Динамическое экстрагирование и фракционирование элементов в различных формах и токсичных органических веществ во вращающихся спиральных колонках при анализе почв, илов и донных отложений тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

На правах рукописи

Савонина Елена Юрьевна

ДИНАМИЧЕСКОЕ ЭКСТРАГИРОВАНИЕ И ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ ФОРМАХ И ТОКСИЧНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ВО ВРАЩАЩИХС Я СПИРАЛЬНЫХ КОЛОНКАХ ПРИ АНАЛИЗЕ ПОЧВ, ИЛОВ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

02 00 02 -аналитическая химия

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

оозоввэоэ

Москва - 2007

Р

003066909

Работа выполнена в лаборатории концентрирования Института геохимии и аналитической химии им В И Вернадского Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор химических наук Федотов П С

Официальные оппоненты:

доктор химических наук Цизин Г И

кандидат химических наук Седых Э М

Ведущая организация:

Саратовский государственный университет им Н Г Чернышевского

Защита состоится 24 мая 2007 г в 14 00 час на заседании диссертационного совета Д 002 109 01 в Институте геохимии и аналитической химии им В И Вернадского РАН по адресу 119991, ГСП-1, Москва, В-334, ул Косыгина, 19

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геохимии и аналитической химии им В И Вернадского РАН

Автореферат разослан 23 апреля 2007 г

Ученый секретарь совета

д /

доктор химических наук Кубракова И В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В системе мониторинга окружающей среды особое место занимает котроль загрязнения почв, являющихся одним из центральных звеньев экосистемы Поскольку анализ ночв традиционными способами представляет собой сложную и трудоемкую задачу, весьма актуальной является разработка новых альтернативных методов быстрого и корректного определения разнообразных загрязняющих веществ в почвах, а также илах и донных отложениях

Известно, что в почвенных экосистемах подвижность, биологическая доступность и, следовательно, токсичность элементов существенно зависит от форм их нахождения и -шла связи с матрицей образца Для извлечения различных форм элементов (например, тяжелых металлов) из почв, илов и донных отложений применяют методики последовательного экстрагирования (фракционирования) Существует большое число схем фракционирования, однако, ни одна из них не является универсальной и предпочтительной До сих пор остро стоит вопрос селективности выщелачивающих реагентов, применяемых при фракционировании, по отношению к растворяемым почвенным компонентам

Помимо определения форм тяжелых металлов, внимание ученых все больше привлекает необходимость разработки методов оценки биологической доступности токсичных органических соединений, таких как полициклические ароматические углеводороды Не менее актуальной задачей является быстрое и эффективное определение содержания углеводородов нефтяного происхождения в почвах На сегодняшний день анализ органических соединений осложнен необходимостью очистки экстрактов почв перед инструментальным определением изучаемых компонентов, что является весьма трудоемким процессом, часто приводящим к ошибкам в результатах анализа

Динамическое экстрагирование загрязняющих веществ во вращающихся спиральных колонках (ВСК) является весьма привлекательным методом вещественного анализа почв, илов и донных отложений По сравнению с традиционным статическим экстрагированием, использование ВСК для фракционирования элементов в природных гетерогенных образцах позволяет корректно оценивать содержание наиболее подвижных и токсичных форм элементов (вследствие исключения проблем реадсорбнии и перекрывания фракций) К тому же, существует возможность фракционирования и определения элементов в режиме оп-1ше, что позволяет проводить процесс вещественного анализа почв, илов и донных отложений на качественно новом уровне Оригинальность и достоинства нового метода дают возможность предположить перспективность его применения для разработки и тестирования новых схем последовательного экстрагирования, оценки биодоступности различных загрязняющих веществ (неорганических и органических), изучения особенностей связывания токсичных элементов с матричными компонентами почв, илов и донных отложений, а также для решения ряда других задач аналитической химии и почвоведения

Цель и задачи исследования. Основная цель работы заключалась в разработке оригинального метода экстрагирования и фракционирования форм элементов и токсичных органических веществ для оценки их биологической доступности в почвах, илах и донных отложениях

Задачи исследования были следующими

- изучение закономерностей удерживания твердого измельченного образца в колонке,

- исследование закономерностей выщелачивания форм элементов для оптимизации условий фракционирования элементов и расширения круга задач, решаемых при динамическом экстрагировании,

- разработка и апробация новой селективной схемы последовательного экстрагирования тяжелых ме галлов (ТМ) из почв, илов и донных отложений,

- изучение возможности использования ВСК для фракционирования форм

ртути,

- применение гибридного метода фракционирования и определения форм элементов в природных образцах (непосредственное соединение ВСК с АЭС-ИСП детектором) для изучения особенностей связывания ТМ (Си, 2пу РЬ) и матричных элементов (Мп, Ре, А], Б ) в исследуемых объектах,

- оценка возможности применения ВСК для выделения углеводородов нефтяного происхождения,

- извлечение различных по биологической доступности полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) из почв с использованием ВСК

Научная новизна. Проведено систематическое изучение поведения твердого образца в ВСК в зависимости от конструкционных и рабочих параметров планетарной центрифуги, а также природы и массы образца Исследована зависимость извлечения форм элементов из почв от скорости потока подвижной фазы, массы и степени дисперсности образца

Предложена новая пятистадийная схема последовательного экстрагирования форм ТМ из почв илов и донных отложений Оценена возможность применения данной последовательности выщелачивающих реагентов для извлечения наиболее подвижных и токсичных форм элементов из исследуемых объектов

Показана перспективность применения гибридного метода фракционирования и определения форм элементов в почвах и донных отложениях для изучения особенностей связывания микро- и макрокомпонентов в исследуемых образцах

Рассмотрена возможность использования ВСК для фракционирования форм ртути в почвах и донных отложениях с применением различных схем последовательного экстрах ирования Определены оптимальные условия динамического экстрагирования форм ртути

Впервые проведено извлечение различных по б недоступности форм ПАУ в проточном режиме с использованием выбранной последовательности органических растворителей Показана возможность применения ВСК для быстрого и эффективного извлечения нефтяных углеводородов из загрязненных почв

Практическая ценность работы. Впервые выявлены закономерности удерживания образца почвы в колонке и закономерности выщелачивания элементов, позволяющие оптимизировать условия динамическою экстрагирования загрязняющих веществ из исследуемых образцов

Предложена схема последовательного экстрагирования форм ТМ, позволяющая оценить биологическую доступность элементов при проведении экологического мониторинга почв, илов и донных отложений

Предложен новый подход для оценки связывания ТМ с матричными элементами почвы Применение гибридного метода фракционирования и определения элементов значительно расширяет возможности изучения особенностей связывания элементов в образце, что, в свою очередь, позволяет решать ряд фундаментальных задач геохимии и почвоведения

Показана возможность применения ВСК для фракционирования форм ртути в динамическом режиме с учетом особенностей физических и химических свойств этого металла Показано, что для корректной оценки содержания наиболее подвижных форм ртути предпочтительнее использовать проточное экстрагирование

Разработан способ оценки биологической доступности некоторых ПАУ, Выделение ПАУ, а также нефтяных углеводородов из почв с помощью ВСК позволяет избежать трудоемкой стадии пробоподготовки образца (омыление, центрифугирование и тд), а также очистки получаемых же фактов перед анализом, что необходимо в случае традиционного статического экстрагирования

Автор выносит на защиту:

- закономерности поведения полидисперсных образцов во вращающихся спиральных колонках с различными конструкционными и рабочими параметрами,

- закономерности динамического экстрагирования форм элементов из почв в ВСК,

- оригинальную схему последовательного экстрагирования тяжелых металлов из почв, илов и донных отложений,

- метод изучения связывания микро- и макрокомпонентов в почвах и донных отложениях,

- сравнительные результаты статического и динамического фракционирования форм ртути в почвах и донных отложениях, полученные при применении различных схем последовательного экстрагирования,

- способ динамического извлечения нефтяных углеводородов и различающихся по биологической доступности форм ПАУ из почв

Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях «Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья» (Москва, 2003, 2006), V и VI Всероссийских конференциях по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2003, 2006» (С -Петербург, 2003, Самара, 2006), 2-й конференции стран Черноморского бассейна (Стамбул, Турция, 2003), 3-м Международном симпозиуме по методам разделения в бионауках (Москва,

2003). Всероссийской конференции «Аналитика России» (Москва, 2004 ), 3-й и 4-й Международных конференциях по противоточной хроматографии (Токио Япония 2004, Вашингтон. США, 2006), Международной конференции по аналитической химии и химическому анализу (Киев, Украина, 2005), II Международном симпозиуме ''Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии" (Краснодар, 2005), Международном конгрессе по аналитическим наукам «ICAS-2006» (Москва, 2006)

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 4 статьях и 16 тезисах докладов

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, списка сокращений, пяти глав, общих выводов, приложения и списка литературы Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц 28 рисунков и 131 литературную ссылку

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Рассмотрена проблема загрязнения почв тяжелыми металлами (ТМ), в том числе ртутью, и токсичными органическими соединениями Описано поведение металлов в почвах, особенности их связывания с почвенным компонентами Рассмотрены способы извлечения различных форм ТМ и органических соединений из почв, илов и донных отложений Особое внимание уделено последовательному экстрагированию (фракционированию) форм элементов из почв Показано, что, несмотря на существование большого числа разнообразных схем последовательного экстрагирования (в том числе аттестованной схемы BCR, рекомендованной Европейской комиссией по стандартам), существует проблема селективности применяемых реагентов по отношению к растворяемым компонентам почв

Согласно литературным данным, проточные системы для фракционирования форм элементов обладают рядом принципиальных преимуществ перед статическим экстрагированием Они позволяют избежать проблемы реадсорбции (вторичной адсорбции из раствора), минимизировать потери образца и перекрывание фракций Отмечена перспективность применения вращающихся спиральных колонок (ВСК) для проточного экстрагирования форм тяжелых металлов и токсичных органических соединений из почв, илов и донных отложений ВСК является принципиальным узлом прибора, называемого планетарной центрифугой и представляет собой тефлоновый капилляр, спирально намотанный на металлический сердечник (рис 1) Твердый измельченный образец почвы, ила или донного отложения удерживается в ВСК под действием поля центробежных сил, возникающем при ее планетарном вращении при непрерывном прокачивании подвижной фазы

Показано, что, несмотря на успешное применение ВСК в вещественном анализе почв, илов и донных отложений в течение последних нескольких лет, возможности метода до конца не изучены и требуют дальнейших исследований

Рис 1 Схема планетарной центрифуги Вращающаяся спиральная колонка Обозначения fi - конструкционный параметр планетарной центрифуги, г R - радиус вращения и обращения колонки, соответственно, со -скорость вращения и обращения колонки

ГЛАВА 2. РЕАГЕНТЫ, ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Анализируемые образцы В работе были проанализированы стандартные и загрязненные образцы почв, илов и донных отложений Загрязненные образцы почв, илов и донных отложений были отобраны в России и Германии

В работе использовались следующие стандартные образцы GBW 07311 -стандартный образец донного отложения (Stream Sediment, Certifymg by State Bureau of Techmcal Supervision), LGC 6139 - стандартный образец донного отложения (River Clay Sediment, Certjfymg by Laboratoiy of the Government Chemist), SRM 2710 - стандартный образец почвы, загрязненной тяжелыми металлами (National Institute of Standaids and Technology, Standard Reference Matenal 2710, Montana Soil, Highly Elevated Trace Element Concentrations)

