RU2152614C1 - Способ определения содержания примесных химических элементов в природных и промышленных водах и устройство пробоотборника - Google Patents
Способ определения содержания примесных химических элементов в природных и промышленных водах и устройство пробоотборника Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152614C1 RU2152614C1 RU99107371/04A RU99107371A RU2152614C1 RU 2152614 C1 RU2152614 C1 RU 2152614C1 RU 99107371/04 A RU99107371/04 A RU 99107371/04A RU 99107371 A RU99107371 A RU 99107371A RU 2152614 C1 RU2152614 C1 RU 2152614C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- analysis
- analyzed
- granules
- impurities
- sorbent
- Prior art date
Links
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Группа изобретений применима в области инструментального химического анализа в экологии, в частности, в области анализа природной воды, ее растворов и промышленных сточных вод. При осуществлении способа анализируемые элементы концентрируют на не содержащих эти элементы и маскирующие примеси ионитах в виде 1-5 гранул размером 10-1000 мкм с последующим рентгеноспектральным микроанализом ионитов. Устройство пробоотборника включает пропускную систему, в которой установлена пластина с вмонтированными в нее 1-5 гранулами ионита размером 10-1000 мкм, а в пластине выполнены сквозные каналы для прохождения анализируемой жидкости. Достигается повышение чувствительности, упрощение и ускорение анализа. 2 с. п.ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области инструментального химического анализа в экологии, в частности, к области анализа природной воды, ее растворов и промышленных сточных вод. Требования, предъявляемые к измерениям в области экологии, характеризуются необходимостью высокой чувствительности при регистрации вредных примесей, экспрессности анализа и его упрощения в части пробоотбора, транспортировки проб, аналитического процесса.
Известны инструментальные безреагентные способы анализа содержания примесей в воде, заключающиеся в измерениях сухих остатков водных проб. Метод гравиметрии используется в сочетании с различными способами концентрирования и имеет абсолютную чувствительность до 10-5 г /Унифицированные методы анализа вод. П/р Ю. Ю. Лурье.- М.: Химия, 1971, 375 с./, что во многих случаях является недостаточным. Другими недостатками этого способа являются длительность и трудоемкость. Метод пьезомикровзвешивания, состоящий в измерении ухода резонансной частоты с увеличением осадка на пластине из пьезоматериала, имеет более высокую чувствительность (до 10-9 г/Гц или до 10-11 г)/ М.С. Чупахин и др. Анализ атмосферных аэрозолей методом пьезокварцевого микровзвешивания. Ж. Аналитическая химия, 1978, т.33, N6, с.1175-1183/. Однако сложная электронная система измерений и ее ненадежность для анализа жидких сред не позволяет использовать этот метод для анализа водных проб.
Радиоаналитические методы (радиоиндикаторные, нейтроно-активационные и др.) имеют абсолютную чувствительность до 10-10 - 10-12 г /Ю. Тельдеши, Ю.В. Яковлев, Г. Н. Билимович. Диагностика окружающей среды радиоаналитическими методами. -М.: Энергоатомиздат, 1985, 193 с./.
Недостатками являются трудность учета радиоактивного фона, сложности в приготовлении пробы, необходимость наличия ядерного реактора в нейтроно-активационном анализе и др., что значительно ограничивает их применения. Методы атомной спектроскопии (атомно-абсорбционая и атомно-флуоресцентная спектроскопия) обладают высокой чувствительностью до 10-11 - 10-13г /А.З. Рязапов. Оценка чувствительности атомно-абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии с электротермической атомизацией проб/. Благородные металлы и алмазы в новых областях техники: Сб.научных трудов института Гиналмаззолото,- М. : ЦНИИцветмет, 1991, с. 173-180. Т.К. Айдаров и др. Спектральные методы определения вредных неорганических веществ в природных и сточных водах и воздушной среде. Аналитическое приборостроение. Методы и приборы для анализа жидких сред. Матер. Всес.совещания, Тбилиси, 1976, с.375-380, /и находят достаточно широкое применение в анализе воды. При этом их существенными недостатками являются следующие. Пробу необходимо довести до атомарного состояния (т. н. атомизация), что значительно усложняет пробообразование. Например, сжигание пробы в пламени электротермическим путем приводит к значительным энергозатратам. Малое время пребывания анализируемых атомов в пламени снижает чувствительность и ухудшает метрологические характеристики.
