Кадмийдің организмдер үшін зиянды екеніне қарамастан, оның әртүрлі материалдардың құрамына еңгізу арқылы сол материалдардың ең керекті қасиеттерін айтарлықтай жақсартуы оны халық шаруашылығының түрлі салаларында кеңінен қолданылуына алып келді. Сол себептен оны түрлі нысандарда мүхият мониторинг жасау қазіргі күннің ең актуальды проблемалары саналады. Кадмийдің ультра аз мөлшерлерін анықтауда спектрофотометриялық және фотометриялық оптикалық әдістер кеңінен қолданылуда. Берілген зерттеу жұмысында біз кадмийдің N-метиланабазин негізіндегі оксиазореагент N-метиланабазин -α1-азо-n-крезол мен өзара әсерлесуінің оңтайлы жағдайларын зерттеу арқылы оны фотометриялық анықтау әдістерін істеп шығару мүмкіншіліктерін карастырдық[1, 29-б.].
Жұмыс жүргізуде кадмийдің титрі 1мг/см3 стандарт ерітіндісін металдық кадмийдің дәл өлшендісін тұз қышқылында еріту арқылы дайындадық; азореагент N-метиланабазин -α1-азо-n-крезол (МААК) алыну жолы оксиазореагенттерді синтездеуге арналған әдебиеттерде кеңінен сипаттап баяндалған, оның этанолды ерітіндісі сұйылтылған күйде жұмысшы ерітінді есебінде қолданылды:
NCH3
H3 CN=N
H -O
Қолданылған этанолдар айдау жолы мен тазартылды. Таңдалған реагенттің кадмиймен комплекс пайда етуінде ең маңызды болған оңтайлы орта қышқылдылығын анықтауда алуан түрлі буферлі ерітінділер дайындалды [2,57-б.].
Барлық сулы ерітінділер бидистилденген суларда дайындалды. Фотометрленетін ерітінділердің оптикалық тығыздықтары (о.т) JENWAJ 6300 спектрофотометрінде өлшенді. Кадмий МААК реагентімен бейтарап және сілтілі орталарда, рН 6-дан бастап күлгін түсті комплекс түзеді. МААК-тың өзі бұл жағдайларда сары немесе қызғылт сары түске ие. Кадмийдің МААК реагентімен комплекс түзуінің оңтайлы жағдайларын зерттегенде реакция жүргізудің жалпы әдістемесі төмендегіше орындалды: Шағын өлшеу колбаларына кадмийдің стандарт ерітіндісін, 2мл буфер ерітінді, МААК реагентінің белгілі бір көлемін құйып, араластарып, дайындалған ерітіндінің оптикалық тығыздығы JENWAJ 6300 спектрофотометрде ℓ=1см қалындықта және максимал нұр жұту толқын ұзындығында өлшенді. Салыстырма ерітінді ретінде су немесе кадмийден басқа барлық реакция компоненттері бар (нольдік ерітінді) алынды. Фотометрленетін ерітінділердің жалпы көлемі 25мл болғандықтан, басқада нақты тәжірибелерде барлық компоненттер қосылғаннан кейін жалпы ерітінді көлемі өлшеу колбаларында 25мл-ге дисстилленген сумен жеткізілетіндігі ескертусіз келтіріледі.
Оңтайлы нұр жұту аумағын таңдау. Дайындалған фотометрленетін ерітінділерге 10 мкг кадмий ерітіндісін, 2 мл ацетатты- аммиакты буфер ерітінді (рН 7,9), 0,5 мл концентрациясы 4,22×10-4н МААК реагенті салынып пайда болған комплекстің оптикалық тығызығы суға, салыстырмалы ерітіндіге салыстырылып бірнеше толқын ұзындықтарда өлшенді. Алынған нәтижелер 1ші кестеде келтіріледі.