Все анализируемые образцы просушивались до воздушно-сухого состояния и, после измельчения в агатовой ступке, просеивались через сита с диаметром пор 250 мкм Для исследования закономерностей удерживания применялись образцы каолинита (d4 < 1 мкм) и монтмориллонита {d4 < 1 мкм)

Реагенты. Для выщелачивания различных форм элементов из почв были применены водные растворы следующих реагентов уксусной кислоты (хч), гидроксиламина гидрохлорида (хч), пероксида водорода (осч), ацетата аммония (осч), нитрата кальция, пирофосфата калия (осч), оксалата аммония, соляной кислоты (хч), гидроксида натрия (хч), азотной кислоты (осч), бромата калия (чда) бромида калия (хч)

При экстрагировании различных форм полициклических ароматических углеводородов и углеводородов нефтяного происхождения применялись следующие органические растворители метанол (осч). бутанол (хч), ацетон (осч), циклогексан (осч), гексан (хч), ацеюнитрил (хч)

Аппаратура. Изучение закономерностей удерживания образца и извлечение различных форм элементов и органических соединений проводили на установках, включающих планетарную центрифугу и перистальтический насос Каждая из центрифуг оснащена однослойной спиралевидной колонкой, представляющей собой трубку из тефлона (ПТФЭ) с внутренним диаметром 16 мм и толщиной стенки 0 75 мм Центрифуги отличались по конструкционным особенностям (отношение радиусов вращения и обращения (параметр 0), положение оси колонки (горизонтальное, вертикальное))

Динамическое экстрагирование. Перед началом работы колонку промывали в течении 2 ч смесью следующего состава 300 мл дистиллированной воды, 50 мл этанола и 2 мл конц НЫОз (скорость прокачивания 1 мл/мин) Затем колонку промывали 100 мл дистиллированной воды После этого колонку заполняли подвижной фазой (первый элюент в случае многостадийного экстрагирования) Далее навеску образца помещали в тефлоновую пробирку, добавляли 5 мл первого экстрагента (в соответствии с применяемой схемой экстрагирования) и полученную суспензию вводили в колонку со скоростью 15 мл/мин, затем с той же скоростью прокачивали еще 7 -8 мл элюента Колонку приводили во вращение (скорость вращения со = 650 об/мин) и через 5-7 мин на ее вход начинали подавать элюент со скоростью Р = 1 мл/мин Состав подвижной фазы (элюента) изменяли ступенчато в соответствии с применяемой схемой Объем отбираемых фракций элюата составлял 60- 120 мл при определении металлов (для построения кривых элюирования в режиме ойЧше последовательно отбирали фракции объемом 15 мл) и 2 - 4 мл при извлечении органических соединений

В случае выщелачивания форм тяжелых металлов по окончании экстрагирования вытесняли образец из колонки, отфильтровывали и проводили кислотное разложение остаточной фракции Для кислотного разложения образца использовали смесь соляной и азотной кислот (13) образец заливали «царской водкой» и оставляли на 10-12 часов при комнатной температуре, затем 2 часа разлагали при температуре 155°С После охлаждения образец центрифугировали и анализировали

Статическое экстрагирование. Навеску образца помещали в колбу, вместимостью 50 мл с притертой пробкой Затем пробу заливали 20 мл растворителя и встряхивали на лабораторном вибраторе Время эксперимента зависело от поставленной задачи При извлечении форм ТМ и ртути экстрагирование длилось 16-18 ч, ПАУ - 20 мин После встряхивания последовательно проводили центрифугирование, промывание и фильтрование образца (фильтр «белая лента»)

Методы определения. Характеристики частиц образца в отбираемых фракциях при изучении закономерностей удерживания определяли методом электронной микроскопии Для измерения размеров частиц методом электронной микроскопии кашпо каждой из отобранных фракций наносили на медную подложку и высушивали После этого на подложку с образцом наносили в вакууме угольное покрытие Измерения проводили с помощью растрового электронного микроскола "Сатвсап 84" (Англия) Использовали

режим регистрации медленных вторичных электронов (коллектор типа Эверхарта-Торили) и обратно рассеянных электронов (полупроводниковый детектор)

Определение тяжелых металлов в элюате ВСК проводили с использованием ашмно-эмиссионного спектрометра с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП) Spectro 1СР При анализе в режиме on-line детектор соединяли непосредственно с колонкой Для учета влияния матричного эффекта на результат определения металлов рассчитывали и использовали поправочные коэффициенты Ртуть определяли методом «холодного пара» на портативном анализаторе ртути «РА-915+» (Люмэкс)

Детектирование нефтяных углеводородов в почвенных экстрактах проводили методом капиллярной газовой хромато-масс-спектромегрии (хроматограф Agilent Technologies 6890 N с квадрупольным масс-селективным детектором модели 5973) в режиме ионизации электронным ударом Разделение компонентов экстракта осуществляли на капиллярной колонке HP-5ms (0,25 мм х 30 м х 0,25 мкм) при программировании температуры печи от 60 до 250 °С Для повышения чувствительности методики использовали бессбросовый способ ввода пробы (sphtless mode)

Биологически доступные формы полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) определяли методом ВЭЖХ Использовали систему HP 1050 с программируемым флюориметрическим детектором ПАУ разделяли на колонке LichroCART 250-3, Lithosphere РАН (5 мкм) при температуре 20°С Ацетонитрил и воду применяли в качестве подвижной фазы при скорости потока 0 5 мл/мин

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ УДЕРЖИВАНИЯ ТВЕРДЫХ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ ОБРАЗЦОВ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ СПИРАЛЬНЫХ КОЛОНКАХ И ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ДИНАМИЧЕСКОГО ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Исследованы закономерности удерживания полидисперсных образцов в ВСК Показано, что для стабильного удерживания образца прокачивание подвижной фазы необходимо начинать после достижения равновесного распределения образца в колонке (т е через 5-7 мин после начала ее вращения)

Зависимость удерживания от гидродинамических параметров (скорость вращения колонки со и скорость прокачивания подвижной фазы F) при изменении параметра р (отношение радиусов вращения и обращения колонки) показана на рис 2

Из рис 2 видно, что в зависимости от скорости вращения колонки наблюдается три различных типа поведения образца (три области) / - Образец удерживается полностью Эта область называется рабочей зоной II - Образец частично удерживается в колонке В этом случае наблюдается вымывание коллоидных и субмикронных частиц Область можно условно считать рабочей, поскольку обычно экстрагирование проводят растворами электролитов (кислот, солей), что приводит к образованию ассоциатов частиц, и образец полностью

удерживается в колонке III - Образец не удерживается в колонке В этом случае вымываются крупные частицы размером более 1 мкм При увеличении значения ¡3 рабочая зона расширяется и Я I

300 400 500 600 700 Скорость вращения колонки, об/мин

Я/

300 400 300 600 700 800 900 1000

Скорость вращения колонки, об/мин

б

Рис 2 Влияние скорости вращения ВСК и скорости прокачивания подвижной фазы на удерживание образца почвы (т = I г) в колонке Объем колонки Ус = 26 мл, внутренний диаметр капилляра с?=16 мм /3=06 (я), 0 8 (б) О Образец не удерживается в колонке (нерабочая зона)

Ф Образец удерживается в колонке, за исключением частиц <1 мкм (условно рабочая зона)

• Образец полностью удерживается в колонке (рабочая зона)

Известно, что линейная скорость потока подвижной фазы V находится в обратной зависимости от внутреннего диаметра капилляра с1, те с увеличением с! линейная скорость потока снижается при той же объемной скорости подвижной фазы Экспериментально было подтверждено, что увеличение (1 приводит к лучшему удерживанию образца в колонке при неизменной объемной скорости подвижной фазы Зная закономерности удерживания образцов в колонке и связь линейной и объемной скоростей потока с диаметром капилляра ВСК, можно прогнозировать поведение образца в колонке при изменении с1

н

Были проведены эксперименты по влиянию массы образца на удерживание Данные экспериментов показали, что полидисперсный образец дерново-подзолистой почвы массой до 2 5 г хорошо удерживается в колонке объемом 26 мл, вращающейся со скоростью 700 об/мин при любых значениях /3 Однако, выбор параметров удерживания в каждом конкретном случае будет зависеть от природных характеристик образца

Известно, что природа образца оказывает значительное влияние на его поведение в колонке Экспериментальные данные показали, что хуже всего удерживаются частицы, имеющие размер менее 1 мкм (глинистые минералы) Для определения граничных условий удерживания было исследовано поведение образцов природных глинистых минералов, различающихся по плотности каолинита (р ■= 2 5-2 6 кг/м') и монтмориллонита (р= 1 7-2 9 кг/мл) Результаты эксперимента показали, что образец каолинита массой 0 2 г хорошо удерживается в колонке при а> - 800 об/мин и Р = 1-5 мл/мин, независимо от Значения /3 Монтмориллонит, напротив, не удерживается в колонке, и даже при со = 1000 об/мин (/? = 0 8) часть образца вымывается В этом случае Р составляла 0 5-2 мл/мин

Известно, что монтмориллонит представляет собой слоистый сильно набухающий в воде минерал, вследствие чего плотность образца при образовании его суспензии в водном растворе снижается Среди реальных образцов подобными характеристиками могут обладать некоторые донные отложения и илы Можно предположить, что при меньшей линейной скорости потока можно добиться удерживания такого образца в колонке Кроме того, по всей вероятности, для этой цели необходимо использование планетарных центрифуг, позволяющих достигать скорости вращения колонки выше 1000 об/мин

Однако, для оптимизации процесса фракционирования необходимо также изучение закономерностей выщелачивания в различных условиях

Рассмотрено влияние скорости потока подвижной фазы, размера частиц образца и массы образца на извлечение элементов из почв В качестве выщелачивающих реагентов использовались растворы уксусной кислоты и гидрохлорида гидроксиламина Показано, что с увеличением Р при прокачивании равных объемов реагента эффективность выщелачивания снижается, что можно объяснить снижением времени контакта фаз, которое является одним из определяющих факторов для выщелачивания Однако такая зависимость для образцов с разной степенью дисперсности проявляется в разной степени

Изучение зависимости выщелачивания от размера частиц образца проводили на примере двух фракций размером до 250 и до 90 мкм Показано, что с увеличением размера частиц извлечение элементов уменьшается на 15-30 % при Р = 1 мл/мин Интересно, что при Р = 3 мл/мин размер частиц практически не оказывает влияния на выщелачивание (разница в результатах лежит в пределах погрешности измерения 5-7 %), то есть при высокой скорости штока извлекаемые количества металлов из образца с размером частиц ¿ч < 250 мкм сравнимы с таковыми для образца с меньшим размером частиц

(■d4 < 90 мкм) Однако снижение эффективности выщелачивания при увеличении }• для частиц меньшего размера проявляется заметнее

Таким образом, можно предположить, что для сравнительной оценки содержания элементов при анализе образцов, различающихся по степени дисперсности, целесообразнее использовать высокие скорости прокачивания выщелачивающего реагента При исследовании распределения элементов по формам в загрязненных образцах почв, илов и донных отложений предпочтительнее использовать образцы с максимально возможным размером частиц (d4 < 250 мкм нри выщелачивании в ВСК) Это связано с тем, что разрушение агломератов частиц в процессе пробоподготовки часто может искажать результат фракционирования, а, кроме того, проба, более гетерогенная по гранулометрическому составу, является более представительной и точнее отражает природные характеристики образца В этом случае для получения корректных результатов следует прокачивать выщелачивающий реагент со скоростью 1 мл/мин

