступает с пищей (0,22 мг), водой (0,1 мг) и пылью (0,08мг).
Свинец реферат геология
... выделяя F2 или Cl2; гидролизуются водой. С азотом Свинец не реагирует. Азид свинца Pb(N3)2 получают взаимодействием растворов азида натрия NaN3 и солей Рb (II); бесцветные игольчатые ... Сурик, хромат (желтый крон) и основные карбонат Свинца (свинцовые белила) - ограниченно применяемые пигменты. Хромат Свинца - окислитель, используется в аналитической химии. Азид и стифиат (тринитрорезорцинат) - ...
Обычно содержание свинца в организме мужчины составляет около 30мкг %, а у женщин около 25,5 мкг %.
С физиологической точки зрения свинец и почти все его соединения токсичны для человека и животных. Свинец даже в очень малых дозах накапливается в человеческом организме, и его токсическое действие постепенно усиливается. При отравлении свинцом на деснах появляются серые пятна, нарушаются функции нервной системы, ощущается боль во внутренних органах. Острое отравление приводит к тяжелым поражениям пищевода. У людей, работающих со свинцом, его сплавами или соединениями (например, у типографских работников), отравление свинцом является профессиональным заболеванием. Опасная доза для взрослого человека лежит в пределах 30-60 г РЬ (СН3СОО) 2 * 3Н2 О [3].
Отбор и подготовка лабораторной пробы производят в соответствии с НТД на данный вид продукции. Из объединенной лабораторной пробы отбирают две параллельные навески.
Продукты с высоким содержанием сахара (кондитерские изделия, джемы, компоты) обрабатывают серной кислотой (1: 9) из расчета 5 см 3 кислоты на 1 г сухого вещества и выдерживают 2 дня.
Продукты с содержанием жира 20-60% (сыр, масличные семена) обрабатывают азотной кислотой (1:
из расчета 1.5 см 3 кислоты на 10 г сухого вещества и выдерживают 15 мин.
Пробы высушивают в сушильном шкафу при 150 о С (если отсутствуют агрессивные кислотные пары) на электроплитке со слабым нагревом. Для ускорения сушки проб можно применять одновременное облучение проб ИК — лампой.
Высушенные пробы осторожно обугливают на электроплитке или газовой горелке до прекращения выделения дыма, не допуская воспламенения и выбросов.
Помещают тигли в холодную электропечь и, повышая ее температуру на 50 о С каждые полчаса, доводят температуру печи до 450 о С. При этой температуре продолжают минерализацию до получения серой золы.
Охлажденную до комнатной температуры золу смачивают по каплям азотной кислотой (1:
из расчета 0.5-1 см 3 кислоты на навеску, выпаривают на водяпой бане и досушивают на электроплитке со слабым нагревом. Помещают золу в электропечь, доводят ее температуру до 300 о С и выдерживают 0.5 ч. Этот цикл (обработка кислотой, сушка, озоление) может быть повторен несколько раз.
Минерализацию считают законченной, когда зола станет белого или слегка окрашенного цвета без обугленных частиц [3].
Мокрая минерализация
Навеску жидких и пюреобразных продуктов вносят в плоскодонную колбу, смачивая стенки стакана 10-15 см 3 бидистиллированной воды. Можно брать навеску непосредственно в плоскодонную колбу.
Навеску твердых и пастообразных продуктов берут на обеззоленный фильтр, заворачивают в него и стеклянной палочкой помещают на дно плоскодонной колбы.
Использование кислот в промышленности
... г/см3). Соляная кислота (хлороводородная кислота), по химическому составу отвечающая хлориду водорода находит широкое применение в ряде отраслей народного хозяйства. В промышленности соляную кислоту получают следующими ... Степень извлечения HCI из абгазов при использовании в качестве абсорбентов разбавленных кислот составляет 90-95%. При использовании в качестве абсорбента чистой воды степень ...
Пробы напитков отбирают пипеткой, переносят в колбу Кьельдаля и выпаривают на электроплитке до 10-15 см 3 .
