УДК 614.7

Инверсионное вольтамперометрическое определение свинца в объектах природного происхождения

Оксененко Ольга Ивановна ­­– кандидат химических наук, доцент Курского государственного медицинского университета.

Старосельцев Даниил Михайлович – студент Курского государственного медицинского университета.

Аннотация: В статье рассматривается определение содержания одного из основных токсикантов нашей биосферы - свинца методом инверсионной вольтамперометрии. В ходе исследования было установлены концентрации свинца в в поверхностной и водопроводной водах, в биологически активной добавке мумие.

Ключевые слова: свинец, инверсионная вольтамперометрия, водопроводная вода, поверхностные воды, мумие.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и их соединениями всегда являлось и является одной из самых актуальных экологических проблем. Свыше 90% всех болезней человека прямо или косвенно связано с состоянием окружающей среды, являющейся или причиной возникновения заболеваний, или способствующей их развитию. Особую опасность представляют тяжелые металлы, вызывающие аллергию, сердечно-сосудистые, онкологические заболевания. Их называют генетическими ядами, поскольку в силу своей способности к накоплению могут аккумулироваться в организме и проявиться спустя много лет в форме наследственных заболеваний и умственных расстройств [1, с. 3].

Свинец практически для всех регионов России является основным антропогенным токсичным элементом. Источниками поступления свинца в окружающую среду являются выбросы металлургических предприятий, автомобильного транспорта, работающего на этилированном бензине, полиграфических и лакокрасочных предприятий, использование инсектицидов, содержащих свинец и др. За последние годы содержание этого тяжелого металла в окружающей среде возросло более чем на порядок.

Свинец является сильнейшим канцерогеном и мутагеном для живого организма, поражающим пищеварительную, мочевыделительную, кровеносную, центральную и периферическую нервную системы. Симптомами отравления являются свинцовая кайма на краю десен, коричневато-желтый налет на зубах, свинцовая колика, характеризующаяся поражением всех систем организма. При поступлении через дыхательные пути (выхлопные газы, выбросы при добыче или выплавке) свинец сразу же поступает в кровь, где его токсический эффект максимален. Этот металл вызывает такие нарушения как: энцефалопатия, нефропатия, анемия, потеря слуха, бесплодие, гипертония, понижение скорости нервной проводимости, приводящие к снижению умственного развития детей, уменьшению синтеза гемоглобина, снижению продолжительности жизни и в конечном счете при максимальной концентрации к гибели организма [2, с. 7]. Очень важно понимать, что при систематическом поступлении свинца в организм происходит его накопление, которое является недиагностируемым до тех пор, пока значение концентрации иона не станет критическим для развития токсического отравления. Для человека токсичными являются суточные дозы свинца от 0,35 мг [1, с. 11], летальная доза - 10 г [2, с. 9]. Но из-за его крайне негативного воздействия на человека (особенно на детей) и способности аккумулировать, можно считать, что свинец вообще не имеет безопасной концентрации для человека.

Одним из источников попадания в организм свинца является вода, что объясняет необходимость ее дополнительной очистки и постоянного контроля качества. Не менее важным является мониторинг содержания свинца в продуктах питания и биологически активных добавках. Таким БАД, потенциально содержащим свинец и др. токсиканты, является препарат под названием «Мумие». Мумие - это сложный органо-минеральный комплекс, представляющий собой обработанные окаменевшие экскременты летучих мышей и грызунов, содержащий большое количество биологически активных веществ: аминокислот, дубильных веществ (галловая кислота), витаминов B12, C (аскорбиновая кислота), E, каротиноидов, непредельных жирных кислот и др. К неорганической части мумие относятся калий, натрий, магний, кальций, медь, кобальт, ванадий, никель, хром, серебро, цинк, золото, железо, свинец. Содержание свинца, никеля, ванадия в мумие в первую очередь должно сводиться к их полному отсутствию или минимальному содержанию.

При определении концентрации свинца в природных объектах необходимо использовать высокочувствительные методы анализа. Современные методы определения свинца, удовлетворяющие этому условию представлены в таблице 1.

Таблица 1. Методы определения свинца.

Метод	Чувствительность
Атомно-адсорбционная спектрометрия	0,1 мкг/л
Масс-спектрометрия	2 нг/л
Рентгено-флуоресцентный анализ	0,02 мкг/л
Нейтронно-активационный анализ	1 мкг/л
Инверсионная вольтамперометрия	0,2 мкг/л

Вместе с тем, представленные в таблице методы, имеют ряд недостатков - высокая стоимость оборудования и возможные помехи, ухудшающие предел обнаружения (масс-спектрометрия), малая чувствительность при определении примесей самого элемента (нейтронно-активационный анализ), высокая требовательность к чистоте химической посуды и анализ значений тока пика определяемых элементов для выбора оптимальных условий проведения эксперимента (инверсионная вольтамперометрия) [3, с. 188, с. 203, с. 210, с. 215].

Целью нашей работы явилось определение содержания ионов свинца в трех объектах – в поверхностных водах в период активного таяния снега (г. Курск, р. Тускарь в районе ул. Ямской), в водопроводной воде (центральная часть города) и в биологически активной добавке "Мумие" разных производителей.

Для проведения исследования нами был использован метод инверсионной вольтамперометрии, обладающий рядом преимуществ в сравнении с другими методами - легкостью автоматизации, быстротой манипулирования, простотой подготовки пробы к анализу, доступностью, а главное - высокой чувствительностью [4, с.172].

