ИСТИНА

В последние годы в связи с развитием электронной промышленности и нанотехнологий постоянно растет объем использования редких элементов в промышленности. Однако распространенность в природных водах, миграционные свойства и биогеохимические особенности редких элементов изучены недостаточно. В данной работе поставлена задача рассмотрения возможностей метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) для определения состава и концентраций неорганических компонентов в природных водах. Объектом исследования являлись придонные, поровые и поверхностные воды Иваньковского водохранилища. Иваньковское водохранилище служит источником питьевого водоснабжения г.Москвы. Выбор объектов исследования определяется высокой значимостью их участия в процессах формирования состава всех звеньев экосистемы водохранилища. Поровые воды играют роль аккумулятора и носителя микроэлементов в процессах обмена загрязняющими веществами между водной средой, донными отложениями, макрофитами и зообентосом. Пробоотбор и пробоподготовка Полевые работы проводились в летний период с 2010 по 2012 г. Поровые воды выделяли из пробы донных осадков на лабораторном прессе фирмы Perkin Elmer, USA. Образцы природных вод были отфильтрованы через фильтр "синяя лента", затем через фильтр 0,45 мкм и хранились в холодильнике в контейнерах из полипропилена. Для консервации проб применялась азотная кислота квалификации ОСЧ, дважды прошедшая процедуру изопиестической перегонки. В основу работы положены результаты анализов 67 образцов природных вод (7 обр. - поверхностные воды, 30 обр. - придонные воды, 30 обр. - поровые воды). Аппаратура и аналитическая процедура Выполнение элементного анализа природных вод методом ИСП-МС проводилось на масс-спектрометре ELEMENT-2 фирмы ThermoScientific (рис.1). Определялись содержания следующих элементов: Li, Be, Sc, V, Cr, Co, Ni, Ga, Rb, Y, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Te, Cs, La, Hf, Ta, W, Re, Tl, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, U. Для введения проб в ИСП горелку использовалась распылительная камера горизонтального типа с фторопластовым небулайзером. ИСП горелка использовалась для получения ионного потока для масс-спектрометра. Расход аргона в ИСП-горелке по основным рабочим каналам составляли: 16 л/мин., 0.86 л/мин. и 1.02 л/мин. для охлаждающего, рабочего, и подающего пробу аргона соответственно. Температура аргоновой плазмы 11000 К дает исключительно высокий коэффициент ионизации, что в свою очередь расширяет круг определяемых элементов и улучшает чувствительность метода. Для обеспечения низких фоновых концентраций элементов осуществлены следующие мероприятия. В автономную систему вентиляции и кондиционирования включен «нуль-фильтр», поглощающий тяжелые металлы. С помощью такого фильтра производилась и доочистка аргона. Для разведения проб использовалась вода, прошедшая очистку в системе деионизации (ультрафиолетовая обработка, микрофильтрация, обратный осмос, ионно-обменные смолы). Измерения проводились в двух режимах разрешающей способности – низкой (400) и средней (4000), что позволило решить проблему спектроскопических интерференций. В работе использовалась специальная программа "Метод", которая позволяет определить основные параметры измеряемого спектра - перечень элементов, их точные массы, диапазоны поиска и сканирования, точную массу, на которой фиксируется диспергирующий магнит, диапазоны ответственности за сканирование электростатического анализатора, время "успокоения"магнита, способ снятия сигнала, время интегрирования сигнала в каждой точке сканирования, количество точек сканирования. Внутри каждого спектра определялись содержания до 43 элементов, при этом интенсивность каждого пика измерялась девятикратно. Каждый пик представляет собой гистограмму - интенсивности ионных токов измерялись последовательно в 20 точках шкалы масс внутри заранее определенного диапазона. Процедура измерения заключается в запуске специализированной программы "Последовательность", в которой имеются ссылки на файл "Метод", настройки параметров интерфейса, используемые стандарты и их разведение, формат отчета о результатах измерения, калибровки, и перечень бланков, холостых, стандартов и проб. Для получения калибровок «сигнал-концентрация» применялся сертифицированный стандарт фирмы High Purity Standards HPS ICP-MS-68A c концентрациями всех элементов 10 ppm, из которого изготовлялась серия из 7 промежуточных стандартов от 1 до 10000 ppt. Для учета дрейфа отклика прибора использовался метод внутреннего стандарта. В качестве внутреннего стандарта использовали In, точное количество которого вводилось весовым методом во все стандарты и пробы, включая холостые. Относительное стандартное отклонение рассчитывается программой для каждого элемента в каждом образце. Результаты Пределы обнаружения (3σ-критерий) масс-спектрального определения элементного состава природных вод составляют: 1,1-5,5 нг/л для Li, Be, Cr, Co, Ni, Mo, Sn, Te, Nd; 0,1-0,8 нг/л для Sc, V, Ga, Rb, Y, Zr, Ag, Cd, Sb, Cs, La, W, Ti, Pb, Eu, Th; 0,01-0,09 нг/л для Hf, Ta, Re, Bi, Ce, Pr, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, U. Относительное стандартное отклонение от 0,2 до 17 % в зависимости от элемента и его концентрации в пробе. Таким образом, использование метода ИСП-МС при эколого-геохимических исследованиях водных объектов позволяет существенно расширить круг определяемых элементов, снизить величины нижних границ определяемых элементов до уровня геохимического фона, а также сократить объем отбираемой при полевых исследованиях пробы.