Эксперименты по изучению влияния массы образца (от 0 2 до 1 г) на эффективность выщелачивания показали, что чем меньше масса образца тем выше эффективность выщелачивания (рис 3)

Масса образца, г

L

Рис 3 Влияние массы образца на извлечение кислоторастворимых форм элементов из стандартного образца донного отложения GBW0731) (экстрагент - 0 11 М СН,СООН) т = 650 об/мин, F= 1 мл/мин

Наилучшие результаты были достигнута при работе в ВС К с 0 2 г пробы Однако образец массой 0 2 г нельзя назвать представительной пробой Использование же массы 1 г не дав! объективной информации о реальном содержании элементов в образце при объеме колонки 20-25 мл из-за недостаточной эффективной поверхности контакта между образцом и реагентом В связи с этим была выбрана компромиссная величина массы образца (0 5 г), которая и применялась в дальнейших экспериментах по выщелачиванию различных форм элементов

В целом, для планирования эксперимента по фракционированию элементов в природных образцах (почвах, илах) необходимо учитывать комплекс факторов, влияющих как на удерживание образца, так и на эффективность выщелачивания элементов из исследуемого образца

ГЛАВА 4. ДИНАМИЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ФОРМ ЭЛЕМЕНТОВ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ СПИРАЛЬНЫХ КОЛОНКАХ

Определение лишь общего (валового) содержания элементов в почвах является недостаточным для оценки опасности загрязнения Наличие разных форм нахождения элементов, отличающихся как по подвижности И биологической доступности, так и по механизмам их закрепления в почве предполагает их более детальное изучение Для выделения различных форм элементов используют методики последовательного экстрагирования (фракционирования) Однако, несмотря на существование большого числа разнообразных схем фракционирования (в том числе и трехстадийной схемы, рекомендованной международной Программой стандартов и измерений Европейской Комиссии, табл 1), проблема селективности реагентов применяемых в последовательном экстрагировании, остается нерешенной

Таблица 1 Трехстадийная схема последовательного экстрагирования, рекомендованная Европейской Комиссией (схема ВСЯ)__

Стадия Экстракционный реагент Выщелачиваемая фракция

1 0 И МСН,СООН(16ч) Кислоторастворимая

2 0 5 М NH2OH HCl + HNO3 до pH 1 5 (16 ч) Восстанавливаемая

3 8 8 М Н202 (2 x 1 ч. 85°С), затем 1 0 М СН3СООМН4 + HNO., до pH 2 (16 ч) Окисляемая

После сравнительного анализа литературы, посвященной последовательному экстрагированию форм элементов и изучению селективности используемых реагентов по отношению к растворяемым минеральным фазам почв и донных отложений, нами предложена новая пятистадийная схема для извлечения различных форм ТМ (табл 2)

Таблица 2 Пятистадийная схема последовательного экстрагирования форм металлов, предлагаемая в настоящей работе__

Стадия Реагент Выщелачиваемая фракция Биологическая доступность

1 0 05 М Са(Ш3)2 Обменная/водорастворимая Легкодоступная форма

2 0 43 М СН,СООН Кислоторастворимая Легкодоступная форма

3 0 1МЫН2ОН НС1 рНЗ 5 Легко восстанавливаемая Среднедостулная форма

4 0 1 М К,Р207, рН 11 Легко окисляемая Среднедоступная форма

) 0 1 М (НН4)2С204, 1 рнз «Трудно восстанавливаемая» Труднодоступная форма

Предлагаемая схема обладает рядом потенциальных преимуществ перед трехстадийной схемой ВСЯ

По схеме ВСК в одну фракцию выделяют сразу две формы элементов обменную и кислоторастворимую Поскольку эти формы, хотя и являются доступными для растений, но отличаются по подвижности, их последовательное выделение рекомендуется проводить с использованием двух различных реагентов Для извлечения элементов, связанных с оксидами марганца, предложено использовать 0 1 М раствор гидрохлорида гидроксиламина (рН 3 6) В данных условиях селективно растворяются оксиды марганца Лишь частично могут растворяться аморфные и слабо кристаллизованные оксиды железа, если они присутствуют в больших количествах Ни органическое вещество, ни оксиды алюминия при этом не растворяются По методике ВСЯ применяют О 5 М раствор гидрохлорида гидроксиламина с рН 1 5, что приводит к одновременному растворению оксидов марганца, железа и алюминия, а также частичному растворению органического вещества В большинстве схем последовательного экстрагирования для выделения металлов, связанных с органическим веществом, используют раствор пероксида водорода при нагревании Однако он способен сильно воздействовать на минеральные почвенные компоненты, переводя в раствор дополнительное количество ионов ТМ, что приводит к завышенным результатам по «окисляемой» фракции Согласно литературным данным, раствор пирофосфата калия успешно применяют для извлечения элементов, связанных с гуматами и фульватами в более мягких условиях Кроме того, наилучшая селективность разделения достигается при извлечении ТМ, связанных с органическим веществом (окисляемая фракция) после извлечения ТМ, связанных с оксидами железа (трудно восстанавливаемая фракция)

Сравнительный анализ результатов, полученных при последовательном экстрагировании форм ТМ в образце почвы А91295 с применением предлагаемой схемы и трехстадийной схемы ВСЯ показал, что разработанная нами пятистадийная схема последовательного экстрагирования может быть

рекомендована для получения подробной информации о наличии различных по подвижности и биологической доступности форм ТМ в исследуемых объектах

Пятистадийная схема экстрагирования применялась далее для изучения распределения элементов по формам в различных загрязненных образцах почв, илов и донных отложений (табл 3)

На рис 4 представлены кривые элюирования (экстрактограммы) форм ТМ из некоторых образцов почв, полученные при использовании предложенной последовательности выщелачивающих реагентов

Объем элюента, мл

Рис 4 Кривые элюирования, полученные при динамическом фракционировании меди, цинка и свинца в образцах почв АО 172 5 (а) А91295 (б) т = 0 5 г, со = 650 об/мин, F = 1 мл/мин Состав подвижной фазы /, 2, 3, 4, 5 - см таблицу 2. 3', 4 - НгО АЭС-ИСП определение элементов в извлекаемых фракциях

Из рисунка следует, что кислоторастворимая фракция практически полностью извлекается в 120 мл уксусной кислоты Для извлечения каждой из последующих фракций достаточно 60 мл элюента Подобные закономерности извлечения форм характерны для всех образцов Таким образом, для выделения пяти форм элементов в ВСК достаточно 8 часов

Таблица 3 Результаты фракционирования форм элементов (в мг/кг) по пятистадийной схеме (п — 3, Р 0 95)

Стадия

Образе« Элемент i 2 3 4 5 Остаточная фракция Сумма Общее содержание (РФА) Степень извлечения, %

АО 1725 (почва) Си н/о 4 6±0 9 3 3±0 7 34±2 21±2 75±5 138í'6 142±10 97

Zn 28±2 2 5±0 & 12±1 1 9±0 4 5 3±0 9 140J-10 190±10 224*15 85

Pb н/о 2 0*0 8 28±2 2 9±0 7 50i4 300^25 383±25 410±25 93

A9J0I2 (почва) Си н/о 38i? 1 10 6±0 9 24i-l 49±3 223±20 345*20 1 h 490*30 70

Zn 96±7 Г12401105 68±6 28±2 105±9 400±25 1937ÜI0 2170± 115 90

рь И 1 н/о 90±2 75i5 102±7 124±lf1 50±5 1 443±15~^ 512* 15 86

А91295 (почва) Си 1 н/о 294±12 65*6 Г 8±1 113±10 60±7 538±18 585±35 92

Zn 106±9 " 1660t108 40->3 23±2 102-7 230±2S 2160-tlll 2178±120 99

Pb и/о н/о 109=Ь5 н/о 36±2 50*5 194±5 216*15 90

А72693 (ил) Си 2 410 5 20-ь2 2 7t0 3 33±3 ^ 22±2 50-t7 131±8 140*6 94

Zn 15±1 132±9 11±1 14 8±0 9 43±3 215Ü0 430±14 535*10 80

Pb н/о 8 7±0 6 12¿1 40±3 54±4 16±2 130*6 140*7 93

LGC6Í39 Си н/о 2 7±0 1 7 8±0 8 2Ш 27±2 20±2 79±4 96*8 82

(донное Zn н/о 147-fc6 37±3 17±1 61±3 187±15 449±17 590*20 76

отложение) Pb н/о н/о н/о 38±3 54±5 60±8 152-ЛО 176±15 86

н/о - не обнаружено Детектирование методом АЭС-ИСП

Из экстрактограмм можно получить информацию для изучения кинетики процесса выщелачивания каждого металла и связи их с матричными элементами

Разумеется анализ в режиме on-line (при непрерывном пропускании элюата через детектор) дает более точную и подробную информацию о распределении элементов по формам чем off-lme анализ (последовательный анализ аликвот реагентов, пропущенных через колонку)

Рисунок 5 наглядно показывает различия между определением элементов в off-lme режиме и on-line анализом элюата

Объем элюата, ми

Рис 5 Сравнение экстрактограмм Си, Zn, Pb, полученных при динамическом фракционировании и определении элементов в режиме off-lme (я) и on-line (б) Образец А91012 « = 05 г, со = 650 об/мин, b = 1 мл/мин Состав подвижной фазы 1,2, 3,4,5 - см таблицу 2 АЭС-ИСП определение

Очевидно, что on-Зте определение элементов позволяет получить более точную информацию о времени выщелачивания каждой формы элемента Это преимущество on-lme анализа особенно ценно в случае бысгрой кинетики выщелачивания (стадии 3-5) При медленной кинетике выщелачивания

(стадия 2) формы кривых, полученных и в "on-lme"- и в "off-line"- режиме весьма похожи

On-line анализ также незаменим при одновременном изучении процессов выщелачивания тяжелых металлов и матричных элементов Он позволяет изучить особенности их связывания Сравнение кривых элюирования дает возможность понять, растворение каких почвенных компонентов приводит к высвобождению тех или иных токсичных элементов, связанных с этими компонентами На рисунке 6 представлены экстрактограммы, полученные при анализе образца почвы А91295

14 12 5 10

I Ш 8

250 S 200

а 150

100

50

1 t £

, 5 1

1 J

1 1 \

1 1

1 i \

^ \ i

1' Ь.---...... С

0 40 80 1; 1 > 160 200 2-Объем ал 2 ) 280 i оата, я И 20 360 Ш 400 440 480 И

I i I I I

! ; I 1

I I я jj

I i;

I I I 3 5 % ^ i;

I

-Си ■ Zn I -Pb!

