156265

1

ИОНОМЕТРИЯ-СОВРЕМЕННЫЙ МЕТОД ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Чагина Н.Б., Кравцова В.Е Поморский государственный университет

Экологический мониторинг подразумевает широкий комплекс мероприятий, направленный на защиту окружающей среды, и в первую очередь, осуществление аналитического контроля за состоянием её объектов. Объекты окружающей среды (воды, почвы, воздух, растения, ткани животных и человека) сложны для химического анализа, поскольку представляют собой многокомпонентные и многофазные системы изменяющегося состава. Поэтому, учитывая сложность поставленной задачи, для решения экологических проблем привлекают различные методы физико-химического анализа, в том числе и электрохимические (Кузнецов,1999).

Прямая потенциометрия (ионометрия) как метод электрохимического анализа занимает достойное место среди методов контроля за состоянием окружающей среды, так как способна обеспечить определение огромного числа как органических так и неорганических экологически опасных загрязняющих веществ. Для этого метода характерна высокая чувствительность и селективность, быстрота отклика на изменение состояние анализируемого объекта, легкость автоматизации и возможность дистанционного управления. Этот метод не требует дорогостоящего аналитического оборудования и может применяться как в лабораторных, так и в полевых условиях

(Осипова, 2001).

Метод ионометрии основан на использовании различного рода ионоселективных электродов (ИСЭ). ИСЭ - это устройства, которые дают прямую информацию о концентрации анализируемого объекта. Основным компонентом любого ИСЭ является ионоселективная мембрана. В настоящее время в ИСЭ используются мембраны в различном агрегатном состоянии (Корыта, 1989). Твердые мембраны изготовлены из монокристаллического или поликристаллического (порошкообразного) вещества малорастворимого в воде. В этих мембранах один из двух образующих соль ионов способен перемещаться по дефектам кристаллической решетки под действием электрического поля. Из электродов этого типа широко применяется фторидный электрод, в котором мембраной является монокристалл фторида лантана. Чувствительность фторидного электрода позволяет проводить измерения в широкой области концентраций 10-6 - 1 моль/л. Селективность электрода высока, поскольку стократный избыток посторонних ионов (нитрат-, сульфатионов и др.) не мешают определению F -. Практическое значение имеет электрод с мембраной из сульфида серебра, пригодный для измерения концентрации (активности) как ионов серебра, так и сульфид-ионов. Серебро этим электродом может быть определено в интервале концентраций 10-7 - 1 моль/л. На основе указанной мембраны сконструированы различные галогенидные и металлочувствительные электроды. Для этого в сульфид серебра вводят соот-

2

ветствующий галогенид серебра или сульфид определенного металла (Васи-

льев, 1989).

Промежуточное положение между твердыми и жидкими мембранами занимают стеклянные мембраны. Ионообменные процессы протекают в тонком гелеобразном слое стекла. Из стеклянных электродов наиболее известен рН-селективный электрод. Кроме того, существуют стеклянные электроды для определения катионов щелочных металлов (Корыта, 1989).

Жидкие мембраны представляют собой раствор активного компонента (АК) в органическом растворителе, удерживаемый пористой перегородкой. Более удобным по конструкции являются электроды с пластифицированной мембраной, полученные в результате введения жидкого АК в инертную (поливинилхлоридную (ПВХ)) матрицу. Природа активного компонента, входящего в состав жидкой или пластифицированной мембраны, может быть различна. Так мембрана, содержащая тетрафенилборат (С6 Н4)В- или аналогичные анионы пригодна для определения катионов, а имеющая в своем составе четвертичные аммониевые соли - R4N+, где R - алкильный радикал - для определения анионов. В качестве АК жидкой мембраны могут быть использованы хелаты. В этом случае определяемый ион связывается с АК мембраны не только электростатическими силами, но и координационными связями, что существенно повышает селективность определения. Таким образом, для создания мембран, селективных к ионам меди, ртути и свинца используют их хелаты с дитизоном или гидроксановыми кислотами. Кроме того, в качестве АК могут быть использованы нейтральные соединения: природные антибиотики (валиномицин, нонактин, монактин) или краунэфиры. Электроды с такими мембранами имеют наилучшую селективность к ионам щелочных и тяжелых металлов (Шведене, 1999).

