CS251622B1 - Způsob specifického stanovení železnatých nebo/a železitých iontů - Google Patents

Abstract

Je popsán způsob specifického s citlivého stanoveni železnatých nebo/a železitých iontů, využívající u železitých bakterií Thiobacillus ferrooxidans, Ferrobacillus ferrooxidans a Leptospirillun ferrooxidans micheelisovské závislosti rychlosti spotřeby kyslíku na koncentraci železnatých iontů. Použití· metody standardního přídavku železnatých iontů je stanovení stává vysoce specifickýn a umožňuje stanovit řádově (0“6|»ο1 Fe^+ v 1 litru, železité ionty se stanoví analogicky po jejich redukci ne ionty železnaté.

Description

Vynález se týká způsobu specifického stanovaní železnatých nebo/a železitých iontů, umožňujícího stanovit řádově 10“^ molů železa v ΐ litru roztoku za závislosti rychlosti biologické spotřeby kyslíku na koncentraci žaleznatých iontů za použití železitých bakterii, jako bakterií Thlobacillus ferrooxidans, Ferrobacilus ferrooxidans nebo Leptospirillun ferrooxidans.

Ke stanovení celkového množství železa bez rozliSení jeho forny v roztoku, popřípadě železnatých a železitých iontů vedle sebe, je z odborné literatury znáno a v praxi využíváno více principielně odlišných postupů.

Odněrná nebo vážková analýza není příliě citlivá a je zatížena interferencemi. Velni citlivé jsou některé instrunentální metody, jejichž specifiSnost však nůže být snížena interferujícími příměsmi ve vzorku. Často je nožné tyto interference vyloučit více či méně složitými postupy, není-li ale předem známé kvalitativní složení příměsí ve vzorku, nůže být úspěšnost eliminace dosti složitá až nenožná.

Je známé velmi citlivé a specifické mikrobiologické stanovení železa, které věak nerozliší jeho oxidační stupeň, stanovení trvá několik dnů a může být znemožněno nejrůznějšími toxickými látkami (Koch, 0. G. - Koch-Dedic, G. A.: Handbuch der Spurenanolyse, Teil 2, Springer Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 1974, s. 1501).

K odstranění shora zmíněných nedostatků směřuje způsob specifického stanovení železnatých nebo/a jlelezitých iontů po jejich redukci na ionty železnaté ze závislosti rychlosti biologické spotřeby kyslíku na koncentraci železnatých iontů za použití železitých bakterií, jako bakterií Thlobacillus ferrooxidans, Ferrobacillus ferrooxidans nebo Leptospirillum ferrooxidans, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se koncentrace železnatých iontů stanoví metodou standardního přídavku železnatých iontů do media s bakteriemi a analyzovaným vzorkem. Stanovení se provádí bez ohledu na přítomnost příměsí v analyzovaném vzorku, stanovení je rychlé a svou citlivostí se vyrovná některým instrumentálním metodám.

Vynález je založen na známé skutečnosti, že železité bakterie oxidují dvojmocné železo podle reakce

FeSO₄ + O₂ + H₂SO₄ » 2 Fe₂(S<>₄>₃ + 2 HgO.

V dalším textu popisované stanovení železnatých lontů platí tedy ve shora uvedeném smyelu rovněž pro ionty železité po jejich redukci na ionty železnaté.

Fe - metabolismus je u všech tří shora jmenovitě uvedených železitých bakterií shodný, takže příprava kultury i analytické provedení jsou stejné.

Závislost rychlosti spotřeby kyslíku na koncentraci železnatých iontů se u železitých bakterií řídí kinetikou Michaelise a Mentenové. Metoda standardního přídavku železnatých iontů se použije pro odstranění rušivých vlivů složkami analyzovaného vzorku.

Pro nediun obsahující bakterie a vzorek s neznámou koncentrací železnatých iontů a ₍pro stejné medium se standardním přídavkem želznetých iontů platí rovnice:

1_

V.

s v_ kde ο_χ = koncentrace železnatých iontů v mediu, obsahujícím bakterie a analyzovaný roztok, c_g = přidaná známá koncentrace železnatých iontů v mediu s bakteriemi a analyzovaným rozto kam’, celková koncentrace železmatých iontů v mediu je pak c_ + c x s,

K_n - Michaelisova konstanta pro železnaté ionty

Vj = rychlost spotřeby kyslíku v mediu s koncentrací železnatých iontů = ο_χ , ^V2 ⁼ rychlost spotřeby kyslíku v médiu s koncentrací železnatých iontů = ο_χ + c_g = maximální rychlost spotřeby kyslíku v médiu s baktériemi a analyzovaným roztokem (koncentrace Fe^*»·^).