-А! | -Mr) j

•Fe ,

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 Объем элюата, мл

Рис 6 Кривые элюирования. полученные при динамическом экстрагировании и определении Си, Хп, РЬ и матричных элементов в режиме оп-1ше Образец А91295 (содержание органического углерода 1%) т - 0 5 г, а> = 650 об/мин, Р = 1 мл/мин Состав подвижной фазы 1, 2, 3,4, 5 - см таблицу 2 АЭС-ИСП детектирование каждые 24 с (0 4 мл)

Согласно данным on-line анализа, максимумы для пиков тяжелых металлов и матричных элементов, извлекаемых на 2-й стадии, находятся в диапазоне 138-154 мл, а именно 138 мл для Zn, 144 мл для Си и Fe, и 154 мл для А1, что можно объяснить различием во времени растворения разных специфически сорбированных форм этих элементов

Особый интерес представляет стадия 5 Динамическое извлечение железа и алюминия происходит по-разному Так, разница между максимумами пиков А1 (380 мл) и Fe (382 мл) составляет 2 мл Поведение меди в точности соответствует поведению алюминия, в то время как цинк и свинец ведут себя как железо Следовательно, можно сделать вывод о том, что в исследуемом образце Zn и РЬ связаны, главным образом, с оксидами Fe, а Си - с оксидами А1 Таким образом, экстрагирование и определение элементов в почвах в режиме on-line позволяет не только корректно оценить селективность и эффективность выщелачивающих реагентов, объем подвижной фазы, необходимый для извлечения каждой фракции (а, следовательно, и время экстрагирования), но и получить информацию для изучения связывания элементов в образце, что важно для решения ряда фундаментальных и практических задач аналитической химии и почвоведения

Считается, что методики селективного экстрагирования, используемые для изучения таких «типичных» металлов как медь и цинк, не всегда применимы при работе с ртутью из-за специфики ее свойств Согласно литературным данным оптимальной схемой для получения достаточно точных данных по биогеохимическому фракционированию ртути в почвах и донных отложениях считается схема, пред ложенная Блумом •

Таблица 4 Схема последовательного экстрагирования форм ртути, предложенная Блумом___

Стадия Экстракционный реагент Выщелачиваемая фракция Типичные соединения Hg

1 Деионизированная вода Водорастворимая HgCb, HgSO„

2 0 01 М НС1 + 0 1 М НОАс, рН 2 «Кислоторастворимая» HgO

3 1 М КОН Комплексы с органическим веществом Hg-гуматы, Hg2Cl2

4 12MHNO, Сильно связанные Минеральная решетка, Hg2Cl2, Hg°

5 НС1 НКОз (3 1) Сульфиды HgS, HgSe, HgAu

Проведено сравнительное изучение выщелачивания различных форм ртути из стандартного образца почвы 5КМ 2710 в динамических (с применением ВСК) и статических (традиционное последовательное экстрагирование) условиях (табл 5)

Сравнение статического экстрагирования ртути с динамическим фракционированием показывает, в очередной раз, что при выщелачивании в

ВСК происходит более полное извлечение элементов (93 % от общего содержания) при меньшем времени экстрагирования (1 ч для каждой стадии вместо 20 ч при традиционном статическом экстрагировании) В статических условиях степень извлечения ртути составила 75 %

Схема Блума была также использована для динамического фракционирования форм ртути в загрязненном образце донных отложений отобранных в озере Калкан (Учалинский район, Республика Башкортостан)

Следует отметить, что фракционирование в ВСК позволяет снизить потери ртути в ходе экстрагирования, что связано с проведением эксперимента в закрытой системе и отсутствием стадий центрифугирования, фильтрования, промывания и т д

Таблица 5 Результаты фракционирования ртути (в мг/кг) по схеме Блума в динамическом (ВСК) и статическом {СПЭ) режимах в стандартном образце почвы 5КМ2710 (п = 3, Р = 0 95)________

Извлекаемая форма / Режим ВСК* СПЭ*

Водорастворимая форма 0 25±0 02 0 22±0 02

Киелоторастворимая форма 0 31+0 03 012+0 02

Органическая форма 3 43±0 26 1 2 11±0,5

Сильно связанная форма 0 89±0 03 1 77±0 И

Остаточная фракция 25 5±2 3 19 8±0 2

Сумма 30 4+2 3 24 5+0 6

Общее содержание 32 6+1.8

Степень извлечения, % 93 | 75

ААС-определение ртути, метод «холодного пара»

ГЛАВА 5. ДИНАМИЧЕСКОЕ ЭКСТРАГИРОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Обычно при определении токсичных органических соединений в почвах необходима трудоемкая процедура пробопожотовки Нами было показано, что применение ВСК для извлечения органических загрязняющих веществ из почв значительно облегчит процесс анализа вследствие отсу гствия стадий фильтрования и промывания образца Анализируемый образец вводят непосредственно в колонку, где он удерживается в виде неподвижной фазы при прокачивании органического растворителя, а на выходе та колонки собирают экстракт, не требующий очистки В качестве объекта исследования были выбраны образцы почв загрязненные углеводородами нефтяного происхождения (дизельное топливо, содержащее парафины С9-С27), а в качестве экстрагента - «-гексан, являющийся одним из наиболее широко используемых растворителей для экстрагирования нефтяных углеводородов (НУ) При газохроматографическом анализе извлекаемых фракций получали

хроматограммы, соответствующие классическим хроматограммам дизельного топлива, что подтверждает эффективность предлагаемого подхода

Изучение кривых эдюирования (рис 7), построенных после обработки хроматограмм позволило получить информацию об объеме экстрагента необходимом для извлечения НУ (15-20 мл) С учетом времени, требуемого для ввода образца в колонку, весь процесс извлечения углеводородов занимает не более 60 мин Таким образом, экстрагирование в ВСК позволяет значительно сократить время анализа (экстрагирование в аппарате Сокслета занимает от 5 до 20 ч), и облегчить процедуру пробоподготовки

ю ш

К

о 5 о «-

Ш 3

о. л

о

ч

о

о

14 12 10 8 6 4 2

0 *■

/ I

10

20

30

40

50

60

Объем элюата, мл

Рис 7 Результаты динамического экстрагирования предельных углеводородов С9-С27 из образца почвы ¥а — 20 мл, »/образца = 0 5 г, Р'= 1 мл/мин подвижная фаза - н-гексан

Зачастую содержание гуматов в исследуемом образце мешает хроматографическому определению нефтяных углеводородов Для решения данной проблемы было проведено двухступенчатое динамическое экстрагирование органических веществ из почв На первой стадии, для селективного выделения гуматов через ВСК прокачивали раствор пирофосфата калия (рН 11) На втором этапе выделение НУ проводили органическими растворителями Была оценена эффективность извлечения углеводородов ацетонитрилом и н-гексаном Результаты экспериментов показали, что оба эти растворителя могут с успехом применяться для динамического извлечения НУ из почв Однако при анализе экстракта методом ВЭЖХ предпочтение может быть отдано ацетонитрилу (в этом случае исключается стадия замены растворителя)

При анализе некоторых проб одновременно с нефтепродуктами были выделены диэтилфталат и бис(2-этилгексил)фталат, внесенные в список приоритетных загрязнителей Основное количество фталатов извлекается в 2025 мл гексана

Таким образом, применение ВСК для динамического экстрагирования углеводородов нефтяного происхождения из почв значительно упрощает и ускоряет процесс пробоподготовки, что позволяет проводить анализ на качественно новом уровне

Помимо суммарного извлечения различных токсичных органических соединений, большой интерес представляет оценка биологической доступности загрязняющих веществ На примере полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) была показана возможность применения ВСК для извлечения различных по биологической доступности форм органических соединений

После сравнительного анализа литературы, посвященной извлечению различных биологически доступных форм ПАУ, нами предложена следующая экстракционная последовательность 5%-ный раствор метанола в воде, метанол вода (1 1) (извлечение водорастворимых соединений), м-бутанол (соединения, доступные для бактерий и червей) ацетон циююгексан (11, извлечение всех оставшихся углеводородов) С применением предлагаемой последовательности была оценена биодоступность некоторых ПАУ в ряде загрязненных образцов

На рис 8 представлены кривые элюирования различных форм ПАУ из образца почвы Как видно из рисунка, все ПАУ в исследуемом образце содержатся во фракциях, извлекаемых бутанолом и смесью ацетон-циклшексан Для извлечения углеводородов указанными растворителями достаточно 20-40 мл экстрагента

Рис 8 Результаты динамического экстрагирования ПАУ из загрязненного образца почвы (GL300) = 20 мл Отооргые = 0 5 г F = I мл/мин Состав подвижной фазы 1 — 5%-ный раствор метанола в воде, 2 — метанол вода (1 1), 3 — н-бутанол, 4 — ацетон циклогексан (11)

В связи с этим, а также исходя из предположения, что экстрагирование н-бутанолом обеспечивает необходимую информацию для предсказания биодоступности ПАУ для бактерий и червей, этот растворитель был выбран в качестве экстрагента при сравнении эффективности извлечения ПАУ в

статических и динамических (в ВСК) условиях (табл 6) Время контакта фаз как при статическом, так и при динамическом экстрагировании составляло 30 мин масса образца 0 5 г

Результаты исследования показали, что извлечение отдельных углеводородов в динамическом режиме выше или сравнимо с извлечением в статических условиях В результате, при применении проточного режима экстрагирования суммарная степень извлечения ПАУ из образцов почвы 01,300 и ОБ! 00 выше (на 11 % и 5 %, соответственно), чем при статическом экстрагировании

Таблица 6 Сравнение результатов извлечения, ПАУ н-бутанолом полученных в динамических (в ВСК ) и статических условиях __

ПАУ Образец почвы СЬЗОО Образец почвы ВШ00

динамич статич динамич статич

мг/кг мг/кг

Нафталин . *» н/о н/о и/о н/о

Флуорен 0 010±0 001 0 02*0 003 4 1 10"3 ±0 5 10"3 н/о

Фенантрен 0 90±0 08 0 76±0 06 0 31*0 04 0 31±0 04

Антрацен 012±0 01 012±0 02 0 07±0 01 0 05±0 01

Флуорантен 2 3+0 3 2 0±0 1 0 98±0 09 0 79±0 06

Пирен 2 3±0 3 2 0±0 2 0 98±0 09 0 79±0 06

Бензо(а)антрацен 1 2±0 1 1 1±0 1 0 53*0 06 0 40±0 03

Кризен 1 3±0 1 1 2±0 2 0 57±0 07 0 43±0 05

Безо(Ь)флуорантен 2 3з:0 2 2 !±0 2 1 10±0 01 0 8)^0 07

Безо(к)флуорантен 0 61±0 06 0 56±0 06 0 26±0 03 0 21±0 03

Бензо(а)пирен 1 2±0 1 1 10±0 01 0 52±0 06 0 42±0 02

Дибензо(а,Ь)антрацен 019±0 02 019±0 02 0 09±0 01 0 06±0 01

Бензо^,1и)перилен 0 71±0 06 0 67±0 05 0 33±0 04 0 28±0 03

Индено; 1,2,3)пирен 1 2±0 1 0 73±0 06 0 52±0 05 0 51±0 02

Сумма 14 3±0 5 12 6±0 4 6 2±0 2 5 1±0 1

Общее содержание 16 19

Степень извлечения, % 89.6 1 78.4 32.4 | 27.0

ВЭЖХ-определение, н/'о - не обнаружено

Таким образом, применение ВСК для извлечения различных углеводородов (а гакже оценки их биодоетупности) предпочтительнее обычного статического экстрагирования, поскольку позволяет избежать операций, связанных с очисткой выделяемых фракций и упрощает процесс анализа Помимо этого, в ряде случаев достигается более полное по сравнению со статическим экстрагированием извлечение ПАУ