Существенными недостатками методов атомной спектроскопии являются сложность и длительность приготовления объектов для получения оптических спектров. Например, для приготовления пробы для анализа осадков на фильтре приходится проводить озоление при 600oC, либо растворять смесью кислот материал фильтра и выделять центрифугированием анализируемое вещество, после чего проводить сжигание в источнике возбуждения спектров (пламени). Известен метод лазерной масс-спектроскопии, обладающий высокой чувствительностью до 10-13 - 10-16 г /В.Н. Назаров и др. Анализ неорганических растворов методом лазерной масс-спектрометрии с ионнообменным концентрированием примесей в высокопористом слое кремния. Ж. Аналит.химия, 1991, т.46, N9, с. 1760-1766/. Однако сложность и малодоступность аппаратуры, а также трудности с приготовлением стандартов делают затруднительным использование этого метода в широких масштабах, необходимых в области экологии. Также высокую чувствительность до 10-11 - 10-15 г имеют методы вторично-ионной масс-спектрометрии, оже-спектрометрии, фотоэлектронной спектроскопии /Ф.А. Гимельфарб. От микро- к аттоанализу (Проблемы локального анализа и анализа поверхности). Российский химический журнал, 1994, T.XXXVIII (Проблемы аналитической химии), С.58-64./. При этом методы являются в основном качественными, в некоторых случаях полуколичественными, вследствие серьезных трудностей в приготовлении образцов сравнения и в разработке адэкватных физических моделей. В количественном отношении более развит высокочувствительный (до 10-16г) метод электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа /Растровая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ (часть II). Дж.Голдстейн и др. , п/р В. И. Петрова, -М.: Мир, 1984, 349 с./, но существующие трудности приготовления водных проб, например, путем упаривания также снижают его эффективность.
Таким образом, вышеописанные методы имеют либо низкую чувствительность, либо являются длительными, трудо- и энергоемкими в отношении приготовления проб и проведения анализов, требующими сложного оборудования, в ряде методов возникают трудности с приготовлением образцов сравнения.
Цель изобретения состоит в повышении чувствительности и экспрессности анализа, а также в его упрощении.
Поставленная цель достигается за счет концентрирования определяемых примесных элементов на отдельных миниатюрных гранулах сорбента, воспроизводимых по весу и размеру.
Особенность такого способа заключается в концентрации на грануле примесных элементов из сильно разбавленных водных растворов за короткое время с последующим рентгеноспектральным микроанализом каждой отдельной гранулы. Эффективность такого способа анализа определяется, во-первых, чистотой самого сорбента (ионита), которая достигается путем отмывки сорбента и контролируется анализом состава ионита, который не должен содержать анализируемые элементы (например, тяжелые металлы) и маскирующие примеси (например, фосфор, серу). Из промышленных ионитов достаточно чистыми являются, например, КБ4, КБ4П2, АНКБ-2, АН-31. Во-вторых, эффективный индустриальный контроль обеспечивается простотой пробоотбора, пересылки проб, их архивирования. Возможность брать, хранить и пересылать пробы воды и ее растворов в виде миниатюрных гранул ионитов позволяет проводить множество измерений и при необходимости выполнять мониторинг состояния воды. В третьих, рентгеноспектральный микроанализ гранулы ионита обеспечивает результат измерения содержания примесного элемента за несколько минут с чувствительностью до 10-16 г/л, которая является в настоящее время одной из самых высоких в инструментальном анализе, намного перекрывающей величины предельно допустимых концентраций (ПДК) по вредным примесям при удовлетворительной точности (около 2 отн.%) и относительной простоте рентгеноспектрального анализа/ Растровая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ (часть II) Дж.Голдстейн и др. , п/р В.И. Петрова,- М.: Мир, 1984, 349 с./. Кроме того, неразрушающий характер анализа позволяет проводить повторные измерения, например, на другом приборе.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ анализа, заключающийся в концентрировании примесей на ионитах в колонках, смывке ионита промывающим раствором, упариванием воды и рентгеноспектральным анализом осадка /Заявка N 53-37148(025 D 21/16, 1978, N 11, Япония. Ионнообменное концентрирование тяжелых металлов/. Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для отбора проб, содержащее колонку с загруженным ионитом, имеющую вход и выход для подачи и слива жидкости /А.С. N 801879, B ОI 47/02 от 07.02.1981 г., СССР. Устройство для отбора проб/. Недостатками известного способа (прототипа) являются низкая чувствительность, длительное время и трудоемкость анализа. Это объясняется тем, что процесс сорбции и отмывки в сорбционной колонке длителен и трудоемок, требует дополнительных реагентов. Низкая чувствительность обусловлена большим объемом сорбента, по которому распределены сорбированные примеси. Повышение их концентрации за счет длительного пропускания жидкости через колонку увеличивает время анализа и требует больших анализируемых объемов.