Навеску сухих продуктов (желатин, яичный порошок) помещают в колбу и добавляют 15 см 3 бидистиллированной воды, перемешивают. Желатин оставляют на 1 ч для набухания.
Минерализация проб.
В колбу вносят азотную кислоту на расчет 10 см 3 на каждые 5 г продукта и выдерживают не менее 15 мин, затем вносят 2-3 чистых стеклянных шарика, закрывают грушевидной пробкой и нагревают на электроплитке вначале слабо, затем сильнее, упаривая содержимое колбы до объема 5 см3 .
Колбу охлаждают, вносят 10 см 3 азотной кислоты, упаривают до 5 см3 . Этот цикл повторяют 2-4 раза до прекращения бурых паров.
В колбу вносят 10 см 3 азотной кислоты, 2 см3 серной кислоты и 2 см3 перекиси водорода на каждые 5 г продукта (минерализацию молочных продуктов проводят без добавления серной кислоты).
Для удаления остатков кислот в охлажденную колбу добавляют 10 см 3 бидистиллированной воды, нагревают до появления белых паров и после этого кипятят еще 10 мин. Охлаждают. Добавление воды и нагревание повторяют еще 2 раза.
Если при этом образуется осадок, в колбу вносят 10 см 3 бидистиллированной воды, 2 см3 серной кислоты, 5 см3 соляной кислоты и кипятят до растворения осадка, дополняя испаряющуюся воду. После растворения осадка раствор упаривают на водяной бане до влажных солей.
Минерализация растительных масел, маргарина, пищевых жиров:
свинец пищевой продукт химия
Колбу с навеской нагревают на электроплитке 7-8 часов до образования вязкой массы, охлаждают, добавляют 25 см 3 азотной кислоты и вновь осторожно нагревают, избегая бурного вспенивания. После прекращения вспенивания в охлажденную колбу добавляют 25см3 азотной кислоты и 12 см3 перекиси водорода и нагревают до получения бесцветной жидкости. Если жидкость темнеет, к ней периодически добавляют по 5 см3 азотной кислоты, продолжая нагревание до завершения минерализации. Минерализацию считают законченной, если раствор после охлаждения остается бесцветным.
Кислотная экстракция
по объему соляной кислотой или разбавленной (1: 2) по объему азотной кислотой и предназначен для растительного и сливочного масел, маргарина, пищевых жиров и сыров.
Экстракция проводится в термостойкой с навеской продукта. В колбу цилиндром вносят 40 см 3 раствора соляной кислоты в бидистиллированной воде (1:
по объему и столько же азотной кислоты (1: 2).
В колбу добавляют несколько стеклянных шариков, вставляют в нее холодильник, помещают на электроплитку, и кипятят в течении 1.5 часа с момента закипания. Затем содержимое колбы медленно охлаждают до комнатной температуры, не вынимая холодильника.
Колбу с экстракционной смесью сливочного масла, жиров или маргарина с кислотой помещают в холодную водяную баню для затвердения жира. Затвердевший жир прокалывают стеклянной палочкой, жидкость фильтруют через фильтр, смоченный используемой для экстракции кислотой, в кварцевую или фарфоровую чашу. Оставшийся в колбе жир расплавляют на водяной бане, добавляют 10 см 3 кислоты, встряхивают, охлаждают, после охлаждения жир прокаливают и жидкость сливают через тот же фильтр в ту же чашу, затем промывают 5-7 см3 бидистиллированной воды.
Экстракционную смесь растительного масла с кислотой переносят в делительную воронку. Колбу ополаскивают 10 см 3 кислоты, которую сливают в ту же воронку. После разделения фаз нижний водный слой сливают через смоченный кислотой фильтр в кварцевую или фарфоровую чашу, фильтр промывают 5-7 см3 бидистиллированной воды.
Экстракционную смесь сыра с кислотой фильтруют через смоченный кислотой фильтр в кварцевую или фарфоровую чашу. Колбу ополаскивают 10 см 3 кислоты, которую фильтруют через тот же фильтр, затем фильтр промывают 5-7 см3 бидистиллированной воды.