ВЫВОДЫ

1 Изучена зависимость удерживания твердых полидисперсных образцов в ВСК от рабочих (скорость вращения колонки, скорость прокачивания подвижной фазы) и конструкционных (отношение радиусов вращения и обращения колонки (/?), внутренний диаметр капилляра колонки) параметров планетарной центрифуги, природы и массы образца Показано, что с увеличением скорости вращения колонки параметра ¡3 и внутреннего диаметра капилляра удерживание образца в колонке улучшается Выявленные закономерности позволяют прогнозировать поведение образца в колонках, отличающихся конструкционными характеристиками Выбор массы удерживаемого образца определяется его природой Образцы дерново-подзолистой почвы массой до 2 5 г стабильно удерживаются в колонке при скорости вращения 800 об/мин и скорости прокачивания подвижной фазы до 5 мл/мин На примере образцов глинистых минералов показано, что для удерживания образцов с низкой плотностью и высокой гигроскопичностью необходимо использование планетарных центрифуг, обеспечивающих скорость вращения колонки более 1000 об/мин

2 Исследовано влияние скорости потока подвижной фазы, массы и степени дисперсности образца на экстрагирование форм элементов из почв Показано, что увеличение массы образца, степени его дисперсности и скорости прокачивания реагент приводит к снижению степени выщелачивания элементов На основе экспериментальных данных разработана методика динамического экстрагирования элементов из полидисперсных образцов дерново-подзолистой почвы (рекомендованы оптимальные для эффективного выщелачивания элементов масса образца (0 5 г) с размером частиц не более 250 мкм, и скорость прокачивания подвижной фазы (1 мл/мин))

3 Разработана новая пятистадийная схема последовательного экстрагирования тяжелых металлов (ТМ) из почв, илов и донных отложений обеспечивающая селективное растворение определенных матричных компонентов образца По сравнению с трехстадийной схемой ВСК предлагаемая последовательность позволяет разделить подвижные (наиболее токсичные) формы ТМ, а, следовательно, более точно оценить опасность загрязнения С помощью разработанной схемы оценено распределение элементов между экстрагируемыми фракциями при анализе ряда образцов загрязненных почв, илов и донных отложений

4 Впервые исследованы особенности связывания ТМ {Ххх, Си, РЬ) и матричных элементов (Мп, А1, Ре) в образцах почв с применением нового гибридного метода фракционирования и определения форм элементов Экспериментально показано, что увеличение содержания органического вещества в образце приводит к увеличению количества металлов, связанного с органическими комплексами и аморфными оксидами Сравнение кривых элюирования для исследуемых ТМ и матричных элементов, а также сопоставление численных данных оп-1те анализа позволило выявить различия в механизмах растворения оксидов Ре и А1 и связанных с ними ТМ Отмечена

перспективность гибридного метода фракционирования и определения элементов для решения фундаментальных и практических задач геохимии и почвоведения

5 Изучена возможность применения ВСК для динамического фракционирования форм ртути в почвах Экспериментально показано, что в случае комплексного анализа почв при определении форм ТМ, схемы фракционирования, разработанные для Си Zn, Pb, можно использовать и для определения различных по подвижности и токсичности форм ртути Отмечено, что наиболее точные данные по биогеохимическому фракционированию ртути обеспечивают схемы, специально разработанные для данного элемента (в частности схема Блума) На примере анализа стандартного образца почвы SRM 2710 с использованием схемы Блума показано, что в случае динамического экстрагирования суммарная степень извлечения ртути в остаточной и четырех экстрагируемых фракциях выше, чем в статическом режиме (93% и 75 %, соответственно)

6 Показана принципиальная возможность применения ВСК для динамического экстрагирования углеводородов нефтяного происхождения (НУ) из образцов загрязненных почв Показано, что н-гексан и ацетонитрил могут успешно применяться при извлечении НУ из почв При анализе экстрактов методом ВЭЖХ предпочтительнее использовать ацетонитрил, поскольку в этом случае исключается стадия смены растворителя Применение w-гексана для извлечения НУ целесообразно при их детектировании методом газовой хроматографии, так как данный экстрагент позволяет выделить НУ в более узкую фракцию (10-15 мл), чем ацетонитрил (15-20 мл) Отмечено, что при экстрагировании в ВСК значительно снижается время анализа (около 1 ч вместо традиционных 20 ч), упрощается процедура пробоподготовки образца и исключается стадия очистки элюата перед анализом

7 Впервые проведено извлечение различных по биодоступности форм ПАУ в проточном режиме Сравнение результатов извлечения ПАУ в динамических и статических условиях показывает преимущества использования динамического экстрагирования в ВСК отсутствие стадий фильтрования, центрифугирования и промывания образца при сравнимой или более высокой эффективности извлечения

Список публикаций

1 Федотов П С , Савонина Е Ю Фракционирование и определение форм тяжелых металлов в почвах И Плодородие 2004 №2 С 33-35

2 Савонина Е Ю, Чернова Р К Козлова Л М Федотов П С Фракционирование и определение различных форм свинца в загрязненных почвах // Журн аналит химии 2005 Т 60 № 9 С 985-992

3 Fedotov Р S , Savonma Е Yu, Wennnch R and Sprvakov В Ya A Hyphenated Flow-Through Analytical System for the Study on the Mobihty and Fiactionation of Trace and Major Elements m Environmental Solid Samples i! Analyst 2006 V 131 №4 P 509-515

4 Савонина Е Ю , Федотов П С , Веннрих Р Пятистадийное динамическое фракционирование форм меди, цинка и свинца в почвах, илах и донных отложениях с применением вращающихся спиральных колонок // Журн аналит химии 2006 Т61 №7 С 759-770

5 Федотов П С, Савонина Е Ю Вращающиеся спиральные колонки в вещественном анализе почв И Материалы конференции «Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья» Москва 2003 С 21-23

6 Козлова Л М Чернова Р К, Савонина Е Ю, Бурмистрова Л В, Никитенко С Оценка загрязнения почв свинцом некоторых патогенных территорий г Саратова // Тезисы докладов V Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналюика-2003» С -Петербург 2003 С 320

7 Fedotov Р S , Savomna Е Yu, Maryutma Т А И Abstracts of 2nd Black sea basm conference oti analytical chemistry 2003 Istambul-Turkey P 138

8 Maiyutma T A, Fedotov P S , Ignatova S N , Rakcheev M A, Savomna E Yu, Spivakov В Ya Countercurrent chromatography perspective method for the separation of organic and inorganic compounds from complex multi-component media // Abstracts of the 3rd International symposium on separation m biosciences 2003 Moscow, Russia

9 Савонина E Ю, Федотов П С Фракционирование и определение форм свинца в загрязненных почвах // Тезисы Всероссийской конференции по аналитической химии (Аналитика России 2004) 27 сентября-1 октября 2004 г Москва С 76

10 Савонина Е Ю. Ракчеев М А , Марютана Т А Разделение фенольных соединений методом жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой (ЖХСНФ) Ч Тезисы Всероссийской конференции «Аналитика России» Москва 2004 С 273-274

11 Fedotov Р S , Katasonova О N, Savomna Е Yu, Maiyutma Т A. Rotating coiled columns for studies on the fractionation and mobility of trace elements ш environmental solids // Abstracts of the 3rd International conference on countercurrent chromatography 2004 Tokyo, Japan P 70

12 Savonma E Yu , Fedotov P S , Wermnch R Dynamic leaching of heavy metals m environmentally relevant forms from soils // Abstracts of International Conference on Analytical Chemisüy and Chemical Analysis (AC&CA-05) 12-18 September, 2005 Kyiv, Ukraine P 233

13 Savonma E Yu , Fedotov P S , Wennnch R On-line couplmg of continuous-flow fractionation of heavy metals in environmental solids with atomic emission spectrometiy // Abstracts of International Conference on Analytical Chemistry and Chemical Analysis (AC&CA-05) 12-18 September, 2005 Kyiv, Ukraine P 459

14 Савонина E Ю , Федотов П С Новая последовательность выщелачивающих реагентов для динамического фракционирования форм тяжелых металлов в почвах и илах Ч Тезисы II Международного симпозиума "Разделение и

концентрирование в аналитической химии и радиохимии" Краснодар 25-30 сентября, 2005 С 79

15 Fedotov PS, Savonma EYu. Wennrich R Dynamic leaching using rotating coiled columns for studies on trace and major elements association in environmental solid samples // International Congress on Analytical Sciences (ICAS-2006) June 25-30, 2006 Moscow, Russia P 327

16 Savomna E Yu, Fedotov P S , Wennnch R, Bauer С , Popp P Dynamic extraction of biovailable forms of polycyclic aromatic hydrocarbons from soils // Internationl Congress on Analytical Sciences (ICAS-2006) June 25-30. 2006 Moscow, Russia P 348

17 Savomna E Yu, Katasonova О N . Fedotov P S , Maryutma T A Analysis of oil and other pollutants m soils usmg rotating coiled columns // Abstracts of International Congress on Analytical Sciences (ICAS-2006) June 25-30, 2006 Moscow, Russia P 369

18 EYu Savomna, T A Maiyutma, ON Katasonova, V V Khasykova Dynamic extraction of oil-hydrocarbons from soils by usmg rotating coiled columns -7 The 4th International Conference on Countercurrent Chromatography "CCC2006" August 8-11,2006 Bethesda USA P 64

19 Марютина ТА, Савонина ЕЮ, Катасонова ОН, Хасыкова В В Динамическое экстрагирование нефтепродуктов из почв во вращающихся спиральных колонках И Тезисы VI Всероссийской конференции но анализу объектов окружающей среды "ЭКОАНАЛИТИКА-2006" Самара 26-30 сентября, 2006 С 203

20 Савонина Е Ю , Федотов П С Динамическое фракционирование и изучение подвижности форм тяжелых металлов в почвах Ч Материалы IV международной конференции «Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья» Москва 18-19 октября, 2006 С 39-44

Отпечатано на ризографе вОНТИГЕОХИРАН Тираж 100 экз

ВВЕДЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Проблема загрязнения почв

1.1.1. Тяжелые металлы

1.1.2. Ртуть

1.1.3. Органические соединения

1.2. Методы экстрагирования различных загрязняющих веществ из почв, илов и донных отложений

1.2.1. Принцип фракционирования элементов

1.2.1.1. Тяжелые металлы

1.2.1.2. Ртуть

1.2.2. Проточные системы для фракционирования элементов

1.2.3. Извлечение полициклических ароматических углеводородов

1.3. Вращающиеся спиральные колонки: принцип работы и перспективы применения в анализе объектов окружающей среды 34 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. АНАЛИЗИРУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ, РЕАГЕНТЫ, ПРИБОРЫ И

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Анализируемые образцы и реагенты

2.2. Аппаратура и техника эксперимента

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ УДЕРЖИВАНИЯ ТВЕРДЫХ

ПОЛИДИСПЕРСНЫХ ОБРАЗЦОВ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ СПИРАЛЬНЫХ КОЛОНКАХ И ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ

ДИНАМИЧЕСКОГО ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

3.1. Закономерности удерживания образцов в колонке

3.1.1. Влияние конструкционных и рабочих параметров на удерживание образца в колонке

3.1.2. Влияние природы образца

3.2. Зависимость эффективности выщелачивания элементов от рабочих параметров планетарной центрифуги и характеристик образца

3.2.1. Влияние скорости потока подвижной фазы

3.2.2. Влияние размера частиц образца

3.2.3. Влияние массы образца 59 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ДИНАМИЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВО

ВРАЩАЮЩИХСЯ СПИРАЛЬНЫХ КОЛОНКАХ

4.1. Последовательное экстрагирование тяжелых металлов

4.1.1. Разработка и применение новой схемы фракционирования для извлечения различных форм тяжелых металлов

4.1.2. Изучение связывания тяжелых металлов с матричными элементами с использованием гибридного метода фракционирования и определения элементов

4.2. Фракционирование форм ртути 77 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 5. ДИНАМИЧЕСКОЕ ЭКСТРАГИРОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ

СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ПОЧВ

5.1. Извлечение нефтепродуктов

5.2. Извлечение различных биологически доступных форм полициклических ароматических углеводородов 93 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5 97 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 98 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 101 ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность темы

В системе мониторинга окружающей среды особое место занимает контроль загрязнения почв, являющихся одним из центральных звеньев экосистемы. Поскольку анализ почв традиционными способами представляет собой сложную и трудоемкую задачу, весьма актуальной является разработка новых альтернативных методов быстрого и корректного определения разнообразных загрязняющих веществ в почвах, а также илах и донных отложениях.