Создание нитрат-селективного электрода является важным этапом в развитии ионометрии. Впервые жидкий нитрат-селективный электрод получен с мембраной, содержащей пололжительно заряженный комплексный анион переходного металла (Ni2+, Fe2+, Со2+ ) с хелатными группами о- фенантролина. Существуют и другие жидкостные нитрат-селективные электроды, мембрана которых содержит: тридодецилгексадециламмонийнитрат в октил-2-нитрофениловом эфире; нитрат диметилгексилдецилбензиламмония в деканоле; тетрадецилааммонийнитрат в дибутилфталате. Пленочные электроды представляют собой внедрение одного из указанных активных компонентов в поливинилхлоридную матрицу (Корыта,1989).

В настоящее время на кафедре химии ПГУ ведется работа по определению почвенных ионов методом прямой ионометрии. Нитраты являются важным компонентом в питании растений, но интенсивное использование удобрений приводит к накопление солей азотной кислоты не только в почвах, но и в продуктах сельского хозяйства выше ПДК, что негативно сказывается на здоровье. Поэтому контроль за содержанием нитратов является одной из важнейших задач экологического мониторинга. Определение содержания нитратов проводили с использованием нитрат-селективного электрода типа «Вольта - NO3- 4007» на иономере И-160М по ГОСТ-26951-86

3

(ГОСТ..,1986). Для исследований были отобраны образцы почв сельскохозяйственного назначения в различных районах Архангельской области. Почвы отличались как по морфологическим признакам, так и по условиям использования (закрытый и открытый грунт). Содержание нитратов в почвах дерново-подзолистого типа (СОТ «Судоремонтник», «Теремок», Шенкурский р-н (открытый грунт), «Беломорский», Шенкурский р-н (закрытый грунт)) и песчано-подзолистого типа (о.Ягры (открытый грунт)) составило в среднем 362 17мг/кг и 72 15мг/кг соответственно. В закрытом грунте Шенкурского района отмечено несколько большее содержание нитратов (485 11мг/кг), чем в открытом (279 12 мг/кг). Полученные данные, в целом, согласуются с результатами фотоколориметрического определения содержания нитратов с использованием реактива Грисса. Сравнительный анализ двух методик (электрохимической и фотоколориметрической) показал, что ионометрия дает возможность провести ряд определений за более короткий промежуток времени; использование высокоселективного электрода допускает определение нитратов при совместном присутствии нитрит-, хлорид-, фосфат-, карбонат-, сульфатионов, концентрация которых может превышать содержание определяемого иона в 100-1000 раз. Кроме того, потенциометрия позволяет определить активность, которая отражает реальное участие ионов в почвообразовании и питании растений.

В настоящее время существует большое число электродов обладающих специфической чувствительностью к CO, NO, O2, H2, SO2, H2S, NH3 “(Васильев,1989) “. Значительным достижением является создание ферментативных электродов: на глюкозу, мочевину, глутамин, аминокислоты и другие метаболиты (Шведене, 1999).

Огромное многообразие высокоспецифичных электродов, чувствительность, быстрота и относительная дешевизна метода делает его незаменимым инструментом в анализе природных сред.

Литература 1.Васильев В.П. Аналитическая химия. Ч.2. Физико-химические мето-

ды анализа. -М: Химия.1989.- 275с.

2.ГОСТ 26951-86. Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом. - Введ. С 01.07.87 до 01.01.92.-М.:Изд-во стандартов, 1986. - 8 с.

3.Кузнецов В.В. Химические основы экологического мониторинга // Соросовский Образовательный Журнал. 1999.- № 1. С.35-39.

4.Корыта И., Штулик Н.Б. Ионоселективные электроды. М.: Мир, 1989. - 272 с.

5.Осипова Е.А. Электрохимические методы анализа и проблема окружающей среды // Соросовский Образовательный Журнал. 2001. - № 12. С.4756.

6. Шведене Н.В. Ионоселективные электроды //Там же, 1999.-№ 5.С.60-

65.