Профильтрованный экстракт осторожно выпаривают и обугливают на электроплитке, а затем озоляют в электропечи.
ИСП-АЭС) —
Инструменты и условия анализа.
Использовали Тритон Х-100 реагентной чистоты (США).
Остальные использованные реагенты были спектроскопической чистоты; вода дважды дистиллированная. Наночастицы диоксида титана диаметром менее 30 нм.
Методика анализа., Применение метода., Приборы и реагенты
Рис 1.1 Схема системы концентрирования в режиме реального времени с использованием переключающего крана
Все растворы готовили на ультрачистой воде, полученной с помощью системы Milli-Q50 Sp Reagent Water System (Millipore Corporation).
Стандартный раствор свинца (П) с концентрацией 1.0 мг/мл, рабочие растворы с концентрацией ионов 0.2 мкг/мл готовят разбавлением стандартных. Используют тетрагидрофуран (ТГФ) для ВЭЖХ (Fisher Corporation), пирролидин-уксуснокислый буферный раствор концентрации 0.05 моль/л. Стеклянную посуду перед использованием вымачивали в течение длительного времени в 5% -ном растворе азотной кислоты и промывают чистой водой.
Методика эксперимента, Приборы и реагенты., Методика анализа.
Водные растворы LiNO 3 , NaNO3 , KNO3 в качестве обрабатывающего электролита позволяют получить стабильные высоты уже при втором измерении при удовлетворительной воспроизводимости (2.0, 2.9 и 5.4 % соответственно).
Наибольшая чувствительность показаний достигается при использовании электролита, имеющего катион меньших размеров.
Аналитические измерения проводили на атомно-абсорбционном спектрометре SpectrAA-800 с электротермическим атомизатором GTA-100 и автодозатором PSD-97 («Varian», Австралия).
Использовали графитовые трубки с пиропокрыти-ем и интегрированной платформой («Varian», Германия), лампы с полым катодом на свинец («Hitachi», Япония) и кадмий (C’Varian», Австралия).
Измерения интегральной абсорбционности с коррекцией неселективного поглощения света (дейтериевая система) проводили при спектральной ширине щели 0.5 нм и длине волны 283.3 нм. В качестве защитного газа служил аргон «сорт высший». Температурная программа работы атомизатора приведена в табл.1.1
Табл. 1.1 Температурная программа работы электротермического атомизатора GTA-100
|
Стадия |
Температура,°С |
|
Высушивание 1 |
90 |
|
Высушивание 2 |
120 |
|
Пиролиз |
1300 |
|
Охлаждение |
50 |
|
Атомизация |
23ОО |
|
Очистка |
2500 |
В качестве модификаторов для атомно-абсорбционного определения РЬ в графитовой печи исследовали палладийсодержащие композиции на основе активированного угля и карбонизованной скорлупы ореха-фундука. Содержание металла в них составляло 0.5-4%. Для оценки изменений, происходящих с компонентами синтезированных модификаторов в восстановительных условиях, реализуемых в процессе выполнения анализа, материалы обрабатывали водородом при комнатной температуре.
Раствор с известной концентрацией РЬ готовили разбавлением ГСО № 7778-2000 и № 7773-2000 3% HNO3 . Диапазон концентраций рабочих стандартных растворов элемента для построения градуировочных зависимостей составил 5.0-100 нг/мл. Для приготовления растворов использовали деионизованную воду.
При построении кривых пиролиза и атомизации использовали как стандартный раствор элемента, так и карбонизованный «Стандартный образец состава зерна пшеницы молотой ЗПМ-01». В первом случае в пластиковом стаканчике автодозатора смешивали 1.5 мл стандартного раствора элемента (50 нг/мл Pd в 5% HNO3 ) и 10-12 мг палладийсодержащего активированного угля; суспензию гомогенизировали и дозировали в графитовую печь. Во втором — такое же количество модификатора добавляли к подготовленной суспензии карбонизованной пробы (5-10 мг образца в 1-2 мл 5% HNO3 ).