Известно, что в почвенных экосистемах подвижность, биологическая доступность и, следовательно, токсичность элементов существенно зависит от форм их нахождения и типа связи с матрицей образца. Для извлечения различных форм элементов (например, тяжелых металлов) из почв, илов и донных отложений применяют методики последовательного экстрагирования (фракционирования). Существует большое число схем фракционирования, однако, ни одна из них не является универсальной и предпочтительной. До сих пор остро стоит вопрос селективности выщелачивающих реагентов, применяемых при фракционировании, по отношению к растворяемым почвенным компонентам. При решении ряда фундаментальных и практических задач не только аналитической химии, но и агрохимии и почвоведения, весьма важным представляется изучение особенностей связывания Си, Zn, Pb и других токсичных элементов с матричными элементами (Mn, Fe, Al, S) образца.

Помимо определения форм тяжелых металлов, внимание ученых все больше привлекает необходимость разработки методов оценки биологической доступности токсичных органических соединений, таких как полициклические ароматические углеводороды. Не менее актуальной задачей является быстрое и эффективное определение содержания углеводородов нефтяного происхождения в почвах. На сегодняшний день анализ органозагрязненных почв осложнен необходимостью очистки экстрактов перед инструментальным определением, что является весьма трудоемким процессом, часто приводящим к ошибкам в результатах анализа.

Динамическое экстрагирование загрязняющих веществ во вращающихся спиральных колонках (ВСК) является весьма привлекательным методом вещественного анализа почв, илов и донных отложений. По сравнению с традиционным статическим экстрагированием, использование ВСК для фракционирования элементов в природных гетерогенных образцах позволяет корректно оценивать содержание наиболее подвижных и токсичных форм элементов (вследствие исключения проблем реадсорбции и перекрывания фракций). К тому же, существует возможность фракционирования и определения элементов в режиме on-line, что позволяет проводить процесс вещественного анализа почв, илов и донных отложений на качественно новом уровне. Оригинальность и достоинства нового метода дают возможность предположить перспективность его применения для разработки и тестирования новых схем последовательного экстрагирования, оценки биодоступности различных загрязняющих веществ (неорганических и органических), изучения особенностей связывания элементов в почвах, илах и донных отложениях, а также для решения ряда других задач аналитической химии и почвоведения.

Цель и задачи исследования

Основная цель работы заключалась в разработке оригинального метода экстрагирования и фракционирования форм элементов и токсичных органических веществ для оценки их биологической доступности в почвах, илах и донных отложениях.

Задачи исследования были следующими:

- изучение закономерностей удерживания твердого измельченного образца в колонке;

- исследование закономерностей выщелачивания форм элементов для оптимизации условий фракционирования элементов и расширения круга задач, решаемых при динамическом экстрагировании;

-разработка и апробация новой селективной схемы последовательного экстрагирования тяжелых металлов (ТМ) из почв, илов и донных отложений;

- изучение возможности использования ВСК для фракционирования форм ртути;

- применение гибридного метода фракционирования и определения форм элементов в природных образцах (непосредственное соединение ВСК с АЭС-ИСП детектором) для изучения особенностей связывания ТМ (Си, Zn, Pb) и матричных элементов (Mn, Fe, Al, S) в исследуемых объектах;

-оценка возможности применения ВСК для выделения углеводородов нефтяного происхождения;

- извлечение различных по биологической доступности полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) из почв с использованием ВСК.

Научная новизна

Предложена новая пятистадийная схема последовательного экстрагирования форм ТМ из почв, илов и донных отложений. Оценена возможность применения данной последовательности выщелачивающих реагентов для извлечения наиболее подвижных и токсичных форм элементов из исследуемых объектов.

Показана перспективность применения гибридного метода фракционирования и определения форм элементов в почвах и донных отложениях для изучения особенностей связывания микро- и макрокомпонентов в исследуемых образцах.

Рассмотрена возможность использования ВСК для фракционирования форм ртути в почвах и донных отложениях с применением различных схем последовательного экстрагирования. Определены оптимальные условия динамического экстрагирования форм ртути.

Впервые проведено извлечение различных по биодоступности форм ПАУ в проточном режиме с использованием последовательности органических растворителей. Показана возможность применения ВСК для быстрого и эффективного извлечения нефтяных углеводородов из загрязненных почв.

Практическая ценность работы

Впервые выявлены закономерности удерживания образца почвы в колонке и закономерности выщелачивания элементов, позволяющие оптимизировать условия динамического экстрагирования загрязняющих веществ из исследуемых образцов.

Предложена схема последовательного экстрагирования форм ТМ, позволяющая оценить биологическую доступность элементов при проведении экологического мониторинга почв, илов и донных отложений.

Предложен новый подход для оценки связывания ТМ с матричными элементами почвы. Применение гибридного метода фракционирования и определения элементов значительно расширяет возможности изучения особенностей связывания элементов в образце, что, в свою очередь, позволяет решать ряд фундаментальных задач геохимии и почвоведения.

Показана возможность применения ВСК для фракционирования форм ртути в динамическом режиме с учетом особенностей физических и химических свойств этого металла. Показано, что для корректной оценки содержания наиболее подвижных форм ртути предпочтительнее использовать проточное экстрагирование.

Разработан способ оценки биологической доступности некоторых ПАУ. Выделение ПАУ, а также нефтяных углеводородов из почв с помощью ВСК позволяет избежать трудоемкой стадии пробоподготовки образца (омыление, центрифугирование и т.д.), а также очистки получаемых экстрактов перед анализом, что необходимо в случае традиционного статического экстрагирования.

Автор выносит на защиту:

- закономерности поведения полидисперсных образцов во вращающихся спиральных колонках с различными конструкционными и рабочими параметрами;

- закономерности динамического экстрагирования форм элементов из почв в

ВСК;

- оригинальную схему последовательного экстрагирования тяжелых металлов из почв, илов и донных отложений;

- метод изучения связывания микро- и макрокомпонентов в почвах и донных отложениях;

- сравнительные результаты статического и динамического фракционирования ртути в почвах и донных отложениях, полученные при применении различных схем последовательного экстрагирования;

- способ динамического извлечения нефтяных углеводородов и различающихся по биологической доступности форм ПАУ из почв.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях «Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья» (Москва, 2003, 2006); V и VI Всероссийских конференциях по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2003, 2006» (С.-Петербург, 2003; Самара, 2006); 2-й конференции стран Черноморского бассейна (Стамбул, Турция, 2003); 3-м Международном симпозиуме по методам разделения в бионауках (Москва, 2003); Всероссийской конференции «Аналитика России» (Москва, 2004.); 3-й и 4-й Международных конференциях по противоточной хроматографии (Токио, Япония 2004; Вашингтон, США, 2006); Международной конференции по аналитической химии и химическому анализу (Киев, Украина, 2005); II Международном симпозиуме "Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии" (Краснодар, 2005); Международном конгрессе по аналитическим наукам «ICAS-2006» (Москва, 2006).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 4 статьях и 16 тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, списка сокращений, пяти глав, общих выводов, приложения и списка литературы. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц, 28 рисунков и 131 литературную ссылку.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Изучена зависимость удерживания твердых полидисперсных образцов в ВСК от рабочих (скорость вращения колонки, скорость прокачивания подвижной фазы) и конструкционных (отношение радиусов вращения и обращения колонки (параметр /7), внутренний диаметр капилляра колонки) параметров планетарной центрифуги, природы и массы образца. Показано, что с увеличением скорости вращения колонки, параметра fi и внутреннего диаметра капилляра удерживание образца в колонке улучшается. Выявленные закономерности позволяют прогнозировать поведение образца в колонках, отличающихся конструкционными характеристиками. Выбор массы удерживаемого образца определяется его природой. Образцы дерново-подзолистой почвы массой до 2.5 г стабильно удерживаются в колонке при скорости вращения 800 об/мин и скорости прокачивания подвижной фазы до 5 мл/мин. На примере образцов глинистых минералов показано, что для удерживания образцов с низкой плотностью и высокой гигроскопичностью необходимо использование планетарных центрифуг, обеспечивающих скорость вращения колонки более 1000 об/мин.

2. Исследовано влияние скорости потока подвижной фазы, массы и степени дисперсности образца на экстрагирование форм элементов из почв. Показано, что увеличение массы образца, степени его дисперсности и скорости прокачивания реагента приводит к снижению степени выщелачивания элементов. На основе экспериментальных данных разработана методика динамического экстрагирования элементов из полидисперсных образцов дерново-подзолистой почвы (рекомендованы оптимальные для эффективного выщелачивания элементов масса образца (0.5 г) с размером частиц не более 250 мкм, и скорость прокачивания подвижной фазы (1 мл/мин)).

3. Разработана новая пятистадийная схема последовательного экстрагирования тяжелых металлов (ТМ) из почв, илов и донных отложений обеспечивающая селективное растворение определенных матричных компонентов образца. По сравнению с трехстадийной схемой BCR предлагаемая последовательность позволяет разделить подвижные (наиболее токсичные) формы ТМ, а, следовательно, более точно оценить опасность загрязнения. С помощью разработанной схемы оценено распределение элементов между экстрагируемыми фракциями при анализе ряда образцов загрязненных почв, илов и донных отложений.

4. Впервые исследованы особенности связывания ТМ (Zn, Си, РЬ) и матричных элементов (Mn, Al, Fe) в образцах почв с применением нового гибридного метода фракционирования и определения форм элементов. Экспериментально показано, что увеличение содержания органического вещества в образце приводит к увеличению количества металлов, связанного с органическими комплексами и аморфными оксидами. Сравнение кривых элюирования для исследуемых ТМ и матричных элементов, а также сопоставление численных данных on-line анализа позволило выявить различия в механизмах растворения оксидов Fe и А1 и связанных с ними ТМ. Отмечена перспективность гибридного метода фракционирования и определения элементов для решения фундаментальных и практических задач геохимии и почвоведения.