Кесте 1
Максимал нұр жұту аумағын таңдау:
| Нысанға түскен нұр түсі | λ, нм толқын ұзындығы | А | ||
| Комплекс су | Реагент су | К-реагент | ||
| көк | 400
410 420 430 |
0,172
0,160 0,150 0,135 |
0,170
0,159 0,149 0,120 |
0,002
0,001 0,001 0,015 |
| күлгін | 440
450 460 470 |
0,120
0,125 0,128 0,129 |
0,120
0,120 0,118 0,115 |
0,000
0,005 0,010 0,014 |
| Көк-жасыл | 480
490 500 510 520 530 |
0,130
0,130 0,135 0,140 0,145 0,150 |
0,113
0,085 0,080 0,078 0,075 0,061 |
0,017
0,045 0,055 0,062 0,070 0,099 |
| жасыл | 540
550 560 |
0,153
0,154 0,155 |
0,048
0,045 0,045 |
0,105
0,109 0,110 |
| сары | 570
580 590 |
0,155
0,160 0,149 |
0,040
0,043 0,043 |
0,115
0,117 0,108 |
| қызыл | 600 | 0,073 | 0,008 | 0,065 |
1-кестеден көрінуінше нұр ең көп жұтылатын аумағы λ=580нм төңірегінде байқалады. Кейінгі зерттеулерде ерітінділер оптикалық тығыздығы осы λ=580нм де өлшедік.
МААК-тың кадмиймен комплексінің уақыт бойынша тұрақтылығын анықтау. Комплекс ерітінділерінің оптикалық тығыздығының уақыт бойынша тұрақтылығы байқалмаса, немесе қысқа уақытқа ғана байқалса, онда мұндай комплекстер аналитикалық құндылығының болуына қарамастан анализда қолданылуын күрт шектейді. Аналитикалық жұмыстар үшін ынғайлылары: комплексі жылдам түзілетін және жеткілікті ұзақ уақыт ішінде оптикалық тығыздықтарын өзгертпейтін реңді босалған комплекстер болып табылады.
МААК-тың кадмиймен комплексінің уақыт бойынша тұрақтылығын зерттеуге арналған фотометрленетін ерітінділерде 20мкг кадмий, 2 мл ацетатты-аммиакты буфер рН≈8 (0,1 н сірке қышқылымен 0,1 н аммиактан құралған), 1 мл 4,22×10-4 М МААК қосылын салыстырма ерітіндіге қатысты фотометрленді (ℓ=1см; λ=580нм).комплекс және нольдік ерітінділер оптикалық тығыздықтары белгілі бір уақыт аралығында өлшеніп отырылды нәтижелері 2-ші кестеде келтіріледі.
Кесте 2
МААК-тың және оның кадмиймен комплексінің уақыт бойынша
тұрақтылығы
| Уақыт, мин | 0 | 5 | 10-25 | 30 | 45 | 55-75 | 105 | 135 | 195-255 | Тәулік бойы |
| Комплекс су (А) | 0,250 | 0,245 | 0,243 | 0,244 | 0,243 | 0,240 | 0,239 | 0,237 | 0,231 | 0,210 |
| Реагент су (А) | 0,037 | 0,037 | 0,038 | 0,040 | 0,040 | 0,043 | 0,056 | 0,060 | 0,060 | 0,072 |
| К-реагент (А) | 0,213 | 0,208 | 0,205 | 0,204 | 0,203 | 0,197 | 0,183 | 0,177 | 0,171 | 0,132 |
2-ші кестеде алынған мәліметтер бойынша кадмийдің МААК реагентімен берген комплексі барлық реакция компоненттерін бір-біріне қосқаннан кейін бастапқы 75 минут тұрақты болады деп санаса болады.
Кадмийдің МААК реагентімен комплексінің орта қышқылды-лығына тәуелділігі. Органикалық реагенттердің металл иондарымен комплекс түзуіне орта қышқылдылығы әсер етеді. Осы мәселеге айқындық еңгізу мақсатында реакция компоненттерінің тұрақты мөлшері бар, бірақ рН-шамасы әртүрлі болған комплекс және оған сәйкес салыстырмалы ерітінділер дайындалып олардың оптикалық тығыздықтары өлшенді. Әлсіз қышқылды, бейтарап және әлсіз сілтілі ортаны ацетатты-аммиакты буфер ерітінділерінен, ал күшті сілтілі ортаны күйдіргіш натр арқылы жасадық.
