Примеры использования биологических методов для определения содержания тяжелых металлов

Количественный анализ

Классификация методов количественного анализа

Количественный анализ

o Химические методы

o Физико-химические методы

o Физические методы

o Биологические методы

Классификация методов количественного анализа

Все существующие методы аналитической химии можно разделить на методы:

· пробоотбора

· пробоподготовки

· разделения компонентов

· обнаружения (идентификации)

· определения.

Существуют гибридные методы, сочетающие разделение и определение. Методы обнаружения и определения имеют много общего.

Методы количественного анализа — это методы определения количественного соотношения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества.

Они основаны на зависимости между составом вещества и его свойствами. Методы количественного анализа классифицируют

· по характеру измеряемого свойства (масса осадка, интенсивность окраски, объемы взаимодействующих веществ и др.)

· по способу регистрации аналитического сигнала.

Аналитический сигнал по своей природе специфичен, т. е. присущ только вполне определенным атомам, молекулам, ионам и другим частицам.

По происхождению аналитического сигнала все методы анализа можно разделить на три группы:

1. химические (гравиметрический, титриметрический и газоволюметрический),

2. физико-химические

3. физические.

Количественный анализ, совокупность химических, физико-химических и физических методов определения количественного соотношения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества. Наряду с качественным анализом Количественный анализ является одним из основных разделов аналитической химии.

По количеству вещества, взятого для анализа, различают:

§ макро-,

§ полумикро-,

§ микро-,

§ ультрамикро- методы количественного анализа.

В макрометодах масса пробы составляет обычно >100 мг, объём раствора > 10 мл; в ультрамикрометодах — соответственно 1—10^-1 мг и 10^-3—10^-6 мл.

В зависимости от объекта исследования различают

o неорганический

o органический

количественный анализ, разделяемый, в свою очередь, на:

· элементный,

· функциональный,

· молекулярный анализ.

Элементный анализпозволяет установить содержание элементов (ионов).

Функциональный анализ — содержание функциональных (реакционноспособных) атомов и групп в анализируемом объекте.

Молекулярный предусматривает анализ индивидуальных химических соединений, характеризующихся определенной молекулярной массой.

Важное значение имеет так называемый фазовый анализ — совокупность методов разделения и анализа отдельных структурных (фазовых) составляющих гетерогенных систем.

Помимо специфичности и чувствительности, важная характеристика методов Количественного анализа — точность, то есть значение относительной ошибки определения. Точность и чувствительность в Количественном анализе выражают в процентах. Точность химических методов количественного анализа находится обычно в пределах 0,005—0,1%; ошибки определения инструментальными методами составляют 5—10%, а иногда и значительно больше. Чувствительность некоторых методов количественного анализа приведена ниже (%):

Объёмный.......................................................10^-1

Гравиметрический......................................... 10^-2

Эмиссионный спектральный.........................10^-4

Абсорбционный рентгеноспектральный...... 10^-4

Масс-спектрометрический.............................10^-4

Кулонометрический....................................... 10^-5

Люминесцентный.......................................... 10^-6—10^-5

Фотометрический колориметрический......... 10^-7—10^-4

Полярографический.........................................10^-8—10^-6

Активационный................................................10^-9—10^-

Химические методы

Химические методы основаны на различных типах химических реакций:

Ø кислотно-основные,

Ø осаждения,

Ø комплексообразования,

Ø окислительно-восстановительные.

I. Гравиметрический анализ — наиболее старый, классический, но достаточно точный метод. Сущность его состоит в том, что навеску анализируемого материала переводят в раствор, осаждают нужный компонент в виде малорастворимого соединения определенного состава, отделяют осадок, освобождают его от примесей и взвешивают. Зная массу осадка, вычисляют массовую долю (%) данного компонента в веществе. Например, при определении содержания хлора в хлоридах анион С1- осаждают катионом Ag⁺ и по массе осадка хлорида серебра вычисляют массовую долю хлора.

II. Другой такой же старый классический метод — титриметрический анализ. Он основан на измерении объемов реагирующих растворов, причем концентрация раствора реактива должна быть точно известна. В титриметрическом анализе реактив приливают к исследуемому раствору только до того момента, когда они прореагируют в эквивалентных количествах. Определяют этот момент с помощью индикаторов или другими способами. Зная концентрацию и объем реактива, израсходованного на реакцию, вычисляют результат определения. Так, по количеству израсходованной щелочи находят содержание кислоты в анализируемом растворе. Большое значение в титриметрическом анализе имеют методы, основанные на реакциях комплексообразования, осаждения, окисления-восстановления.

