Определение тяжелых металлов в синтетических моющих средствах

Рассмотрены результаты исследований совместного определения Zn , Cd , Pb , Cu в синтетических моющих средствах методом инверсионной вольтамперометрии с применением анализатора вольтамперометрического марки ТА–4 и ртутного пленочного индикаторного электрода.

Содержание тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu и Zn) во многих видах продукции нормируется техническими нормативными правовыми актами (ТНПА) и контролируется [1,2]. Что касается синтетических моющих средств (СМС), то содержание Pb, Cd, Cu и Zn не регламентируется ТНПА и, как правило, не контролируется. Однако широкое применение СМС связано с образованием больших объемов сточных вод, которые, особенно в бытовых условиях, не подвергаются очистке, хотя и содержат ряд вредных веществ, в том числе и тяжелые металлы. Попадая в почву и водоемы, сточные воды, образующиеся в результате применения СМС, загрязняют их вредными веществами и тяжелыми металлами. В этой связи представляет интерес изучить содержание тяжелых металлов в синтетических моющих средствах.

В настоящей работе проведены исследования по определению цинка, кадмия, свинца и меди в СМС наиболее экспрессным и точным методом – инверсионной вольтамперометрией [4,5].

Для определения Zn , Cd , Pb , Сu отобраны пробы массой 0,1 г восьми широко применяемых наименований СМС, которые условно обозначены номерами, т.к. исследования проводились в неаккредитованной лаборатории БГЭУ. Каждую пробу растворяли в 10 см³ бидистиллята. Затем проводили подготовку пробы согласно [5]. С этой целью раствор СМС выпаривали при температуре 150^оС. После этого остаток растворяли в 3–3,5 см³ концентрированной азотной кислоты и снова выпаривали при температуре 180^оС, а затем прокаливали при температуре 450^оС в течение 30 минут. Образовавшийся осадок растворяли в концентрированной азотной кислоте и приливали 1,5–2 см³ 30% раствора пероксида водорода. Раствор выпаривали при температуре 180^оС, образовавшийся осадок прокаливали при температуре 450^оС в течение 30 минут. Операцию растворения осадка в концентрированной азотной кислоте с пероксидом водорода, последующее выпаривание и прокаливание повторяли до образования остатка серого цвета. Остаток растворяли в муравьиной кислоте и разбавляли бидистиллятом до 10 см³.

Определение тяжелых металлов проводили методом добавок на анализаторе вольтамперометрическом марки ТА–4 в двухэлектродной электрохимической ячейке. В качестве индикаторного использовали ртутный пленочный электрод, а в качестве электрода сравнения и вспомогательного электрода – хлорсеребряный электрод. Для каждого вида СМС проведено по четыре определения Zn , Cd , Pb , Сu . Результаты обработаны методом математической статистики: рассчитаны средние значения ( ), дисперсия ( V ), относительные стандартные отклонения ( S r ) и интервальные значения при доверительной вероятности 0,95 ( ±∆x ) [6].

Определение тяжелых металлов методом инверсионной вольтамперометрии требует выбора состава фонового электролита, потенциала и продолжительности всех стадий анализа, а также скорости развертки потенциала при регистрации вольтамперной кривой. Комплексными исследованиями модельных растворов, содержащих по 10 мкг/л Zn , Cd , Pb и Cu, было установлено, что инверсионновольтамперометрическое определение Zn , Cd , Pb и Cu с помощью анализатора марки ТА-4 и ртутного пленочного индикаторного электрода целесообразно проводить на фоновом электролите, содержащем 0,4 моль/дм³ муравьиной кислоты при следующих условиях: электрохимическая очистка индикаторного электрода при потенциале –1100 мВ в течение 20 с, накопление металлов на поверхности индикаторного электрода при потенциале –1400 мВ в течение 10–30 с (в зависимости от концентрации металлов в растворе), успокоение раствора при потенциале –1200 мВ в течение 10 с, развертка потенциала со скоростью 90 мВ/с.