В работе использован ацетат свинца ч. д. а. Соединения (рис.1, являющиеся двухосновными кислотами) получены азосочетанием раствора хлорида 2-гидрокси-4 (5) — нитрофенилдиазония и соответствующего гидразона. Растворы формазанов в этаноле готовили по точной навеске.
Оптическую плотность растворов измеряли на спектрофотометре UV-5270 фирмы Веckman в кварцевых кюветах (l = 1 см).
Концентрацию ионов водорода измеряли на иономере И-120М.
Реагенты взаимодействуют с ионами свинца, образуя окрашенные соединения. Батохромный эффект при комплексообразовании составляет 175 — 270 нм. На комплексообразование влияет характер растворителя и строение реагентов (рис.1).
Оптимальными условиями для определения свинца являются водно-этанольная среда (1:
) и рН 5.5-6.0, создаваемая аммиачно-ацетатным буферным раствором. Предел обнаружения свинца равен 0.16 мкг/мл. Продолжительность анализа 5 мин.
Наиболее интересно использование формазана в качестве реагента для концентрирования и последующего фотометрического определения свинца. Суть концентрирования и последующего определения свинца (II) с помощью формазана заключается в том, что из водно-этанольного раствора в присутствии ионов Ni, Zn, Hg, Co, Cd, Cr, Fe, хлороформным раствором формазана экстрагируют комплекс свинца.
Для сравнения использовали методику определения свинца сульфарсазеном (ГОСТ, МУ вып 15, № 2013-79).
Полученные результаты анализа модельных растворов двумя методиками приведены в табл.1.2 Сравнение дисперсий по F-критерию показало, что Fэксп < Fтеор (Р = 0.95; f1 =f2 = 5); значит, дисперсии однородны.
Табл. 1.2 результаты определения свинца в модельных растворах (n=6; P=0.95)
|
Введено, мкг/мл |
Найдено |
Найдено |
Fэксп |
F теор |
||
|
сульфарсазеном, мкг/мл |
S r |
формазаном, мкг/мл |
S r |
|||
|
4.14 2.10 3.99 |
4.04 ±0.28 2.06±0.29 3.92 ±0.17 0.29 3.92 ±0.17 |
2.8 5.5 1.7 |
4.14 ±0.07 2.10 ±0.08 3.99 ± 0.07 |
2.1 *10 -2 2.5*10-2 2.1*10-2 |
3.97 3.57 3.37 |
4.53 |
Средства измерений, реактивы и материалы:
При выполнении по данной методике используют следующие средства измерений, устройства, реактивы и материалы:
- Атомно-абсорбционный спектрометр
- Лампа спектральная с полым катодом
- Компрессор для подачи сжатого воздуха
- Редуктор — по ГОСТ 2405
- Стаканы лабораторные, емкостью 25-50 см3 — по ГОСТ 25336
- Колбы мерные второго класса точности емкостью 25-100 см3
- Воронки лабораторные по ГОСТ 25336
- Вода дистиллированная
- Кислота азотная концентрированная, х. ч., ГОСТ 4461-77
- Стандартный раствор свинца (с = 10-1 г/л)
Условья определения:
§ Длина волны при определении свинца λ =283,3 нм
§ Сила тока лампы 10 мА
Метод измерения:
Атомно-абсорбционная спектроскопия основана на поглощении излучения оптического диапазона невозбужденными свободными атомами свинца, образующимися при введении анализируемой пробы в пламя при длине волны λ =283,3 нм [2].
Требования безопасности:
При выполнении всех операций необходимо строго соблюдать правила техники безопасности при работе в химической лаборатории, соответствующие ГОСТ 126-77 «Основные правила безопасности в химической лаборатории», включая правила безопасной работы с электротехническими устройствами с напряжением до 1000 вольт.
Приготовление градуировочных растворов свинца:
Растворы готовят, используя стандартный раствор свинца с концентрацией
с= 10-1 г/л.