III. Газоволюметрический анализ применяют в контроле технологических процессов. Принцип его состоит в определении объема отдельных компонентов газовой смеси, поглощаемых при пропускании через специальные реактивы. Например, содержание С0₂ в топочных газах определяют по уменьшению объема пробы после встряхивания ее с концентрированным раствором КОН, поглощающим оксид углерода (IV). В агрохимических лабораториях часто определяют содержание карбоната кальция СаС0₃ в природном известняке по объему оксида углерода (IV), выделившегося после обработки пробы НС1.

Однако химические методы не всегда удовлетворяют требованиям контроля производства. Например, они недостаточно чувствительны для определения некоторых примесей в исследуемых материалах. Помимо того, гравиметрические методы определения слишком длительны, а титриметрические имеют ограниченную область применения. Поэтому в настоящее время много внимания уделяют разработке новых, более чувствительных и быстрых (экспрессных) методов анализа. Наиболее перспективны в этом отношении физико-химические и физические методы анализа.

Физико-химические методы

Физико-химические методы основаны на регистрации аналитического сигнала, отражающего связь физических характеристик анализируемого вещества с его химическим составом и концентрацией этого вещества.

3. Физические методы

Физические методы основаны на регистрации аналитического сигнала, представляющего собой определенную физическую величину, характеризующую вещество (излучение). В этих методах, в большинстве случаев, химическая форма вещества не имеет значения, так как возникновение аналитического сигнала связано с участием электронов внутренних слоев (рентгеновский анализ) или ядер атомов (радиоактивность).

Четких границ между химическими, физико-химическими и физическими методами нет. Физико-химические и физические методы анализа часто называют инструментальными и выделяют в самостоятельную дисциплину — физико-химические методы анализа.

Биологические методы

Биологические методы анализа основаны на том, что для жизнедеятельности (роста, размножения и нормального функционирования) живых существ необходима среда строго определенного состава. При изменении этого состава, например при исключении из среды какого-либо компонента или введении дополнительного соединения, организм через какое-то время, а иногда практически сразу, подает соответствующий ответный сигнал. Установление связи характера или интенсивности ответного сигнала организма, с количеством введенного в среду или исключенного из среды компонента служит для его обнаружения и определения.

Аналитическими индикаторами в биологических методах являются различные живые организмы, их органы и ткани, физиологические функции и т. д. В роли индикаторного организма могут выступать микроорганизмы, а также растения. От характера определяемого вещества зависит выбор того или иного индикаторного организма. Обобщенным показателем эффективности действия определяемого соединения на индикаторный организм является либо выживаемость, либо летальный исход.

Диапазон определяемых содержаний, предел обнаружения соединений биологическими методами зависят от направленности и продолжительности воздействия химического соединения на организм:

Ø температуры,

Ø pH среды,

Ø уровня организации индикаторного организма, его индивидуальных, возрастных и половых особенностей.

При использовании в качестве индикаторных микроорганизмов бактерий, дрожжей, водорослей, плесневых грибов наблюдают, как с изменением химического состава питательной среды изменяется динамика роста как отдельной клетки, так и популяции в целом, и сравнивают с контрольным опытом. Интенсивность роста (размножения, угнетения) популяций оценивают чаще всего оптическим или электрохимическим методом.

При анализе почв и воды на содержание тяжелых металлов чаще всего используют плесневые грибы, инфузории и амфибии (табл.). С помощью биологических методов, возможно значительно упростить и сократить длительность анализа, оценивая степень загрязнения объекта и целесообразность его дальнейшего детального химического исследования. Биологические методы позволяют также решить ряд задач, не решаемых химическими или физическими методами, например оценить общую токсичность.

Таблица

Примеры использования биологических методов для определения содержания тяжелых металлов

Индикаторный организм	Определяемый ион	^cmin> МКГ/СМ³
Плесневые грибы	Hg²⁺	0,02
	Cd²⁺	0,5
	Zn²⁺	0,01
	Cu²⁺	0,001
	Mn²⁺	0,0002
	Fe²⁺, Fe³⁺	0,002
	CrO²-	10
Инфузории	Ag⁺	0,01
	Hg²⁺	0,05
	Cu²⁺	0,1
Амфибии	Cu²⁺	0,06 нг/см³

Применение биологических методов анализа позволяет изучить взаимное влияние соединений тяжелых металлов на степень токсичного эффекта.

С помощью биологических методов возможно значительно упростить и сократить время анализа, оценивая степень загрязнения объекта и целесообразность его дальнейшего анализа.

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 34; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!