2. Исследование минерализатов на наличие соединений марганца

Ионы марганца, содержащиеся в минерализатах, определяют при помощи реакций с периодатом калия и персульфатом аммония. После окисления ионов марганца этими реактивами образуются перманганат-ионы. Обе реакции являются специфичными для обнаружения ионов марганца, так как катионы других металлов при окислении указанными реактивами не дают фиолетовой окраски.

Реакция с периодатом калия КIO₄. Выполнение реакции. В пробирку вносят 1 мл минерализата, 4 мл воды (для создания оптимальных условий кислотности среды), 1 мл насыщенного раствора дигидрофосфата натрия - NaH₂PO₄ (для маскирования железа) и 0,2 г периодата калия. После нагревания пробирки на кипящей водяной бане в течение 20 мин. При наличии ионов марганца в минерализате раствор приобретает красно-фиолетовую или розовую окраску.

Реакция с персульфатом аммония. Ионы железа (III), которые могут быть в минерализатах в больших количествах, затрудняют распознавание окраски перманганат-ионов. Для маскировки ионов железа прибавляют фосфаты, которые с ионами железа образуют бесцветный комплекс [Fe(РО ₄ ) ₂ ] ^3-.

Реакции окисления ионов марганца персульфатом мешают восстановители, обесцвечивающие перманганат-ионы, а также хлориды, бромиды и другие ионы, которые осаждают ионы серебра, являющиеся катализатором.

На протекание реакции персульфата с ионами марганца влияет рН среды. Эта реакция хорошо протекает в 3 н. кислоте. При недостаточной кислотности образуется темно-бурый осадок марганцовистой кислоты Н ₂ MnO ₄, а при большом избытке кислоты может происходить восстановление перманганат-ионов персульфатом:

Выполнение реакции. В пробирку вносят 1 мл минерализата, 4 мл воды (для создания оптимального рН среды), 1 мл насыщенного раствора дигидрофосфата натрия 9маскирование ионов железа). Смесь нагревают на кипящей водяной бане в течение 5—6 мин. К горячему раствору прибавляют 1 каплю 10%-го раствора нитрата серебра (катализатор) и 0,5 г персульфата аммония. Смесь снова нагревают в течение нескольких минут (до разложения избытка персульфата- прекращение выделения пузырьков газа). При наличии ионов марганца в минерализате появляется красно-фиолетовая или розовая окраска.

Появление слабо розовой окраски при окислении только перйодатом ориентирует химика на наличие в пробе естественно содержащегося Мn²⁺. Получение окрашивания в обоих случаях указывает на обнаружение Мn²⁺ в количествах, превышающих естественное содержание, и служит основанием для количественного определения Мn²⁺.

Количественное определение. ФЭК - Окраску перманганат-иона, полученную при качественном обнаружении марганца окислением перйодатом калия или натрия, используют для измерения ее оптической плотности.

Для этого в зависимости от интенсивности окраски окисленный раствор разбавляют водой до 10 мл и более.

Плотность окраски раствора, не содержащего осадка, измеряют на фотоэлектроколориметре. Раствором сравнения служит слепой опыт, в котором минерализат заменен 20% серной кислотой.

Калибровочный график строят по точным и проверенным растворам перманганата калия.

3. Исследование минерализатов на наличие хрома

После разрушения биологического материала серной и азотной кислотами в полученном минерализате хром в основном находится в трехвалентном состоянии. Сг³⁺ окисляют персульфатом аммония в присутствии катализатора (ионы серебра) до Cr⁶⁺ и обнаруживают последний реакциями с дифенилкарбазидом и образования надхромовых кислот.

Реакция с дифенилкарбазидом. Чувствительность этой реакции понижают ионы железа (III), сурьмы (III) и др. Для маскировки мешающих ионов прибавляют фосфаты.

Выполнение реакции. В пробирку вносят 1 мл минерализата, к которому прибавляют 4 мл воды, 1 каплю 10 %-го раствора нитрата серебра и 0,5 г персульфата аммония. Пробирку со смесью нагревают на кипящей водяной бане в течение 20 мин, а затем в нее вносят 1 мл насыщенного раствора дигидрофосфата натрия и по каплям добавляют 5 %-й раствор гидроксида натрия до рН=1,5—1,7. После доведения жидкости до указанного рН к ней добавляют 1 мл 0,25%-го раствора дифенилкарбазида в смеси этилового спирта и ацетона (1:1) и взбалтывают содержимое пробирки. При наличии ионов хрома в минерализате раствор приобретает розовую или красно-фиолетовую окраску.

Реакция специфична для Cr⁶⁺. Реакция высокочувствительна.

Реакция образования надхромовой кислоты. После прибавления пероксида водорода к дихромату образуется надхромовая кислота, имеющая голубую или сине-голубую окраску. Этой кислоте приписывают несколько формул: Н ₂ CrO ₆, Н ₃ CrO ₈, Н ₇ CrO ₁₀ и др.

Чувствительность реакции образования надхромовой кислоты понижается в присутствии солей железа (III) и сурьмы (III), для маскировки которых прибавляют фосфаты. Надхромовая кислота быстро разлагается в водных растворах. Поэтому из водных растворов ее экстрагируют органическими растворителями (этиловый эфир, этилацетат, амиловый спирт и др.), в которых надхромовая кислота более устойчива, чем в воде.

Выполнение реакции. В пробирку вносят 5 мл минерализата, по каплям прибавляют 30%-й раствор гидроксида натрия до рН = 7. Затем в пробирку вносят еще 1 мл минерализата и содержимое пробирки взбалтывают. После этого в пробирку вносят 1—2 капли 10 %-го раствора нитрата серебра, 0,5 г персульфата аммония и нагревают на кипящей водяной бане в течение 20 мин. Затем пробирку с содержимым охлаждают в ледяной воде в течение 10—15 мин. К охлажденной жидкости (10° и ниже) добавляют 1 мл насыщенного раствора дигидрофосфата натрия и проверяют рН среды. При необходимости жидкость доводят до рН=1,5—1,7. После этого в пробирку вносят уксусно-этиловый эфир, толщина слоя которого должна быть около 0,5—0,6 см, и 2—3 капли 25 %-го раствора пероксида водорода. Содержимое пробирки энергично взбалтывают. При наличии ионов хрома Cr ³⁺ в минерализате слой органического растворителя приобретает окраску (от голубой до синей).

Эта реакция абсолютно специфична для хрома и наглядна. Недостатком реакции является ее сравнительно низкая чувствительность — 2 мкг в 1 мл.

Количественное определение. ФЭК по реакция с дифенилкарбазидом. Расчет производится по калибровочному графику.

По окончании процесса разрушения биоматериала минерализат может содержать осадок грязно-зеленого цвета – вследствие соосаждения хрома при образовании сульфатов бария и/или свинца.. В этом случае во избежание потерь хрома, осадок обрабатывают при нагревании раствором персульфата аммония в 1% растворе серной кислоты. Осадок исследуют на свинец и барий, а фильтрат оставляют для количественного определения хрома.

Результаты определения при наличии грязно-зеленого осадка после минерализации суммируются: определение Сг³⁺ в осадке и в минерализате.