Недостатком известного устройства (прототипа) является то, что конструкция пробоотборника не позволяет работать с малым количеством ионита и в полевых условиях.
Техническая задача изобретения состоит в увеличении чувствительности анализа, сокращении времени и упрощении анализа, а также в разделении процесса пробоотбора, хранения, транспортировки проб с их лабораторным анализом в удобное время в стационарной или передвижной лаборатории. Отсутствие необходимости доставки в лабораторию больших объемов анализируемой воды и возможность многократных повторных измерений, в том числе и на других приборах, также входит в техническую задачу изобретения.
Технический результат при осуществлении заявленного способа состоит в том, что в качестве сорбента применяются иониты в виде одной или нескольких гранул размером 10-1000 мкм и массой соответственно 10-9 - 10-30г. Чем миниатюрнее гранула, тем выше чувствительность и экспрессность анализа, так как за короткое время на ионите создается большая концентрация определяемых элементов, однако слишком малый размер гранулы создает трудности при ее монтаже и извлечении. Оптимальными размерами являются 100-50 мкм. Помимо указанных ионитов подходящим сорбентом может быть пористый полистирол с гранулами 100-200 мкм в диаметре и весом 1-8 мкг. Относительная спектральная чистота полистирола позволяет определить наличие любого элемента тяжелее натрия. Следы тяжелых элементов в потоках воды возможно обнаружить при использовании фосфорно-кислых ионитов типа полиакрилов в сочетании с другими ионитами. Для этого используют конструкцию проточного пробоотборника, который содержит одну или несколько гранул, омываемых потоком воды или водного раствора, закрепленных в кассете в виде пластины. Кассета подключается к мерному объему анализируемой жидкости, либо омывается непрерывным потоком жидкости в водоеме или в резервуаре. Пропущенная через пробоотборник вода при необходимости может быть дополнительно проанализирована на органические примеси и т. п. Таким образом, миниатюрная гранула ионита, закрепленная в кассете, на которой может быть нанесена вся необходимая информация (место и дата пробоотбора, условия пробоотбора и др.), становится носителем подлежащих определению примесных химических элементов.
Сравнительный анализ с прототипом способа показал, что заявленный способ, отличающийся тем, что вместо концентрирования примесей на сорбенте в колонках, последующей смывки сорбированных примесей специальными растворами, их упаривания и дальнейшего анализа сухого остатка, концентрирование производят непосредственно на отдельных миниатюрных гранулах ионитов и проводят анализ непосредственно этих гранул в высушенном состоянии.
Заявленное устройство отбора проб (см. чертеж) отличается от прототипа тем, что вместо сорбционной колонки с загруженными в нее гранулами сорбента применяют кассету, в которой установлена пластина с вмонтированной в нее одной или несколькими миниатюрными гранулами ионита. Эти гранулы омываются потоком анализируемой жидкости, протекающей через входной и выходной патрубки.