Для построения градуировочного графика используют растворы
*10-4 , 3*10-4 , 5*10-4 , 7*10-4 , 10*10-4 г/л
Стандартный раствор объемом 10 см3 вносят в колбу вместимостью 100 мл, доводять до метки дистиллированной водой. В 5 мерных колб вместимостью 100мл вносять соответственно 1, 3, 5, 7, 10 мл промежуточного раствора (раствор концентрации 10-2 г/л).
Доводять до метки дистиллированной водой. Строят гардуировачный график в координатах А, у. е от с, г/л
Табл.2.1 Результаты измерений
|
концентрация, г/л |
Сигнал, у. е. |
|
0,0001 |
3 |
|
0,0003 |
15 |
|
0,0005 |
28 |
|
0,0007 |
39 |
|
0,0010 |
57 |
Пробоподготовка:
Беру навеску кофе массой 1.9975 г.
Вношу ее в стакан емкостью 100 мл.
Растворяю навеску в 20 мл концентрированной азотоной кислоты.
Выпариваю содержимое стакана на водяной бане до половины исходного объема, периодами помешивая.
Раствор в стакане после выпаривания мутный, следовательно с помощью лабораторной воронки и бумажного фильтра отфильтровываю содержимое стакана в стакан емкостью 25 мл.
Отфильтрованный раствор вношу в колбу емкостью 25 мл и довожу до метки дистилированой водой.
Тщательно перемешиваю содержимое колбы.
Вношу часть раствора с колбы в пипетку, что и служит пробой для определения содержания свинца.
Для определения неизвестной концентрации, раствор вводят в атомизатор и после 10-15 секунд регистрируют показания прибора. Усредненные показания прибора откладывают на оси ординат градуировочного графика, и на оси абсцисс находят соответственное значение концентрации, сх г/л
Для расчета концентрации в образце использую расчетную формулу:
С =0.025*Сх *10-4 *1000/ Mнав (кг)
Табл 2.2 Результаты измерений
|
Проба |
Сигнал, у. е. |
Среднее |
С х , г/л |
||
|
1 |
2 |
3 |
|||
|
кофе |
15 |
14 |
15 |
14,66667 |
2.9*10 -4 |
|
сырок |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
ябл. сок |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
виногр. сок |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
крем |
3 |
2 |
2 |
2.33333 |
7.8*10 -5 |
|
вода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
шампунь |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Исходя из табличных данных, рассчитываю концентрацию свинца в образцах:
|
Образец |
ПДК, мг/кг |
|
кофе |
10 |
|
крем |
С (Pb в пробе кофе) = 3.6 мг/кг
С (Pb в пробе крем) = 0.98 мг/кг
В работе изложены методики определения свинца различными физико-химическими методами.
Приведены методы пробоподготовки для ряда пищевых объектов.
На основе литературных данных выбран наиболее удобный и оптимальный метод определения свинца в различных пищевых продуктах и природных объектах.
Использованный метод отличается высокой чувствительностью и точностью наряду с отсутствием отклика на присутствие других элементов, что позволяет получать истинные значения содержания искомого элемента с высокой степенью достоверности.
Выбранный метод позволяет также проводить исследования без особых трудностей в пробоподготовке и не нуждается в маскировании других элементов. Кроме этого, метод позволяет определять и содержание других элементов в исследуемой пробе.
1. Глинка Н.И. Общая химия. — М.: Наука, 1978. — 403 с.
. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. — М.: Высш. шк.; 2002. — 494 с.
. Реми Г. Курс общей химии. — М: Изд. иностр. лит., 1963. — 587 с.
. ГОСТ № 30178 — 96
. Йипинг Ханг. // Журн. аналит. хим., 2003, Т.58, № 11, с.1172
. Лианг Ванг. // Журн. аналит. хим., 2003, Т.58, № 11, с.1177
. Невоструев В.А. // Журн. аналит. хим., 2000, Т.55, № 1, с.79
. Бурилин М.Ю. // Журн. аналит. хим., 2004, Т.61, № 1, с.43
. Маслакова Т.И. // Журн. аналит. хим., 1997, Т.52, № 9, с.931
