7.1 Лабораторная работа № 1 Определение свинца методом инверсионной вольтамперометрии

Свинец (Pb) – элемент IV группы периодической системы, токсичный микроэлемент. Роль свинца в жизнедеятельности организма изучена недостаточно. Основной путь поступления свинца – через желудочно-кишечный тракт.

Токсическое действие во многом обусловлено способностью образовывать связи с большим числом анионов – лигандов. В результате связывания ангидридов со свинцом угнетается синтез белков, активность ферментов. Свинец нарушает синтез гена и глобина, «вмешивается» в порфириновый обмен, индуцирует дефекты мембран эритроцитов. Токсичность свинца обусловлена его высокой биоусвояемостью, способностью накапливаться в организме и оказывать действие на многие органы и ткани. При хронической интоксикации свинцом поражаются кроветворная и иммунная система, нервная система, почки, сосуды, половая система. Отмечаются повышенная возбудимость, гиперактивность, снижение уровня интеллектуального развития у детей, периферическая нейропатия, дистрофия мышц кистей рук, потеря или снижение аппетита, «свинцовая кайма» на деснах, боли в желудке, спастический запор, нефропатия.

Для большинства регионов свинец – основной антропогенный токсичный элемент. Это связано, прежде всего, с высоким индустриальным загрязнением и выбросами автомобильного транспорта, работающего на этилированном бензине.

В зависимости от вида или группы продукции различаются ПДК свинца, которые установлены в соответствующих законодательных или технических нормативных правовых актах [33].

1 Метод измерений

Метод основан на регистрации и анализе вольтамперограммы после накопления свинца на поверхности электрода из стеклоуглерода.

2 Средства измерений

Анализатор вольтамперометрический АВА-1, сопряженный с компьютером;

Весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 210 г;

Дозаторы пипеточные с переменным объемом – 0,01–1,0 см³;

Колбы мерные вместимостью 25, 100, 500, 1000 см³;

Пипетки вместимостью 1, 5 и 10 см³;

Цилиндр мерный вместимостью 25 см³;

Электрохимическая ячейка, включающая индикаторный электрод (стеклоуглеродный), электрод сравнения (хлоридсеребряный) и вспомогательный электрод (платиновый).

3 Вспомогательные материалы

Стакан химический вместимостью 50 см³.

4 Материалы, реактивы и растворы

Вода бидистиллированная;

Калия нитрат (KNO₃), ч.д.а.

Кислота азотная (HNO₃), раствор – 2:3.

Кислота азотная (HNO₃), раствор – 0,1 моль/дм³; Готовят из фиксанала в мерной колбе объемом 1000 дм³.

Ртути нитрат (Hg(NO₃)₂), раствор – 10 г/дм³. В мерную колбу (500 см³) вносят 10 см³ раствора азотной кислоты (2:3) и 8,35 г нитрата ртути (II). После растворения соли раствор разбавляют бидистиллированной водой до метки.

Ртути нитрат (Hg(NO₃)₂), раствор – 1 г/дм³. Готовят разбавлением раствора Hg(NO₃)₂ 10 г/дм³ бидистиллированной водой в 10 раз.

Раствор вводят в анализируемый раствор непосредственно перед проведением измерений: по 2 капли на 20 см³ анализируемого раствора.

Свинца (Pb²⁺) раствор – 2 мг/дм³ (стандартный раствор). 3,198 г Pb(NO₃)₂ растворяют в небольшом количестве разбавленной азотной кислоты (1:100), количественно переносят в колбу (1000 см³) и доводят до метки разбавленной азотной кислотой.

5 Подготовка к выполнению измерений

5.1 Подготовка средств измерений

Анализатор АВА-1 готовят к измерениям согласно инструкции по эксплуатации (Приложение Д).

5.2 Приготовление фонового электролита

В мерной колбе вместимостью 1 дм³ растворяют 10,11 г нитрата калия, пипеткой вносят 10 см³ 0,1 моль/дм³ азотной кислоты. Раствор разбавить бидистиллированной водой до метки. Полученный фоновый раствор имеет состав 0,1 моль/дм³ KNO₃, 0,001 моль/дм³ HNO₃.

5.3 Подготовка проб

Взвешивают 50 г пробы с точностью до 0,01 г.

Подготовка пробы осуществляется методами сухого или мокрого разложения как указано в лабораторных работах №№ 1 и 2 соответственно.

Золу, полученную после минерализации, растворяют в растворе азотной кислоты (2:3) на водяной бане. Выпаривают раствор до влажных солей. Для удаления паров кислоты добавляют к остатку 10 см³ бидистиллированной воды и упаривают до влажных солей (повторяют дважды), охлаждают до комнатной температуры. К полученному остатку добавляют 10 см³ фонового электролита, растворяют пробу и количественно переносят в мерную колбу объемом 25 см³. Раствор доводят до метки фоновым электролитом.

Параллельно готовят контрольную пробу на бидистиллированной воде.

6 Порядок выполнения измерений

Процедура измерений включает следующие этапы:

– установка условий измерений;

– установлений характеристик аналита;

– регистрация вольтамперных кривых: фона, пробы, пробы с добавкой;

– анализ контрольной пробы.

6.1 Условия измерений для определения свинца

1 стадия – регенерация индикаторного электрода: E = + 500 мВ, τ = 30 сек (для стеклоуглеродного электрода);

2 стадия – накопление определяемого металла. E = – 1100 мВ, τ = 80 сек;

3 стадия – успокоение раствора. E = – 1100 мВ, τ = 20 сек;

4 стадия – измерительная. Скорость развертки потенциала – 200 мВ/сек.

6.2 Характеристики аналита

Интервал пика для свинца – от минус 620 до минус 450 мВ, амплитуда – 1, чувствительность – 10. Коэффициент усреднения – 2, т.е. вольтамперная кривая снимается 3 раза и усредняется.

6.3 Регистрация вольтамперной кривой фона

Выполняют операции по пп. 8–13 в соответствии с Приложением Е.

6.4 Регистрация вольтамперной кривой пробы

Выполняют операции по пп. 14–20 в соответствии с Приложением Е.

6.5 Регистрация вольтамперной кривой пробы с добавкой

Выполняют операции по пп. 21–26 в соответствии с Приложением Е.

В качестве добавки вносят 0,2 см³ стандартного раствора свинца.

6.6 Анализ контрольной пробы

Выполняют операции по пп. 21–26 в соответствии с Приложением Е.

7 Обработка и вычисление результатов измерений

Обработку результатов измерений каждой параллельной пробы анализируемой и контрольной проб, а также расчет концентрации аналита в пробе выполняет система сбора и обработки данных анализатора.

Выполняют операции по пп. 32–33 в соответствии с Приложением Е.

По запросу программы вводят следующие данные:

– объем ячейки – 20 см³;

– объем добавки – 0,2 см³;

– концентрация Pb²⁺ в добавке – 2000 мкг/дм³;

– масса навески – 50±0,05 г;

– объем пробы – 25 см³.

Абсолютная погрешность измерения при вероятности P = 0,95 не превышает 40%.

8 Индивидуальное задание

Определить содержание свинца в:

1) воде питьевой;

2) соке из фруктов;

3) соке из овощей;

4) молоке;

5) зубной пасте;

6) бумаге;

7) пергаменте;

8) игрушках для детей

и сравнить полученное значение с установленными нормативами [33].