Заявленный способ и заявленное устройство соответствуют критерию охраноспособности изобретения "новизна". Сопоставление с уровнем техники показало, что в заявленном техническом решении результат получается за счет отличительных признаков, не вытекающих явным образом из известных технических решений, что соответствует критерию "изобретательский уровень".
Обозначения на чертеже: 1 - кассета, 2 - выпускные патрубки, 3 - впускной патрубок, 4 - крышка кассеты, 5 - пластина с гранулами сорбента.
Пример 1. Через трубку с вмонтированной в ней гранулой ионита полиакрилата размером 500 мкм в течение 30 мин пропускают 1 л воды, содержащей введенные примеси элементов: U(~10-4 г/л), Fe(~10-7 г/л), Cu(~10-5 г/л), Zn(~ 10-5 г/л), Cr(~ 10-5 г/л), Pb(~10-9 г/л). После этого гранулу извлекают из трубки, покрывают тонким токопроводящим покрытием и в течение 15 мин производят определение элементов, содержащихся в воде, при помощи, например, рентгеноспектрального микроанализатора JSM 35 CF с приставкой LINK. В результате установлено наличие в грануле одновременно всех 6-ти введенных элементов в количестве: U (3,5 мас.%), Fe (0,05 мас.%), Cu (1,1 мас.%), Zn(1,0 мас.%), Cr(0,1 мас.%), Pb (0,3 мас.%). Время, необходимое на пробоподготовку и анализ, находится в пределах 100 мин, в то время как для прототипа оно составляет несколько часов для определения одного элемента.
Пример 2. Берут гранулу ионита АНКБ-2 размером 100 мкм, монтируют в устройство для отбора проб (кассету в виде пластины). Затем через гранулу пропускают 250 мл водного раствора ацетата свинца, содержащего 7,5 мкг свинца, что соответствует ПДК на свинец, равной 3.10-5 г/л. Затем с гранулой производят действия подобно примеру 1.
Измеренная концентрация Pb в грануле составляет 1,4 мас.%. Так как предельно регистрируемая указанным методом концентрация свинца составляет 0,1-0,01 мас. %, то чувствительность заявленного метода в данном случае составляет 10-13 г/л, что превышает ПДК по свинцу на 1, 2 порядка. При пропускании через гранулу сорбента 1 м3 жидкости чувствительность увеличивается до 10-16 г/л. Время, необходимое для отбора пробы и анализа, составляет около 60 мин, в то время как для прототипа это время составляет несколько часов в условиях большой трудоемкости и сложности анализа. Таким образом, по чувствительности, экспрессности и простоте анализа заявленный способ и заявленное устройство превосходят прототип.
Claims (2)
1. Способ определения примесей химических элементов, например тяжелых металлов, в воде и в ее растворах, включающий концентрирование анализируемых элементов сорбентом, получение рентгеновских спектров сорбента и определение по спектрам типа и количества примесей, отличающийся тем, что в качестве сорбента применяют иониты, не содержащие анализируемые элементы и маскирующие примеси, в виде 1 - 5 гранул размером 10 - 1000 мкм, сорбируют на грануле примесные элементы из анализируемого объема жидкости и методом рентгеноспектрального микроанализа определяют примеси с чувствительностью до 10-16 г/л.