Maximální rychlost spotřeby kyslíku V se zjistí experimentálně jeko rychlost spotřeby kyslíku při nasycení bakterií železnátýni ionty v médiu s baktériemi a analyzovaným roztokem. Fro dvě rovnice o dvou neznámých pak platí:

^vm <^V2 - ^V1 >

Inhibici rychlosti respirace způsobují některé látky, viz Torma, E. A. : The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes, v : Advances in biochemical engineering, 6, Springer Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 1977, s. 2 - 37.

Tyto interference stanovení železnatých iontů se odstraní, jak již bylo uvedeno, metodou standardního přídavku železnatých iontů. Pouze v přítomnosti kyanidu nebo azidu dojde k hluběí inhibici respirace a stanovitelnost železnatých iontů je pak závislá ne poměru koncentrací železnatých, kyanidových resp. szidových iontů.

Podmínkou stanovení železnatých iontů je tedy měřitelná rychlost spotřeby kyslíku. Při bakteriální oxidaci železnatých iontů nevznikají žádné metabolity schopné konkurenční oxidace. Baktérie kultivované na železnatých iontech nemohou bez předchozí adaptace oxidovat jiné organické či anorganické látky. Stanovení železnatých iontů je tak vysoce specifické, což je významnou předností vynálezu.

Kromě vysoké specifičnosti umožňuje způsob stanovení podle vynálezu stanovit koncentrace železnatých iontů řádově 10^-&mol/1, přičemž citlivost metody se-může měnit hustotou buněk při stanovení Fe^⁺; Řádově 10”^ mol/1 Fe^⁺. lze stanovit za předpokladu ještě dobře měřitelné rychlosti spotřeby kyslíku 0,31 .umol.l”’. min“', reálné Michaelisové konstantě pro Fe 1 mmol/1 a maximální rychlosti spotřeby kyslíku 0,1 mmol.l^- . min“ , , a více.

Příklad 1

Bakteriální kultura Thiobacillus ferrooxidans se pro použití ke stanovení podle vynálezu připraví známým způsobem (Silverman, Μ. P. - Lundgren, D. C., J. Bacteriol., 77. 1959, s. 642 - 647). Na membránovém filtru o velikosti pórů 0,4 ^um se baktérie promyjí kyselinou sírovou o hodnotě pH 2, nakoncentrují a suspendují v kyselině sírové o pH 2 na hustotu baktérií 10®/ml. Na hodnotu pH 2 se upraví kyselinou sírovou také analyzovaný roztok a roztok standardního přídavku Fe*’*.

Vzorek důlní vody, přefiltrovaný přes membránový filtr 0,4 /im, se neředí kyselinou sírovou o pH 2 a přidá se do média 8 baktériemi v takovém poměru, aby rychlost spotřeby kyslíku smířená kyslíkovou elektrodou v tomto médiu byla malé v dobře měřitelném rozmezí 0,31 až 2 _zumol.l^-1. min¹ - naměřeno 1,2/jmol.l^-1. min”¹.

So média s bakteriemi a analyzovaným roztokem se přidá definované množství železnatých iontů ve formě standardizovaného roztoku síranu železnatého, odpovídající přidané známé koncentraci železnatých iontů v médiu - o_g » 0,8 mmol/1 - přidáno 0,1 al 0,24 molárního síranu železnatého na 30 ml média.

Opět se změří rychlost spotřeby kyslíku - naměřeno 49/umol.l”¹· min^-1. Potom se do média s bakteriemi a analyzovaným roztokem přidá síran železantý o výsledné celkově přidané koncentraci železnatých iontů - v-daném případě 0,16 mol/1 a změří se maximální rychlost .spotřeby kyslíku - neměřeno 11Oyumol.l^-1. min^-1.

Z výsledků meření se vypočítá koncentrace Selezaatých iontů ve zředěném analyzovaném roztoku - vypočteno 0,011 mrnol/1. Po*přepočtu na ředění činí-koncentrace železnatých iontů 1,1 mmol/1. V průběhu věech tří měření rychlostí spotřeby kyslíku je v médiu stejné množství bakterií a analyzovaného roztoku.

