УДК 543.420


УЛЬТРАЗВУКОВА ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОБОПІДГОТОВКИ ПРОДУКТІВ РОСЛИННОГО ПОХОДЖЕННЯ ПРИ ВИЗНАЧЕННІ ДЕЯКИХ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ


Мельник Л.О., Смітюк Н.М.

Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара,

г. Дніпропетровськ, Украина


Екополютанти, зокрема сполуки важких металів (ВМ) відрізняються високою здатністю до біокомуляції, токсичністю і достатньою рухливістю в об’єктах довкілля. Основну біомасу суходолу складають рослини, тому важливим є виявлення процесі в міграції та акумуляції ВМ в них. Однак слід відзначити, що рівень їх накопичення у рослинах різних систематичних груп не є однаковим.[1]

Акумулятивна здатність рослин залежить від багатьох факторів: вологості, висоти місцевості, типу ґрунтового покриву та інше. Слід також підкреслити, що процес міграції важких металів з ґрунту в рослини певною мірою залежить від концентрації рухомих форм у ґрунті. Механізм надходження хімічних елементів в рослини, в тому числі ВМ, пояснює система бар'єрно-безбар'єрного накопичення, cутність якої полягає в тому, що рослини поглинають хімічні елементи вибірково у відповідності до їх біологічних особливостей. При цьому різні органи рослин можуть характеризуватись різним типами бар'єрно-безбар'єрного накопичення елементів. До безбар'єрних відносяться невелика кількість видів мохоподібних і лишайників, а також окремі анатомічні частини більшості бар'єрних – корені трав'янистих, кущових і деревних рослин, зовнішні шари кори стовбурів дерев та деякі інші. Накопичення ВМ в рослинах залежить від багатьох чинників і потребує вивчення в кожному конкретному випадку [2].

Оцінка впливу  важких металів на живі організми є дуже актуальною, оскільки вони є одними з основних хімічних забруднювачів навколишнього середовища. Накопичення їх в ґрунтах, продукти харчування і кормах призводить то тяжких наслідків в стані здоров’я людей та тварин.  Найбільш небезпечними забруднюючими речовинами визнані важкі метали: свинець, кадмій, цинк, нікель, мідь та інші. Приблизно 90% важких металів, що поступають в навколишнє середовище, акумулюються ґрунтами. Потім вони мігрують в природні води, поглинаються рослинами і поступають в харчові ланцюги. Широке застосування овочем  (картоплі, моркви, буряка) робить актуальним дослідження, з метою визначення вмісту важких металів в цих культурах [3]

Дослідження міграції ВМ в системі грунт-рослина проводили в статичних умовах. В результаті досліду отримані дані  про вміст Ni, Cu,Pb, Cd в грунті та рослинних зразках (стебла моркви, помідора та огірків, а також картопля, гарбуз, буряк та морква). Для визначення концентрації ВМ в аналізованих зразках, необхідно провести пробо підготовку, яка полягала в повній термічній кислотній мінералізації досліджуваних зразків (1,5 год) та ультразвуковому розкладанні ((f=22кГц,  I= 3,88 Вт/см2 , t= 10 хв) з наступним кип’ятіння зразків (40хв). Для зразків грунту використовували в якості розчинника «царську горілку», для рослинних зразків – концентровану нітратну кислоту.

Концентрацію ВМ визначали атомно-абсорбційним методом на спектрофотометрі С-115 ПКС в полум’ї  ацетилен –повітря за градуювальники графіками (рис.1)





















Рис. 1. Градуювальний графік для визначення важких металів в розчинах

Встановлено, що використання УЗ з наступним кислотним кіпятінням дозволяє більш повно провести розкладання зразків  грунту (табл.1) та рослин (табл.2, табл. 3). Це пов’язано з тим, що УЗ  призводить до диспергування досліджуваних зразків та інтенсивного перемішування гетерогенних систем, в результаті відбувається ефективний масообмін системи. Дія УЗ руйнує органічні комплекси, в яких утримуються важкі метали.

Таблиця 1. – Результати валового розкладання зразків грунту, мг/кг

Елементи

Кислотна мінералізація

Кислотна мінералізація з використанням УЗ  (f=22кГц,  

I= 3,88 Вт/см2, t= 10 хв)

Ni

10,2

14,2

Cu

15,4

18,2

Pb

4,3

6,4

Cd

0,7

0,8

Таблиця 2. Результати валового розкладання висушених рослинних зразків, мг/кг

Зразки

Кислотна мінералізація

Кислотна мінералізація з використанням УЗ (f=22кГц, I= 3,88 Вт/см2, t= 10 хв)

Ni

Cu

Pb

Cd

Ni

Cu

Pb

Cd

Стебла моркви

1,72

0,28

1,47

<0,01

2,11

0,74

2,16

<0,01

Стебла помідора

1,33

0,74

1,12

<0,01

2,11

1,19

1,81

<0,01

Стебла огірків

1,33

0,28

1,47

<0,01

3,29

2,11

2,16

<0,01

Морква

2,50

0,28

1,12

<0,01

4,85

1,19

1,81

0,46

Буряк

2,50

0,18

1,47

<0,01

3,68

1,65

1,81

0,46

Гарбуз

2,89

0,73

1,12

<0,01

3,68

1,65

2,16

<0,01

Картопля

2,50

0,27

1,47

<0,01

3,29

2,11

2,16

<0,01

Таблиця 3. Результати валового розкладання сирих рослинних зразків, мг/кг

Зразки

Кислотна мінералізація

Кислотна мінералізація з використанням УЗ (f=22 кГц,  

I= 3,88 Вт/см2, t= 10 хв)

Ni

Cu

Pb

Cd

Ni

Cu

Pb

Cd

Морква

2,50

0,28

2,16

0,47

6,81

1,19

2,51

0,57

Буряк

2,11

0,28

2,16

0,47

5,59

1,65

2,86

0,47

Гарбуз

2,89

1,19

1,81

<0,01

5,98

2,57

2,51

<0,01

Картопля

0,93

2,11

2,51

<0,01

6,29

3,49

3,20

<0,01

В процесі роботи показано, що максимальної мінералізації можна досягти при дії ультразвуку та подальшого кип’ятіння та збільшити ступінь вилучення елементів в 2-4 рази в залежності від типу рослин.

Встановлено, що деякі важкі метали (нікель та мідь) мають малу рухливість та потрапляють в незначних кількостях з грунту в рослини. Йони плюмбуму та кадмію погано утримуються грунтовим комплексом та в незначній мірі переходять в рослини.

Список використаної літератури:

1. Набиванець Б. Й., Сухан В. В., Калабіна Л. В. Аналітична хімія навколишнього середовища: Підручник. – К.: Либідь, 1996. – 304 с.

2. Важкі метали у грунті [Електронный источник] / Режим доступ http://www.pdaa.edu.ua/sites/default/files/studconf/67.pdf

3.Чмиленко Ф.О.Використання ультразвукових полів в аналізі гумінових та фульвокислот чорноземів / Чмиленко Ф.О., Смітюк Н.М., Сафонова Я.Д. // Наук. вісник Ужгород. ун-ту. – №1(27). – 2012.