5. Изучена возможность применения ВСК для динамического фракционирования форм ртути в почвах. Экспериментально показано, что в случае комплексного анализа почв при определении форм ТМ, схемы фракционирования, разработанные для Си, Zn, РЬ, можно использовать и для определения различных по подвижности и токсичности форм ртути. Отмечено, что наиболее точные данные по биогеохимическому фракционированию ртути обеспечивают схемы, специально разработанные для данного элемента (в частности, схема Блума). На примере анализа стандартного образца почвы SRM 2710 с использованием схемы Блума показано, что в случае динамического экстрагирования суммарная степень извлечения ртути в остаточной и четырех экстрагируемых фракциях выше, чем в статическом режиме (93% и 75 %, соответственно).

6. Показана принципиальная возможность применения ВСК для динамического экстрагирования углеводородов нефтяного происхождения (НУ) из образцов загрязненных почв. Показано, что //-гексан и ацетонитрил могут успешно применяться при извлечении НУ из почв. При анализе экстрактов методом ВЭЖХ предпочтительнее использовать ацетонитрил, поскольку в этом случае исключается стадия смены растворителя. Применение //-гексана для извлечения НУ целесообразно при их детектировании методом газовой хроматографии, так как данный экстрагент позволяет выделить НУ в более узкую фракцию (10-15 мл), чем ацетонитрил (15-20 мл). Отмечено, что при экстрагировании в ВСК значительно снижается время анализа (около 1 ч вместо традиционных 20 ч), упрощается процедура пробоподготовки образца и исключается стадия очистки элюата перед анализом.

7. Впервые проведено извлечение различных по биодоступности форм ПАУ в проточном режиме. Сравнение результатов извлечения ПАУ в динамических и статических условиях показывает преимущества использования динамического экстрагирования в ВСК: отсутствие стадий фильтрования, центрифугирования и промывания образца при сравнимой или более высокой эффективности извлечения.

1. Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М: Высшая школа. 2006.

2. Ильин Б.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука. 1991.

3. Цинк и кадмий в окружающей среде / Алексеенко В.А. и др. М.: Наука. 1992.

4. Ляликова Н.Н. Роль микроорганизмов в превращении минералов свинца в рудных месторождениях // 9-й Международный симпозиум по биохимии окружающей среды. Обнинск. 1989. 168 с.

5. Ravichandran М. Interactions between mercury and dissolved organic matter. A review. // Chemosphere. 2004. V.55. P. 319-331.

6. Варшал Г.М., Кощеева И .Я., Хушвахтова С.Д. Комплексообразование ртути с гумусовыми кислотами как важнейший этап цикла ртути в биосфере. // Геохимия. 1999. №3. С. 1-7.

7. Drexel R.T., Haitzer М., Ryan J.N. Mercury (II) sorption to two Florida Everglades peats: evidence for strong and weak binding and competition by dissolved organic matter released from the peat. // Environ. Sci. Technol. 2002. V. 36. P. 4058-4064

8. Lindqvist O., Johanssen K., Aastrup M. Mercury in the Swedish environment. Global and local sources. Solna, National Swedish Environment Protection Board (SNV PM 1816). 1984. P. 105.

9. Габайдуллин А.Г., Ильина E.M., Рыжов B.B., Хамитова Р.Я. Охрана окружающей среды от ртутного загрязнения. Казань: Изд-во «Магариф». 1999.

10. Biester Н., Miiiler G., Schoier H.F. Binding and mobility of mercury in soils contaminated by emission from chlor-alkali plants. // Sci. Total Environ. 2002. V. 284. P. 191-203.

11. Han Y.H., Kingston M., Boylan H.M. Spesiation of mercury in soil and sediment by selective solvent and acid extraction. // Anal. Bioanal. Chem. 2003. V. 375. P. 428436

12. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах проблемы и методы изучения // Почвоведение. 2002. № 6. С. 682-692.

13. Michalke В. Element speciation definitions, analytical methodology and some examples // Ecotoxicology and Environ. Safety. 2003. V56. P. 122-139.

14. Муравьев А.Г., Каррыев Б.Б., Ляндзберг A.P. Оценка экологического состояния почвы. Практическое руководство. Спб.: «Крисмас+». 2000. 164 с.

15. F6rstner U. Metal speciation general concepts and applications // Int. J. Environ. Anal. Chem. 1993. V.51. №1. P. 5-23.

16. Соловьев Г.А. Использование комплексных вытяжек для определения доступных форм микроэлементов в почвах // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. JI.: Гидрометеоиздат. 1989. №5. С. 216-227.

17. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами / под ред. Зырина Н.Г. и Малахова С.Г. М.: Московское отделение гидрометеоиздата. 1981. 108 с.

18. HIavay J., Prohaska Т., Weisz М., Wenzel W. W., Stingeder G. J. Determination of trace elements bound to soils and sediment fractions (IUPAC technical report) // Pure Appl. Chem. 2004. V. 76. №2. P. 415-442.

19. Gleyzes С., Tellier S., Astruc M. Fractionation studies of trace elements in contaminated soils and sediments: a review of sequential extraction procedures // Trends Anal. Chem. 2002. V.21. №3. P. 451-466.

20. Gimeno-Garcia E., Andreu V., Boluda R. Distribution of heavy metals in rice farming sols // Arch. Environm. Contam. Toxicol. 1995. V. 29. P. 476-483.

21. Ahumada I., Escudero P., Carrasco M.A., Castillo G., Ascar L., Fuentes E. Use of sequential extraction to assess the influence of sewage sludge amendment on metal mobility in Chilean soils // J. Environ. Monit. 2004. V. 6. P. 327-334.

22. Carlsson E., Thunberg J., Ohlander В., Holmstrom H. Sequential extraction of sulfide-rich tailings remediated by the application of till cover, Kristineberg mine, northern Sweden // The Science of the Total Environment. 2002. V. 299. P. 207226.

23. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Anal. Chem. 1979. V. 51. №7. P. 844850.

24. Planquart P., Bonin G., Prone A., Massiani C. Distribution, movement and plant availability of trace metas in soils amended with sewage sludge composts: application to low metal loading // The Science of the Total Environment. 1999. V. 241. P. 161-179.

25. Sobczynski Т., Siepak J. Speciation of heavy metals in bottom sediments of lake in the area of Wielkopolski National Park // Polish Journal of Environmental Studies. 2001. V. 10. №6. P. 463-474.

26. Abollino O., Aceto M., Malandrino M., Mentasti E., Sarzanini C., Barberis R. Distribution and mobility of metals in contaminated sites. Chemometric investigation of pollutant profiles // Environ. Pol. 2002. V. 119. P. 177-193.

27. Paganeli F., Moscardini E., Giuliano V., Того L. Sequential extraction of heavy metals in river sediments of an abandoned pyrite mining area: pollution detection and affinity series // Environ. Pol. 2004. V. 132. P. 189-201.

28. Shrivastava S.K., Banerjee D.K. Speciation of metals in sewage sludge and sludge-amended soils // Water, Air and Soils Pol. 2004. V. 152. P. 219-232.

29. Peng Sh-H., Wang W-Xi. Li Xi., Yen Yu-F. Metal partitioning in river sediment measured by sequential extraction and biomimetic approaches // Chemosphere. 2004. V. 57. P. 839-851.

30. Wong J.W.C., Selvam A. Speciation of heavy metals during co-composting of sewage sludge with lime // Chemosphere. 2006. V. 63. P. 980-986.

31. Kersten M., Forstner U. Chemical Fractionation of Heavy Metals in Anoxic Estuarine and Coastal Sediments // Water Sci. Technol. 1986. V. 18. №1. P. 121130.

32. Quevauviller Ph. Opeationally-defined extraction procedures for soil ad sediment analysis. Part 3: New CRMs for trace-element extractable contents // Trends n Anal. Chem. 2002. V21. №11. P. 774-785.

33. LuoY.M., Christie P. Choice of extraction technique for soil reducible trace metals determines the subsequent oxidisabe metal fraction in sequential extraction schemes // Intern. J. Environ. Anal. Chem. 1998. V. 72. № 1. P. 59-75.

34. Miranda F.M.M., da Silva H.K.Ph., de Feitas Barbosa A.M. Speciation of heavy metals in estuarine sediments in the northeast of Brazil // Environ. Sci.& Pollu. 2001. №8. P. 1-6.

35. Svete P., MilacicR., Pihlar B. Partitioning of Zn, Pb and Cd in river sediments from a lead and zinc mining area using the BCR three-step sequential extraction procedure // J. Environ. Monit. 2001. № 3. P. 586-590.

36. Morillo J., Usero J., Gracia I. Heavy metal fractionation in sediments from the Tinto river (Spain) // Intern. J Environ. Anal. Chem. 2002. V. 82. №4. P. 245-257.

37. Tiizen M. Determination of trace metals in the river Ye§ilirmak sediments in Tokat, Turkey usingsequential extraction procedure // Microchem. J. 2003. V 74. P. 105110.

38. Pueyo M., Sastre J., Hernandez E., Vidal M., Lopez-Sanchez J.F., Rauret G. Prediction of trace element mobility in contaminated soils by sequential extraction // J. Envron. Qual. 2003. V. 32. P. 2054-2066.

39. Tokalioglu §., Kartal §., Birol G. Application of a three-stage sequential extraction procedure for the determination of extractable metal contents in highway soils // Turk. J. Chem. 2003. V. 27. P. 333-346.

40. Tokalioglu §., Kartal §., Birol G. Comparison of three sequential extraction procedures for partitioning of heavy metals in car park dusts // J. Environ. Monit. 2003. №5. P. 468-476

41. Bloom N.S., Preus E., Katon J., Hiltner M. Selective extractions to assess the biogeochemically relevant fractionation of inorganic mercury in sediments and soils // Anal. Chim. Acta. 2003. №479. P.233-248.

42. Hintelmann H., Welburn P.M., Evans R.D. Binding of methylmercury compounds by humic and ftilvic acids // Water Air Soil Pol. 1995. V.80. P.1031-1034.

43. Wallschlager D., Deasai M.V.M., Spengler M., Wilken R.-D. Mercury speciation in foodplain soils and sediments along a contaminated river tansect // J. Environ. Qual. 1998. V.27. P. 1034-1044.

44. Panyametheekul S. An operationally defined method to determine the speciation of mercury // Environ. Geochem.&Health. 2004. V. 26. P. 51-57.

45. Mercury contaminated sites: characterization risk assessment and remediation / R. Ebinghaus et. al. 1999. 538 p.

46. Plouffe A., Rasmusen P.E., Hall G.E.M., Pelchat P. Mercury and antimony in soils and non-vascular plants near two past-producing mercury mines, British Columbia, Canada // Geochemistry: Expl. Environ. Anal. 2004. V.4. P.353-364.

47. Shi J., Liang L., Jiang G., Jin X. The speciation and bioavailability of mercury in sediments of Haihe river, China // Environ.Intern. 2005. V.31. P.357-365.

48. Kocman D., Horvat M., Kotnik J. Mercury fractionation in contaminated soils fro the Idrija mercury mine region // J. Environ. Monit. 2004. № 6. P.696-703.

49. Tongtavee N., Shiowatana J., McLaren R.G. Fractionation of lead in soils affected by smelth activities using a continuous-flow sequential extraction system // Intern. J. Environ. Anal. Chem. 2005. V. 5. № 8. P. 567-583.

50. Miro M., Hansen E.H., Chomchoei R-, Frenzel W. Dynamic flow-through approaches for metal fractionation in environmentally relevant slid samples // Trends in Anal. Chem. 2005. V.24. №8. P. 759-771.

