2.1 Атомно-адсорбційний метод спектрального аналізу
Визначення важких металів в ґрунті проводиться методом спектрометрії атомної абсорбції з полум'яною і безполуменевою атомізацією. Як правило, при необхідності контролю за техногенним забрудненням ґрунтів важкими металами, прийнято визначати валовий вміст металу. Проте валовий вміст не завжди може характеризувати ступінь небезпеки забруднення ґрунту, оскільки ґрунт здатний зв'язувати сполуки металів, переводячи їх в недоступні рослинам форми. Правильніше говорити про роль "рухомих" і "доступних" для рослин форм [8].
Метод атомно-абсорбційного спектрального аналізу (ААСА), як правило, застосовується при дослідженні ґрунтів, рослин та добрив. Він має низку переваг: чуттєвість, досить високий рівень відтворення результатів, легкість виконання аналізів. Метод дозволяє визначити на атомно-абсорбційному спектрофотометрі (рис. 2.1) до 70 елементів, переважно металів.
Рисунок 2.1 – Атомно-абсорбційний спектрофотометр С-115 М1
При контролі забруднення природних об’єктів важкими металами, а також для вивчення їх поведінки в ґрунтах і рослинах ААСА став практично основним в цих дослідах. Метод атомної абсорбції базується на використанні здатності вільних атомів певних елементів селективно поглинати резонансне випромінювання з певною довжиною хвилі, яка притаманна кожному елементу [7].
Принцип методу полягає в тому, що для кількісного визначення використовується здатність атомізованих, тобто визволених від хімічних зв’язків елементів, селективно поглинати у вузькому діапазоні довжини хвиль емісію збуджених атомів тих самих хімічних елементів. Звільнення елементів від хімічних зв’язків, дисоціація досягається вприскуванням розчину елементу, що аналізується, у полум’я, де іони металу переходять у стан атомного пару. Механізм атомізації розчину зразка складається з декількох ступенів. Розпилювач перетворює розчин в аерозоль, який подається на пальник і вприскується в полум’я. В полум’ї краплі повинні висохнути, залишок – розплавитись і випаритись, а всі сполуки – дисоціювати до вільних атомів [7].
Рухомі форми металів витягуються різними екстрагентами залежно від типу досліджуваних ґрунтів і властивостей металу. В якості екстрагентів використовують кислоти, різні солі, буферні розчини, дистиліровану воду.
Рекомендується використовувати 1 M ANO3 або 1 M HCl і ацетатно-аммонійний буферний розчин з pH 4,8. Екстракцію проводять з окремих навішувань ґрунтів в двократній повторності. Розчини готують в день проведення аналізу і використовують для градуювання приладу. Державний стандартний зразок розчину металів призначений для градуювання аналітичних приладів і контролю правильності результатів аналізу на атестовані елементи атомною абсорбцією, спектрометричними і іншими методами.
Спектрофотометр Analytik Jena серії SPECOL застосовується для кількісного визначення широкого круга елементів і з'єднань (фосфору, алюмінію, заліза, кальцію, магнію, нітратів, нітриту, аміаку і іонів амонію) в природних водах, водних витяжках ґрунтів (рис. 2.2).
Рисунок 2.2 – Спектрофотометр Analytik Jena серії SPECOL
Більшість атомів у полум’ї знаходиться, головним чином, в енергетичному стані, в якому вони можуть поглинати резонансне випромінювання з відповідною довжиною хвилі, яке створюється лампою з порожнистим катодом, виготовленим з елементу, що визначається. Поглинання випромінювання обчислюється монохроматором, який ізолює дану лінію від інших ліній спектру і вимірюється реєструючим обладнанням. Полум'яна фотометрія PFP-7 (рис. 2.3) застосовується для визначення натрію і калію у водних витяжках для цілей агрохімічного аналізу.
Рисунок 2.3 – Полум'яний фотометр PFP-7
Оскільки тільки елемент, який випробовується, може поглинати випромінювання хвиль даної довжини в певній, дуже вузькій області спектру, цей метод дуже специфічний. Він дозволяє з високою чутливістю визначати багато елементів, тому що не збуджені атоми, на яких базується аналіз, складають абсолютну більшість від загального числа атомів та їх чисельність мало змінюється від температури та інших умов [7].
Даний метод забезпечує виконання вимірювання масової концентрації елементів у ґрунтах із відносною похибкою, значення якої при довірчій імовірності P=0,95, для результату, середнього з двох паралельних вимірювань, не перевищує для цинку 23 %, кадмію 30 %, нікелю 11 %, кобальту 7 %, мангану 21 %, заліза 19 %, плюмбуму 4 %, міді 9 % [7].