Pro stanovení železitých iontů se v okyseleném analyzovaném vzorku redukuje trojmocné železo na dvojmocné známým způsobem v Jonášově reduktoru průchodem vzorku přeš sloupec granulovaného zinku (Toníček, 0.: Kvantitativní analysa, SZN Praha, 1958). Po redukci se stanoví koncentrace železnatých iontů analogicky - stanoveno 0,282 nol/1. Koncentrace železitých iontů ve vzorku se zjistí rozdílen z výsledku obou stanovení - v daném případě 0,26 mol/1.

Filtrace analyzovaného vzorku není nutná, nevyskytují-li se ve vzorku aktivní železité bakterie (pH větěí než 4). Médium s analyzovaným roztokem a bakteriemi se upraví ředěním tak, aby rychlost spotřeby kyslíku v médiu bez přítomnosti železnatých iontů byla malá, ale dobře měřitelná (0,31 až 2 yumol.l”¹. min^- ).

Množství prvního standardního přídavku Fe²⁺ se volí tak, aby· odpovídalo oblasti 's poloviční maximální rychlostí spotřeby kyslíku v médiu po tomto přídavku. V této oblasti 2+ je možné přidat i více standardních přídavků Fe - pro posouzení přesnosti stanovení. Pro * 2+ měření maximální rychlosti spotřeby kyslíku se přidá Fe·- ne výslednou celkově přidanou 2+ koncentraci Fe v rozmezí 0,09 až 0,16 mol/1. Je-li změřená rychlost spotřeby kyslíku sku 2+ tečně maximální, pak dalěí malý přídavek Fe už její hodnotu nezvýší.

Příklad 2

Příprava kultury i vzorku je shodná s postupy v příkladě 1, stanovení je. však pro2+ vedeno s dalěí Fe- oxidující bakterií Ferrobecillus ferrooxidens. Pro srovnání věech stanoveni byl v příkladě 2 použit stejný analyzovaný vzorek jako v příkladě 1. Naměřené 2+ hodnoty pro výpočet koncentrace Fe podle vzorce jsou:

V₁ = 1,5/uraol.l min^-1i

V 2 = 52^38801.1' min^-1;

5 /jmol.l“ min^-1j c_g = 0,8 mraol/l.

Po

V měřeném roztoku byla redukci byla koncentrace

2+ koncentrace Fe 0,013 mmol/1, po přepočtu na ředění 1,3 tnmol/ Fe²⁺ 0,284 mol/1, koncentrace Fe³⁺ ve vzorku byle 0,283 mol/1.

Příprava kultury i vzorku je shodná s postupy uvedenými v příkladě 1. Vzorek je opět tentýž, stanovení je však provedeno s kulturou Leptospirillum ferrooxidans. Naměřené hodnoty pro výpočet koncentrace Fe :

V₁ = 1 ,7/umol.l“’. min¹; V₂ = 46^umol.l^-1. min¹;

V_m = HJ^umol.l”¹. min^-1; c_g = 0,8 mmol/1.

2+

Koncentrace Fe v měřeném roztoku byla 0,018 mmol/1, po přepočtu ne ředění 1,8 mmol/1. 2+ *>+.

Po redukci byle koncentrace Fe 0,281 mol/1, koncentrace Fe ve vzorku byl8 0,279 mol/1.

Všechny vzorky byly zpracovány v šesti paralelních stanoveních. Rozdíly ve výsled2+ 3+ cích stanovení Fe a Fe^J ve všech třech příkladech provedení byly statisticky nevýznamné. (Vynálezu může být využito při stanovení nízkých koncentrací železa v dvojmocné formě vedle sebe, přičemž stanovení naruší množství organických a anorganických příměsí. Vždy, když se získá měřitelné rychlost spotřeby kyslíku, znamená to vysokou specifičnost stanovení.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob specifického stanovení železnatých nebo/a železitých iontů po jejich redukci na ionty železnaté ze závislosti rychlosti biologické spotřeby kyslíku na koncentraci železnatých iontů za použití železitých bakterií, jako baktei^vií Thiobacillus ferrooxidans, Ferrobacillus ferrooxidans nebo Leptospirillum ferrooxidans, vyznačující se tím, že se koncentrace železnatých iontů stanoví metodou standardního přídavku železnatých iontů do média s bakteriemi a analyzovaným vzorkem.