Все исследования СМС на содержание Zn , Cd , Pb и Cu выполнены с использованием выбранных условий.

На рисунке для наглядности представлены вольтамперные кривые фона, пробы и пробы с добавкой для СМС № 4. Видно, что на вольтамперной кривой раствора фона в интервале потенциалов от –1200 мВ до +100 мВ отсутствуют какие–либо максимумы тока окисления (кривая 1). Это свидетельствует о чистоте фонового электролита, а именно об отсутствии в нем цинка, кадмия, свинца и меди, поскольку в условиях регистрации вольтамперной кривой возможно анодное растворение ранее сконцентрированных на индикаторном электроде только этих металлов.

Рисунок – Вольтамперные анодные кривые раствора пробы СМС № 4 на фоне 0,4 моль/дм3 муравьиной кислоты: 1 – кривая фона, 2 – кривая раствора пробы, 3 –кривая раствора пробы с добавкой. Температура 250С

На вольтамперной кривой раствора пробы СМС № 4 (кривая 2) имеется четыре максимума тока окисления предварительно сконцентрированных на индикаторном электроде металлов при потенциалах (мВ): – 910; – 550; – 300; – 40, которые соответствуют Zn , Cd , Pb , Cu . Причем максимумы тока окисления кадмия и свинца значительно ниже, чем цинка и меди. Это указывает на то, что в растворе пробы СМС 4 содержание кадмия и свинца меньше, чем цинка и меди.

Введение в раствор пробы добавки стандартного раствора, содержащего Zn , Cd , Pb , Cu , максимумы тока окисления всех определяемых металлов возрастают пропорционально увеличению их концентрации (кривая 3).

Аналогичные вольтамперные кривые получены нами и для других семи отобранных для исследования образцов СМС.

По разности вольтамперных кривых, зарегистрированных в растворе пробы с добавкой, в растворе пробы и растворе фонового электролита с использованием специальной компьютерной программы было рассчитано содержание металлов во всех видах СМС. Все результаты сведены в таблицу.

Таблица – Содержание тяжелых металлов в различных видах СМС (мг/кг)

Видно, что в СМС № 8 не содержится ни кадмий, ни свинец. Не обнаружен кадмий также в СМС № 1, № 2, № 3, № 5, № 7. В двух видах СМС № 4 и № 6 присутствуют все изученные металлы ( Zn , Cd , Pb , Cu ). Наибольшее количество Cd содержится в СМС № 6 (0,081 мг/кг).

Во всех исследованных видах СМС содержится цинк и медь. Наибольшее количество цинка наблюдается в СМС № 1 (176 мг/кг), а наименьшее – в СМС № 6 (14,5). Достаточно большое количество цинка характерно также для СМС № 3 (129 мг/кг). Незначительное количество цинка обнаружено в СМС № 5 (15,9 мг/кг).

Содержание меди в изученных видах СМС несколько меньше, чем цинка, причем наибольшее количество меди обнаружено в СМС № 6 (14,72 мг/кг). В СМС № 3 определено всего 1,78 мг/кг меди, то есть наименьшее количество.

Что касается свинца, то его содержание в СМС невелико и практически одинаково для всех изученных видов СМС (0,212 – 0,476 мг/кг).

По результатам исследований можно сделать следующие выводы.

• 1.    Совместное определение Zn , Cd , Pb , Cu в СМС на ртутном пленочном электроде с применением анализатора ТА–4 целесообразно проводить на фоне 0,4 М раствора муравьиной кислоты при потенциале концентрирования – 1400 мВ и скорости развертки потенциала 90 мВ/с.

• 2.    Методом инверсионной вольтамперометрии определено содержание Zn , Cd , Pb , и Cu в восьми видах СМС и установлено, что применение СМС может привести к загрязнению окружающей среды тяжелыми металлами.