25. Вольтамперометричні методи дослідження об'єктів навколишнього середовища

Вольтамперометрія — електрохімічний метод якісного та кількісного аналізу, який ґрунтується на реєстрації вольт-амперних кривих — залежності між силою струму І у колі електролізера і напругою поляризації Е при електролізі розчину або розплаву досліджуваної речовини.

Вольтамперометрія. Цю групу методів поділяють на два типи:

• полярографічний аналіз, що ґрунтується на про­цесі електролізу і вивченні залежності сили струму від прикладеної напруги. Цим методом у природних водах і ґрунтах визначають вміст цинку, кадмію, свинцю, міді з попереднім екстракційним відокремленням токсич­них елементів — залишкову кількість свинцю у вино­градному соку з чутливістю 0,002 мг/л; токсичні еле­менти в продуктах, повітрі, стічних водах; концентра­цію вітамінів, ферментів, гормонів в організмі людини; діагностують захворювання;

• амперометричне титрування, яке дає змогу визна­чати аніони, для яких немає точних і швидких титро­метричних методів: С₂0БО/", СО^, РО|", МоО|", а та­кож багато органічних сполук.

Абсорбційна інверсійна вольтамперометрія є мето­дом визначення понад 40 катіонів металів, аніонів, ор­ганічних сполук (білків, ферментів, лікарських препа­ратів, пестицидів, стимуляторів росту тварини) у різ­них екологічних об'єктах.

Практика проведення

У розчин занурюють індикаторний мікроелектрод, на якому досліджувана електрохімічно активна (електроактивна) речовина — деполяризатор відновлюється чи окиснюється, і неполяризований допоміжний електрод, потенціал якого залишається практично незмінним при електролізі. Зміна потенціалу мікроелектрода під дією прикладеної напруги спричиняє виникнення струму у колі. Потенціал ц мікроелектрода відносно допоміжного електрода менший за Е на величину омічного спаду напруги у розчині IR, де R — електричний опір розчину. З метою зменшення R до розчину додають надлишок індиферентного електроліту (фонового), іони якого не відновлюються і не окиснюються в умовах електролізу. Фоновий електроліт також дозволяє усунути міграційний струм, який виникає за рахунок міграції частинок деполяризатора під дією електричного поля.

25. Радіометричні метоли аналізу концентрацій хімічних речовин у довкіллі

Радіометричні методи аналізу концентрацій хі­мічних речовин (сполук) у довкіллі. Основою їх є вияв­лення й вимірювання природної і штучної радіоактив­ності. Для кількісної характеристики радіоактивності послуговуються поняттями «абсолютна активність радіо­активних речовин», яку вимірюють у кюрі, і «питома активність» (радіоактивність одиниці маси речовини, тобто міри відносного вмісту радіонуклідів у досліджу­ваному зразку), яку виражають кількістю розпадів за хвилину або секунду і вимірюють у беккерелях.

За природною радіоактивністю можна кількісно визначити понад 20 хімічних елементів, зокрема уран, торій, радій, актиній. Калій можна виявити у воді в концентрації 0,05 моль/л. Природна радіоактивність вказує на наявність уранових руд, чим користуються під час їх пошуку за допомогою авіації та супутників. Радіонукліди застосовують для виявлення пошкоджень у газопроводах, місцях витікання води з магістральних колекторів стічних і каналізаційних вод.

До радіометричних методів аналізу концентрації хі­мічних речовин належать такі:

• активаційний аналіз (опромінення нерадіоак- тивних елементів нейтронами, протонами та іншими високоенергетичними часточками, внаслідок чого вони набувають радіоактивності);

• відносний метод аналізу (опромінення за однако­вих умов досліджуваного зразка й еталона з відомим вмістом елемента, який є об'єктом дослідження. Часто зразок після опромінення розчинюють, концентрують його методами осадження, співосадження, екстракції, хроматографії і визначають активність продуктів розді­лення);

• ізотопне розбавлення (введення ізотопа елемента в аналізований розчин, що набуває активності; відтак цей елемент переводять в осад (екстрагують, хромато- графують) і визначають активність розчину після його видалення. За різницею визначають активність осаду (екстракту, елюату) і обчислюють вміст компонента в зразку);

• рентгеноспектральний аналіз (ґрунтується на послабленні інтенсивності рентгенівського випроміню­вання під час проходження крізь пробу. У рентгенофлю- оресцентному аналізі на пробу діє первинне рентгенів­ське випромінювання, під впливом якого виникає вто­ринне рентгенівське випромінювання проби, характер якого залежить від якісного та кількісного складу ана­лізованої речовини).

25. Мас-спектрометричний аналіз об'єктів довкілля

6

Мас-спектрометрія основана на розділенні газопо­дібних йонів у магнітному полі залежно від відношення величини маси йона до його заряду, яке впливає на інтенсивність сигналу. Особливістю методу є дослі­дження малих об'ємів проб і висока вибірковість. Засто­совують його переважно для визначення відносних ізо­топних мас та ізотопного вмісту елементів, а також відносних молекулярних мас і структури органічних речовин. Мас-спектрометрією виявляють у ґрунті над­звичайно небезпечну забруднюючу речовину — тетра- хлордибензолдіоксин у концентрації 10~⁶ мг/кг.

Мас-спектрометрія належить до універсальних методів аналізу. Цим методом можна за один експеримент визначити 50–60 елементів. Передусім широкого застосування мас-спектрометрія набула при визначенні ізотопів різних елементів, визначенні структур молекул.

41. Метод ядерного магнітного резонансу (ЯМР) в дослідженні об’єктів довкілля.

Метод ЯМР ґрунтується на властивості окремих ядер змінювати свій спін при поглинанні електромагнітного випромінювання в ділянці радіочастоти. ЯМР характерний для ядер елементів з непарною к-стю протонів і нейтронів.

Внаслідок чого їм притаманний власний магнітний елемент. У магнітному полі такі ядра поводять себе як магніти.

Фізична суть ЯМР:

У постійному зовнішньому магнітному полі осі обертання ядер атомів водню орієнтується за напрямком силових ліній, але при цьому можливі різні орієнтації магнітного моменту ядер водню. При орієнтації за напрямком поля (паралельна орієнтація, яка є енергетично вигідною) протон займає вищий енергетичний рівень. При орієнтації супроти напрямку поля (? Яка енергетично менш вигідна), протон займає вищий енергетичний рівень. Більшість протонів звичайно знаходяться на нижчому енергетичному рівні і перехід їх на вищий рівень можливий при поглинанні речовиною радіочастотного випромінювання.

Енергія цього випромінювання повинна дорівнювати різниці енергій , зміна спіна із + до – 1. Таке поглинання стає можливим при збігу частот обертання ядер і частот змінного магнітного поля.

Поглинута енергія реєструється на спектрі у вигляді сигналу або піку.

Частота резонансу при поглинанні сигналу сектра також різна.

Загалом існуюче екранування ядер протонів від зовнішнього магнітного поля зміщує пік поглинання в бік сильного поля. Таке зміщення називають хімічним зсувом. Хімічний зсув являє собою відстань між сигналами протонів будь-якої речовини і сигналами протонів речовини еталону.

Спектри ПМР дають значну інформацію про будову молекули:

1. кількість сигналів у спектрі відповідає к-сті різних груп протонів;

2. розташування сигналу характеризує електронне оточення протона кожної групи;

3. інтенсивність сигналів показує скільки протонів кожної групи;

4. розщеплення сигналів на декілька піків характеризує природу суміжних протонів.