Фотометрленетін комлекс ерітінділерінде 20 мкг кадмий, рН шамасы әртүрлі болған 2мл-ден буфер ерітінді (0,1н CH3COOH+0.1н NH4OH) немесе күйдіргіш натрдың белгілі бір көлемі және 1мл 4,22×10-4М МААК ерітіндісі болды. Сәйкес салыстырма ерітінділерге кадмийден басқа реакцияның барлық компоненттері салынды және фотометрлеуде пайдаланылды. Нәтижелер 3-ші кестеде келтіріледі.
Кесте 3
Кадмиймен МААК реагенті комплексі шығымының ортақышқылдылығына байланыстылығы
| Буфер ерітінді құрамы | Бастапқы
рН |
А | рН | |||
| Комплекс-су | Салыстыр-малы ерітінді-су | ∆А | комплекс | Салыстыр-малы ерітінді | ||
| 0,1н CH3COOH
+0.1н NH4OH |
3,56
3,97 4,60 5,10 5,85 6,75 7,00 7,65 8,00 8,40 8,80 9,00 9,12 9,60 10,05 10,25 10,65 11,00 |
0,028
0,029 0,030 0,048 0,095 0,167 0,170 0,237 0,259 0,286 0,310 0,343 0,360 0,351 0,339 0,367 0,323 0,348 |
0,010
0,008 0,010 0,013 0,023 0,050 0,043 0,040 0,047 0,070 0,072 0,073 0,069 0,091 0,081 0,090 0,087 0,095 |
0,018
0,021 0,020 0,035 0,072 0,117 0,127 0,197 0,212 0,216 0,238 0,270 0,291 0,260 0,258 0,277 0,236 0,253 |
3,90
4,20 4,80 5,25 5,90 6,75 7,25 7,40 7,60 8,00 8,50 8,80 8,90 9,25 9,70 9,90 10,40 10,50 |
4,00
4,30 4,90 5,45 6,08 8,25 8,30 8,35 8,30 8,50 8,65 8,95 8,95 9,40 9,80 10,10 10,50 10,65 |
| 0,1н күйдіргіш натр | 0,15мл
0,30мл 0,50мл 0,80мл |
0,350
0,340 0,350 0,330 |
0,140
0,145 0,143 0,142 |
0,210
0,195 0,207 0,188 |
11,15
11,70 12,10 12,30 |
11,40
11,90 12,10 12,25 |
| 0,05м бура+0,1н HCl
Этанол-мен-тұнба түсірмеу үшін |
7,80
8,10 8,35 8,70 9,00 9,22 |
0,415
0,420 0,420 0,420 0,422 0,430 |
0,025
0,030 0,032 0,030 0,040 0,050 |
0,390
0,390 0,288 0,390 0,382 0,380
|
8,50
8,80 9,10 9,40 9,85 9,90 |
8,75
9,22 9,55 9,75 9,85 10,10 |
| 0,05м бура+0,1н
0,1н күйдіргіш натр этанолмен |
9,65
9,95 10,35 10,70 11,00 |
0,420
0,439 0,450 0,436 0,445 |
0,070
0,090 0,105 0,105 0,105
|
0,350
0,349 0,345 0,331 0,340 |
10,00
10,60 10,85 11,05 11,00
|
10,10
10,50 10,95 11,10 11,10 |
| 0,1н күйдіргіш натр этанолмен | 0,1мл
0,2мл 0,3мл 0,4мл 0,5мл 0,7мл 0,9мл |
0,470
0,430 0,440 0,420 0,422 0,402 0,393 |
0,150
0,145 0,143 0,145 0,150 0,148 0,148 |
0,320
0,285 0,297 0,275 0,272 0,254 0,245 |
10,30
11,40 11,85 12,00 12,20 12,40 12,60 |
10,80
11,50 11,90 12,05 12,50 12,50 12,60 |
Кесте 3-те байқалуынша МААК-тың кадмий мен комлексінің толық түзілуі рН мәні 8,8 ден 11-ге дейін деп санаса болады. Комплекс түзілуінің оңтайлы қышқылдылық аумағын анықтағаннан соң буфер ерітінділер табиғатының комплекс шығымына әсерін зерттедік. Бұл мақсатта ацетатты-аммиакты буфер ерітінділерден басқа боратты буферлі ерітінділердің боратты-сілтілі және боратты-тұз қышқылды ерітінділерін дайындап олар қатысуында комплекс пайда болуын зерттедік. Анықталуынша ең оңтайлы қышқылдылық орта рН 8,10-10,10 аралығында болып боратты-тұз қышқылды буферлік ерітінді қатысуында байқалады. Одан әрі барлық зерттеулерді рН 8,35 болған боратты-тұз қышқылды буфер ерітінділер қатысуында жүргіздік.
