7.2 Лабораторная работа № 2 Определение цинка, кадмия, свинца и меди при их совместном присутствии методом инверсионной вольтамперометрии

В различных видах пищевой продукции или продукции промышленного назначения могут присутствовать ксенобиотики, поступающее в нее в результате миграции из загрязненного сырья, а также при нарушении технологической обработки или условий хранения готовой продукции.

Загрязнителями токсического действия являются: токсичные элементы (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, цинк, медь, олово, железо), микотоксины, пестициды, нитраты, нитриты. Из токсичных элементов значительную опасность представляют собой свинец и кадмий.

Характеристика свинца как токсичного элемента приведена в п. 7.1.

Кадмий – токсичный элемент, содержание которого в различных группах продукции нормируется в [33]. Естественный уровень кадмия в пищевых продуктах примерно в 5–10 раз ниже, чем свинца. Повышенные его концентрации наблюдаются в какао-порошке (до 0,5 мг/кг), почках животных (до 1 мг/кг) и рыбе (до 0,2 мг/кг). Содержание кадмия увеличивается в консервах из сборной жестяной тары, поскольку он, как и свинец, содержится в припое.

В промышленной продукции кадмий, как и свинец, может содержаться в высоких дозах ввиду их миграции из сырья, при использовании различных красителей, в состав которых входят данные токсичные элементы, а также при нарушении технологических режимов производства.

Медь и цинк с одной стороны относятся к необходимым для организма человека микроэлементам, а с другой, при их избыточной миграции из технологического оборудования или используемых полуфабрикатов, могут повлиять на безопасность продукта.

Например, причинами избыточного содержания меди в организме может быть ее избыточное поступление (вдыхание паров и пыли соединений меди в условиях производства, бытовые интоксикации растворами соединений меди, использование медной посуды), а также нарушения регуляции обмена. Избыток меди в организме может сопровождаться ухудшением памяти, депрессией, бессонницей.

Содержание всех указанных токсичных элементов нормируется в [33] в зависимости от вида и/или группы продукции, а также степени ее опасности.

1 Метод измерений

Метод основан на регистрации и анализе вольтамперограммы после накопления цинка, кадмия, свинца и меди 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 100, 500 и 1000 см³;

Пипетки вместимостью 0,1, 1,0, 2,0, 5,0 и 10,0 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 дистиллированная;

Калия нитрат (KNO₃), раствор – 0,1 моль/дм³;

Кадмия (Cd²⁺) раствор – 1 г/дм³ (стандартный раствор). 0,2281г CdSO₄× H₂O, количественно переносят в мерную колбу (100 см³) добавляют 0,5 см³ концентрированной серной кислоты и приблизительно 30 см³ биддистиллированной воды, растворяют и доводят до метки водой;

Кислота азотная (HNО₃), концентрированная;

Кислота серная (H₂SО₄), концентрированная;

Кислота фосфорная (H₃РО₄), раствор – 0,1 моль/дм³;

Меди (Cu²⁺) раствор – 1 г/дм³ (стандартный раствор). 0,3929 г CuSO₄× H₂O количественно переносят в мерную колбу (100 см³) добавляют 1 см3 серной кислоты и приблизительно 30 см³ бидистиллированной воды, растворяют и доводят до метки водой;

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 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 – 1 г/дм³ (стандартный раствор). 0,1600 г Pb(NO₃)₂ количественно переносят в мерную колбу (100 см³) добавляют 1 см³ азотной кислоты и приблизительно 30 см³ биддистиллированной воды, растворяют и доводят до метки водой;

Цинка (Zn²⁺) раствор – 1 г/дм³ (стандартный раствор). ?????. г Zn(NO₃)₂×7Н₂О количественно переносят в мерную колбу (100 см³) добавляют 0,5 см³ азотной кислоты и приблизительно 30 см³ бидистиллированной воды, растворяют и доводят до метки водой;

Кадмия (Cd²⁺), меди (Cu²⁺), свинца (Pb²⁺) и цинка (Zn²⁺) растворы – 0,1 г/дм³ (рабочие растворы). Готовят путем десятикратного разведения исходного раствора (1 г/дм³): в мерную колбу вместимостью 50 см³ вносят пипеткой 5 см³ стандартного раствора и доводят до метки бидистиллированной водой.

ионов кадмия (Cd²⁺), меди (Cu²⁺), свинца (Pb²⁺) и цинка (Zn²⁺) растворы – 2 мг/дм³ (контрольные растворы). Готовят разбавлением рабочих растворов (0,1 г/дм³) бидистиллированной водой: в мерную колбу вместимостью 100 см³ вносят пипеткой 2 см³ рабочего раствора и доводят до метки бидистиллированной водой.

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 фосфорной кислоты. Раствор разбавить бидистиллированной водой до метки Полученный фоновый раствор имеет состав 0,1 моль/дм³ KNO₃, 0,001 моль/дм³ H₃РО₄.

5.3 Приготовление стандартного раствора смеси металлов

В мерной колбе объемом 100 см³ готовят раствор, содержащий по 2 мг/дм³ ионов Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺. Для этого в мерную колбу с помощью пипет-дозатора вводят по 0,2 см³ соответствующих стандартных растворов (1 г/дм³). Разбавление до метки проводят фоновым электролитом и перемешивают.

5.4 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;

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

– анализ контрольной пробы.

6.1 Условия измерений для определения свинца

1 стадия – регенерация индикаторного электрода: E = + 350 мВ, τ = 20 сек (для стеклоуглеродного электрода);

2 стадия – накопление определяемого металла. E = (– 1200)– (–1300) мВ, τ = 60–80 сек;

3 стадия – успокоение раствора. E = (– 1200)– (–1300) мВ, τ = 20 сек;

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

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 смеси ионов металлов.

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 аналитов 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 Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺ 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 для Cd – 47, Cu – 39, Pb – 49 и Zn – 42%.

8 Индивидуальное задание

Определить содержание цинка, кадмия, свинца и меди при их совместном присутствии в:

1) заданном растворе;

2) муке;

3) яблоках;

4) йогурте;

5) зубном порошке;

6) бумаге;

7) фольге;

8) игрушках для детей

и сравнить полученное значение с установленным нормативом [33].