Работа проводилась на вольтамперометрическом анализаторе ТА – 4, сопряженном с компьютером программным обеспечением TA-Lab. Использовалась трехэлектродная ячейка с рабочим амальгамным электродом с микропленочным ртутным покрытием, полученным нанесением пленки ртути на электропроводящую серебряную подложку. В качестве вспомогательных электродов и электродов сравнения выступал насыщенный хлоридсеребряный электрод. Оптимальным фоном для определения ионов свинца являлась концентрированная муравьиная кислота. Для приготовления рабочих растворов использовались растворы ионов свинца ГСО 7778-2000 с концентрацией 1000 мг/л, с последующим их разведением бидистиллированной водой до 1 мг/л и 0,1 мг/л. Все растворы для проведения исследований готовились из реактивов марки «хч» на бидистиллированной воде.

На предварительном этапе выполнялась проверка на чистоту электрохимической ячейки и химической посуды путем регистрации вольтамперограммы фонового раствора, а также устанавливались оптимальные условия проведения эксперимента: потенциал на стадии регенерации 250 мВ, потенциал на стадии накопления -1150 мВ, потенциал на стадии успокоения -1200 мВ, время накопления - 60 c, скорость развертки потенциала – 80 мВ/с, время регенерации 10 с.

Исследовались следующие образцы: проба №1 – природная речная вода (р. Тускарь, в районе ул. Ямская), проба №2 - водопроводная вода (Центральный округ г.Курска), проба №3 – талая вода, взятая вдали от автотрассы, проба №4 - талая вода, взятая около автотрассы, проба №5 – водный раствор БАД (Алтайское мумие), проба №6 - водный раствор БАД (Эвалар). Анализ выбранных водных объектов проводился без предварительной пробоподготовки. Таблетки, содержащие очищенное мумие, массой 0,2 г растворялись в 100 г бидистиллята. Растворы проб с неизвестной концентрацией ионов свинца объемом 9 мл вносились в электрохимическую ячейку. В каждый стаканчик добавлялось 0,5 мл муравьиной кислоты в качестве фонового электролита. Для расчета содержания свинца использовался метод добавок стандартного раствора.

Ток пика свинца был зарегистрирован на всех полученных вольтамперограммах, что свидетельствует о наличии данного элемента в определяемых образцах. Электрохимический потенциал аналитического сигнала свинца имел значение -0,40 В. На рисунке 1 представлен вид одной из полученных вольтамперограмм (проба №1).

 

Рисунок 1. Вольтамперограмма пробы № 1.

*Обсуждение кадмия не является предметом изучения в рамках данной работы

Результаты количественного определения представлены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты вольтамперометрического определения содержания свинца в различных объектах (Р=0,95).

Объект исследования	Концентрация, мкг/л	Концентрация мкг/кг
Проба №1	2,8±0,4	-
Проба №2	4,9±0,6	-
Проба №3	9,8±0,8	-
Проба №4	31,4±0,8	-
Проба №5	-	253±38
Проба №6	-	844±126

Согласно нормам, установленным СанПин 2.1.4.1074-01 (вода), содержание свинца должно быть не более 0,03 мг/л [5, с. 151]. Анализ полученных данных позволяет утверждать, что содержание свинца в не превышает допустимые нормы в пробах № 1-3 . При этом повышенное содержание свинца в водопроводной воде (проба №2) по сравнению с речной водой (проба №1) вероятно вызвано вторичным загрязнением, связанным с материалом водных коммуникаций. В пробе №4 содержание свинца ожидаемо превышает установленные нормы из-за автомобильных выбросов. Согласно требованиям к биологически активным добавкам, предельно допустимая концентрация свинца в мумие– 6 мг/кг. Полученные результаты анализа двух образцов мумие (пробы №5 и №6) не выходят за границы допустимых концентраций.

Таким образом, проведено определение содержание свинца в поверхностной и водопроводной водах г. Курска и в биологически активной добавке мумие двух торговых марок. В ходе проведенного исследования установлено повышенное содержание свинца в талых водах возле автомобильных трасс, в остальных изученных объектах концентрация свинца не превышает нормативные значения.

Данные о содержании свинца в различных природных объектах, полученные с помощью высокочувствительных методов, важны для понимания общих тенденций его миграции в природе и принятия своевременных мер по устранению негативного влияния данного токсичного элемента на живые организмы.

Список литературы

1. Соколов О.А., Черников В.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Книга 1. Атлас распределения тяжелых металлов в объектах окружающей среды. – Пущино.: ОНТИ ПНЦ РАН, 1999. – 161 с.
2. Илларионова Е.А. Химико-токсикологический анализ тяжелых металлов: учебное пособие / Е.А. Илларионова, И.П. Сыроватский.. – Иркутск: ИГМУ, 2016. – 58 с.
3. Полянский Н.Г. Свинец / под ред. Н.А. Филлипова. - М.: Наука, 1986. – 357 с.
4. Хенце Г. Полярография и вольтамперометрия. Теоретические основы и аналитическая практика. – М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 284 с.
5. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Гигиенические нормативы содержания химических веществ в врде для контроля миграции вредных химических веществ из материалов и реагентов, применяемых в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения [Минюст России. - 31 октября 2001 г.]/[Электронный ресурс] - № 3011 - 2001. - Режим доступа: http://71.rospotrebnadzor.ru/upload/iblock/dc9/dc9696d129043734cfc9d6886e48d33e.pdf.