Кадмиймен комлекс жүргізуге қажетті МААК-тың ең оңтайлы мөлшерін анықтау. Кадмиймен комлекс түзуге қажетті МААК-тың оңтайлы мөлшерін табу үшін әрбір реакцияда кадмийдің концентрациясын тұрақты етіп алып ал МААК-тың концентрациясы, оптикалық тығыздық тұрақты мәнге ие болғанға дейін реакциядан реакцияға арттырылып отырылды. Фотометрленетін ерітінділерде кадмийдің тұрақты мөлшерлерімен қатар 2 мл этанол (тұнба түсуінің алдын алу үшін), рН шамасы 8,35 болған боратты- тұз қышқылды буфер ерітінді және әртүрлі мөлшердегі концентрациясы 4,22×10-4м болған МААК ерітіндісі болды. Дайындалған комплекс ерітінділерінің оптикалық тығыздықтары салыстырма ерітінді және суға қатысты өлшенді. Алынған нәтижелер 4-ші кестеде келтіріледі.
Кесте 4
Реакция үшін қажетті МААК-тың оңтайлы мөлшерін табу (λ=580нм, ℓ=1см)
| Кадмий
мкг |
МААК
мл |
А | ||
| Комлекс су | Реагент су | Комплекс-салыстырма ерітінді | ||
| 20 | 0,1
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 |
0,048
0,095 0,150 0,195 0,260 0,305 0,338 0,390 0,408 0,450 0,480 0,490 0,480 0,490 |
0,015
0,022 0,022 0,022 0,030 0,032 0,033 0,045 0,045 0,045 0,048 0,055 0,060 0,068 |
0,033
0,073 0,128 0,173 0,230 0,273 0,305 0,343 0,363 0,405 0,432 0,445 0,420 0,422 |
| 30 | 0,1
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 |
0,038
0,093 0,140 0,193 0,240 0,275 0,342 0,398 0,462 0,525 0,620 0,655 0,710 0,720 0,735 |
0,010
0,016 0,020 0,022 0,024 0,030 0,032 0,035 0,040 0,043 0,045 0,058 0,060 0,060 0,075 |
0,028
0,077 0,120 0,171 0,216 0,245 0,310 0,363 0,422 0,482 0,575 0,597 0,650 0,660 0,660 |
Кесте 4 те келтірілген мәліметтерден көрінуінше 20 және 30 мкг кадмий комплекске толығымен байланыстыруға МААК-тың 4,22×10-4 М концентрациялы ерітіндісінен 1,4-1,8мл көлемдері жеткілікті болады. Мұның өзі реакциянын негізгі компоненттерінің молярлы қатнастарына шаққанда кадмийге қарағанда МААК-тың 2,5:3,0 есе артықша мөлшерін талап етіп осы концентрацияларды ең оңтайлы деп санаса болады.
Кадмийдің МААК реагентімен реакциясының оңтайлы жағдайлары: λ=580нм; рН шамалары 8,10-10,10 аралығы; боратты- тұз қышқылды буфер ерітінді; МААК-тың кадмийден шамамен 3 есе артық мөлшері.