2. Устройство пробоотборника для реализации способа по п.1, состоящее из пропускной системы для протока жидкости, в которой размещен сорбент, отличающийся тем, что пропускная система представляет собой кассету, в которой установлена пластина с вмонтированными в нее 1 - 5 гранулами ионита размером 10 - 1000 мкм и с выполненными в кассете входным и выходным патрубками для прохождения анализируемой жидкости, омывающей гранулу.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107371/04A RU2152614C1 (ru) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | Способ определения содержания примесных химических элементов в природных и промышленных водах и устройство пробоотборника |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107371/04A RU2152614C1 (ru) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | Способ определения содержания примесных химических элементов в природных и промышленных водах и устройство пробоотборника |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2152614C1 true RU2152614C1 (ru) | 2000-07-10 |
Family
ID=20218356
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99107371/04A RU2152614C1 (ru) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | Способ определения содержания примесных химических элементов в природных и промышленных водах и устройство пробоотборника |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2152614C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2484452C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2013-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Институт физической оптики" | Способ рентгенофлуоресцентного определения микроэлементов с предварительным их концентрированием из сверхмалых проб воды и водных растворов |
RU2611390C2 (ru) * | 2015-07-09 | 2017-02-21 | Российская Федерация Федеральное государственное унитарное предприятие "Научный центр "Сигнал" | Способ определения примесей органических веществ в воде и ее растворах |
RU2714832C1 (ru) * | 2019-04-26 | 2020-02-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ определения состава раствора по кинетике набухания в нем полимерного геля |
-
1999
- 1999-04-05 RU RU99107371/04A patent/RU2152614C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Арширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. - Л.: Химия, 1986, с.273 - 286. Мясоедова Г.В. и др. Журнал аналитической химии. - 1986, т. 14, вып. 3б с. 477 - 480. Фролов М.М. и др. Журнал аналитической химии. - 1988, т.43., в 1, с. 84 - 88. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2484452C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2013-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Институт физической оптики" | Способ рентгенофлуоресцентного определения микроэлементов с предварительным их концентрированием из сверхмалых проб воды и водных растворов |
RU2611390C2 (ru) * | 2015-07-09 | 2017-02-21 | Российская Федерация Федеральное государственное унитарное предприятие "Научный центр "Сигнал" | Способ определения примесей органических веществ в воде и ее растворах |
RU2714832C1 (ru) * | 2019-04-26 | 2020-02-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ определения состава раствора по кинетике набухания в нем полимерного геля |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Liu et al. | Analytical chemistry in a drop | |
Krupa | Sampling and physico-chemical analysis of precipitation: a review | |
CN102445442B (zh) | 智能通用型测汞装置及其检测方法 | |
Akagi et al. | Simultaneous multielement determination of trace metals using 10 mL of seawater by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry with gallium coprecipitation and microsampling technique | |
Fishman | Determination of mercury in water | |
JP4118281B2 (ja) | マルチチャネル構造に基づく蛍光センサー | |
Shan et al. | Microextraction based on microplastic followed by SERS for on-site detection of hydrophobic organic contaminants, an indicator of seawater pollution | |
Kalyan et al. | Membrane optode for mercury (II) determination in aqueous samples | |
US3711248A (en) | Method and apparatus for mercury concentration measurement | |
RU2152614C1 (ru) | Способ определения содержания примесных химических элементов в природных и промышленных водах и устройство пробоотборника | |
Ross et al. | Environmental air analysis for ultratrace concentrations of beryllium by gas chromatography | |
US3726646A (en) | Apparatus to oxidize biological material | |
Kay | Analytical methods used in air pollution study | |
Takata et al. | A sensitive and simple analytical method for the determination of stable Cs in estuarine and coastal waters | |
Howe et al. | The quantitative determination of flotation agents adsorbed on mineral powders, using differential thermal analysis | |
Martin-Landa et al. | Determination of organotins in fish and sediments by gas chromatography with flame photometric detection | |
Mishra et al. | Interaction of cesium bound fission product compounds (CsI and CsOH) with abundant inorganic compounds of atmosphere: Effect on hygroscopic growth properties | |
Hillis | The history of microanalysis | |
Buat-Menard et al. | Multi-element neutron activation analysis measurements towards the geochemistry of particulate matter exchange between continent—Atmosphere—Ocean | |
Khamizov et al. | New low detection limits for EDXRF analyses on the basis of polycapillary optics and chemical sensors | |
Iwatsuki et al. | X-ray analysis of airborne particulates collected by an Andersen sampler. Compound and elemental distributions vs. particle size of laboratory particulates | |
Phillips et al. | Instrumentation for water quality monitoring | |
Alimarin et al. | New methods of inorganic ultramicroanalysis under the microscope | |
El-Bahy et al. | Revolutionizing scandium detection in real samples: Unleashing the power of sol–gel-based optical sensor | |
Patterson Jr et al. | Automatic operations in analytical chemistry |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050406 |