51. Chochoei R., Shiowatana J., Pongsakul P. Continuous-flow system for reduction of metal readsorbtion during sequential extraction of soil // Anal. Chim. Acta. 2002. V. 472. P. 147-159.

52. Buanuam J., Shiowatana J., Pongsakul P. Fractionation and elemental association of Zn, Cd and Pb in soils contaminated by Zn minings using a continuous-flow sequential extraction // J. Envron. Monit. 2005. № 7. P. 778-784.

53. Jimoh M., Frenzel W., Miiller V., Stephanowitz H., Hoffmann E. Development of a hyphenated microanalytical system for the investigation of leaching kinetics of heavy metals in environmental samples // Anal. Chem. 2004. V. 76. P. 11971203.

54. Wisotzky F., Cremer N. Sequential extraction procedurein columns. Part 2: Application of a new method // Environ. Geol. 2003. V.44. №7. P. 805-810.

55. Song Q.J., Greenway G.M. A study of the elemental leachability and retention capability of compost // J. Environ. Monit. 2004. V. 6. №1. P. 31-37.

56. Shiowatana J., Tantidanai N., Nookabkaew S., Nacapricha D. A novel continuous-flow sequential extraction procedure for metal speciation in solids // J. Environ. Qual. 2001. V.30. №6. P. 1195-1205.

57. Strobel B.W., Hansen H.C.B., Borggaard O.K., Andersen M.K., Raulund-Rasmussen K. Cadmium and copper release kinetics in relation to afforestation of cultivated soil // Geochim. Cosmochim. Acta. 2001. V.65. №7. P. 1233-1242.

58. Beauchemin D., Kyser K., Chipley D. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry with On-Line Leaching: A Method To Assess the mobility and Fractionation of Elements // Anal. Chem. 2002. V. 74. №15. P. 3924-3928.

59. Dong L.-M., Yan X.-P. On-line coupling of flow injection sequential extraction to hydride generation atomic fluorescence spectrometry for fractionation of arsenic in soils // Talanta. 2005. V. 65. №3. p. 627-631.

60. Jimoh M., Frenzel W., Muller V. Microanalytical flow-through method for assessment of the bioavailability of toxic metals in environmental samples // Anal. Bional. Chem. 2005. V. 381. №3. P. 438-444.

61. Wisotzky F., Cremer N. Sequential extraction procedure in columns. Part 1: Development and description of a new method // Environ. Geol. 2003. V. 44. № 7. P. 799-804.

62. Другое Ю.С., Родин А.А. Мониторинг органических соединений природной среды. Практическое руководство. Спб.: Наука. 2004.

63. Фомин Г.С., Фомин А.Г. Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. М: «Протектор». 2000.

64. Yang Y., Zhang X.X., Korenaga T. Distribution of polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs) in the soil of Tokushima, Japan // Water, Air, and Soil Poll. 2002. V. 138. № 1-4. P. 51-60.

65. Szolar O.H.J., Rost H., Braun R., Loibner A.P. Analysis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Soil: Minimizing Sample Pretreatment Using Automated Soxhlet with Ethyl Acetate as Extraction Solvent // Anal. Chem. 2002. V. 74. № 10. P. 2379-2385.

66. Notar M., Leskovsek H. Optimisation of supercritical fluid extraction of polynuclear aromatic hydrocarbons from spiked soil and marine sediment standard reference material // Fresenius J. Anal. Chem. 1997. V. 358. №5. P. 623-629.

67. Ericsson M., Colmsjo A. Dynamic microwave-assisted extraction coupled on-line with solid-phase extraction: determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in sediment and soil // J. Chromatogr. A. 2002. V. 964. №1-2. P. 11-20.

68. Lundstedt S., van Bavel В., Haglund P., Tysklind M., Oberg L. Pressurised liquid extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from contaminated soils // J. Chromatogr. A. 2000. V. 883. №1-2. P. 151-162.

69. Merino F., Rubio S., Perez-Bendito D. Acid-induced cloud point extraction and preconcentration of polycyclic aromatic hydrocarbons from environmental solid samples // J. Chromatogr. A. 2002. V. 962. № 1. P. 1-8.

70. King S., Meyer J.S., Andrews A.R.J. Screening method for polycyclic aromatic hydrocarbons in soilusing hollow fiber membrane solvent microextraction // J. Chromatogr. A. 2002. V. 982. №2. P. 201-210.

71. Song Y.F., Jing X., Fleischmann S., Wilke B.-M. Comparative study of extraction methods for determination of PAHs from contaminated soils and sediments // Chemosphere. 2002. V. 48. P. 993-1001.

72. Fedotov P.S., Bauer C., Popp P., Wennrich R. Dynamic extraction in rotating coiled columns, a new approach to direct recovery of polycyclic aromatic hydrocarbons from soils // J. Chrom. A. 2004. V. 103. P. 305-309.

73. Reid B.J., Jones K.C., Semple K.T. Bioavailability of persistent organic pollutants in soils and sediments a perspective on mechanisms, consequences and assessment // Environ Pollu. 2000. V. 108. P. 103-112.

74. Macleod C.J.A., Semple K.T. Sequential extraction of low concentrations of pyrene and formation of non-extractable residues in sterile and non-sterile soils // Soil Biol. & Biochem. 2003. V. 35. P. 1443-1450.

75. Cuypers C., Pancras Т., Grotenhuis Т., Rulkens W. The estimation of PAH bioavailability in contaminated sediments using hydroxypropyl-/?-cyclodextrin and Triton X-100 extraction techniques // Chemosphere. 2002. V. 46. P. 1235-1245.

76. Liste H.-H., Alexander M. Butanol extraction to predict biovailability of PAH in soil // Chemosphere. 2002. V. 46. P. 1011-1017.

77. Gferer M., Serschen M., Lankmayr E. Optimized extraction о polycyclic aromatic hydrocarbons from contaminated soil samples // J. Biochem. Biophys. Metods. 2002. V. 53. P. 203-216.

78. Bodzek D., Janoszka В., Dobosz C., Warzecha L., Bodzek M. Determination of polycyclic aromatic compounds and heavy metals in sludges from biological sewage treatment plants // J. Chrom.A. 1997. V. 774. P. 177-192.

79. Badr Т., Hanna K., de Brauer C. Enhanced solubilization and removal of naphthalene and phenanthrene by cyclodextrins from two contaminated soils // J. Hazard. Mater. B. 2004. V. 112. P. 215-223.

80. Dean. J.R., Scott W.C. Recent developments in assessing the boavailability of persistent organic pollutants in the environment. // Trends in Anal. Chem. 2004. V. 23. №9. P. 609-618.

81. Conway W.D. Countercurrent chromatography. Preface. // J. Chromatogr. 1991. V. 538. № 1. P. 3.

82. Countercurrent Chromatography. Theory and Practice. / Eds.: Mandava N.V., ItoY. New York: Marcel Dekker. 1988. 595 p.

83. Ito Y. A new horizontal flow-through coil planet centrifuge for countercurrent chromatography: I. Principle of design ana analysis of acceleration // J. Chromatogr. 1980. V. 188. № 1. P. 33-42.

84. Tsai R.-S., El Tayar N., Testa В., Ito Y. Toroidal coil centrifugal partition chromatography, a method for measuring partition coefficients // J. Chromatogr. 1991. V. 538. №1. P. 119-124.

85. Ito Y. High-speed Countercurrent Chromatography. // CLC Critical Reviews in Analytical Chemistry 1986. V. 17. №4. P. 65-143.

86. Катасонова O.H. Фракционирование частиц во вращающихся спиральных колонках: теория и применение в вещественном анализе почв / Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Москва. 2005.

87. High-speed countercurrent chromatography, Chemical Analysis Series. / Eds. Y. Ito, W.D. Conway. New York: J.Wiley&Sons. 1996. V. 132. 450 p.

88. Zhang T.Y., Pannell L.K., Pu Q.L., Cai D.G., Ito Y. Separation of hydroxyanthraquinone derivatives extracted from rheum with analytical high-speed counter-current chromatography // J. Chromatogr. A. 1988. V. 442. №4. P. 455458.

89. Yang F., Zhang Т., Zhang R., Ito Y. Application of analytical and preparative highspeed counter-current chromatography for separation of alkaloids from Copiis chinensis Franch // J. Chromatogr. A. 1998. V. 829 N 1. P. 137-141.

90. Chen L.J., Games D.E., Jones J., Kidwell H. Separation and identification of flavonoids in an extract from the seeds of Oroxylum indicum by CCC // J. Liq. Chrom. & Rel. Tech. 2003. V.26. №9&10. P. 1623-1636.

91. Chen L.J., Games D.E., Jones J. Isolation and identification of four flavonoid constituents from the seeds of Oroxylum indicum by high-speed counter-current chromatography // J. Chromatogr. A. 2003. V. 988. №1. P. 95-105.

92. Qi L., Ma Y., Ito Y., Fales H.M. Isolation and purification of 3-oxo-D5-steroid isomerase from crude coli lysate by countercurrent chromatography // J. Liquid Chrom. & Rel. Tech. 1998. V.21. №1&2. P. 83-92.

93. Zolotov Yu.A., Spivakov B.Ya., Maryutina T.A., Bashlov V.L., Pavlenko I.V. Partition countercurrent chromatography in inorganic analysis // Fresenius Z. Anal. Chem. 1989. V.335. №8. P.938-944.

94. Araki Т., Okazawa Т., Kubo Y., Ando F., Asai H. Separation of lighter rare earth metal ions by centrifugal countercurrent type chromatography with di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid // J. Lig. Chromatogr. 1988. V. 11. №1. P. 267-281.

95. Akiba К., Sawai S., Nakamura S., Murayama W. Mutual separation of lanthanoid elements by cenrifugal partition chromatography // J. Lig. Chromatogr. 1988. V. 11. № 12. P. 2517-2536.

96. Марютина Т.А., Спиваков Б.Я., Шпигуи Л.К., Павленко И.В., Золотое Ю.А. Концентрирование и разделение орто- и пирофосфат-ионов методом жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой // Журн. аналит. химии. 1990. Т. 45. №4. С. 665-670.

97. Spivakov B.Ya., Maryutina Т.А., Zolotov Yu.A. Multistage Liquid-Liquid Extraction Separation of Inorganic Ions Using a Planet Centrifuge // Proc. of International Solvent Extraction Conference (ISEC'90). Japan: Elsevier. 1992. Part A. P. 451-456.

98. Akiba К. High-speed countercurrent chromatography for separation of americium from lanthanoids // J Radioanal. Nucl. Chem. 2001. V. 249. №3. P. 547-550.

99. Fedotov P.S., Zavarzina A.G., Spivakov B.Ya., Wennrich R., Mattusch J., de P.C. Titze K., Demin V.V. Fractionation of heavy metals in contaminated soils and sediments using rotating coiled columns // J. Environ. Monit. 2002. V. 4. № 2. P. 318-324.

100. Fedotov P.S. Accelerated fractionation of heavy metals in contaminated soils and sediments using rotating coiled columns // J. Environ. Monit. 2002. №4. P. 318324.

101. Spivakov B.Ya., Maryutina T.A., Fedotov P.S., Ignatova S.N., Katasonova O.N., Dahmen J., Wennrich R. Separation of substances in rotating coiled columns: from trace metals to microparticles // J. Anal. Chem. 2002. V. 57. №10. P. 928-934.