Kołodziej Ewelina
Gałęcki Krystian
Budny Kamil
Sprawozdanie
Monitoring Skażeń
Temat: Oznaczenie śladowych ilości Al. (III) w wodzie metodą spektrofluorometryczna.
Część teoretyczna:
Cel ćwiczenia: Poznanie czułej spektrofluorometrycznej metody oznaczania Al. (III) oraz zapoznanie się z najczęstszymi źródłami zanieczyszczeń glinem (III) wody oraz żywności pochodzenia roślinnego i oddziaływaniem na zdrowie człowieka.
Wstęp teoretyczny:
Glin i jego związki stosowane były przez człowieka od wielu lat i uznawano je dotychczas za nie ulegające wchłanianiu przez organizm ludzki i nietoksyczne. Dopiero zastosowanie nowoczesnych metod analitycznych, pozwalających na określenie zawartości glinu w tkankach, spowodowało wzrost zainteresowania jego metabolizmem i toksycznością.
W skorupie ziemskiej glin pod względem rozpowszechnienia zajmuje trzecie miejsce wśród wszystkich pierwiastków, a pierwsze wśród metali. Od jego symbolu (oraz symbolu krzemu) wywodzi się dawna nazwa najbardziej zewnętrznej warstwy globu - sial. Sole i tlenki glinu znane były od zarania dziejów. Uwodniony, mieszany siarczan tego pierwiastka, ałun, był używany jako środek antyseptyczny przez starożytnych Greków. Istnienie tego pierwiastka i nazwę zasugerował Louis-Bernard Guyton de Morveau w 1761 r. W 1807 podobną sugestię wyraził sir Humphry Davy, który zaproponował współczesną nazwę. Istnieją kontrowersje na temat tego kto pierwszy wyodrębnił ten pierwiastek w stanie czystym. Według jednych źródeł był to Friedrich Wöhler w 1827 r. wg innych Hans Christian Ørsted w 1825 r.
Glin występuje na +3 stopniu utlenienia, bardzo rzadko również na +1 i +2. W stanie czystym powoli utlenia się na powietrzu, ulegając pasywacji. Podgrzewany reaguje z tlenem obecnym w powietrzu tworząc tlenek. Glin łatwo roztwarza się w mocnych zasadach, takich jak NaOH lub KOH wypierając wodór i przechodząc w tetrahydroksyglinian: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑. W kwasie solnym i w rozcieńczonym kwasie siarkowym roztwarza się wypierając wodór, natomiast reakcja ze stężonym kwasem siarkowym i rozcieńczonym kwasem azotowym przebiega inaczej - wydziela się odpowiednio dwutlenek siarki i dwutlenek azotu. W stężonym kwasie azotowym glin ulega pasywacji.
Ze względu na swoje właściwości, takie jak mała gęstość i odporność na korozję, stopy glinu z miedzią i magnezem zwane duraluminium znalazły wiele zastosowań i są używane do wyrobu szerokiej grupy produktów - od puszek do napojów do części statków kosmicznych. Sproszkowany glin używany jest także w hutnictwie do otrzymywania metali z ich tlenków w procesie aluminotermii. Stosowana w tym procesie mieszanina glinu oraz tlenków metali jest znana pod nazwą termit. Termitu używa się do produkcji materiałów wybuchowych w wojsku, do spawania rur i szyn kolejowych oraz w modelarstwie rakietowym. Stosowany jest również w przemyśle spożywczym, jako barwnik metaliczny pozyskiwany z boksytów. Używany jest przy srebrnych dekoracjach ciast i tortów. Parlament Europejski uznał, że dodawanie aluminium powinno być zakazane, ponieważ ma związek z chorobą Alzheimera. W pirotechnice amatorskiej glin jest używany do robienia domowych petard. Sproszkowany glin zmieszany ze sproszkowanym nadmanganianem potasu tworzy szybko- i łatwopalną mieszankę, która po zapaleniu wybucha z wydzieleniem dużej ilości dymu. Tak zwane aluminium utwardzane dyspersyjnie jest wykorzystywane w produkcji koszulek elementów paliwowych i konstrukcyjnych rdzeni reaktorów jądrowych.
W porównaniu z innymi metalami jego gęstość jest mała. Jest metalem dość plastycznym. Czysty, krystaliczny glin jest kruchy i łamliwy. Podobnie jak inne metale, dobrze odbija fale elektromagnetyczne. Czysty glin odbija około 99% widzialnego światła i około 95% podczerwieni.
Glin dla zwierząt w nadmiarze może być rakotwórczy. Codziennie w pożywieniu, między innymi w warzywach i herbacie, przyjmujemy około 12 mg glinu. Wodorowęglan glinu Al(HCO3)3, ortofosforan glinu AlPO4 oraz krzemian glinu Al2(SiO3)3 są stosowane jako leki przy nadkwasocie. Glin jest całkowicie asymilowany przez wątrobę i nie wydalany na zewnątrz, nie wykazując przy tym typowych cech toksycznych. Dlatego też większość źródeł zalicza go do metali obojętnych i z tego względu w pewnych określonych warunkach dopuszczony jest do użytkowania w gastronomii. Jednak w przypadku termicznej obróbki żywności, przy bezpośrednim kontakcie z wodą, glin wykazuje wysoką rozpuszczalność i w nadmiernych ilościach przenika do pożywienia. Z tego powodu w Polsce już w latach 80-ych systematycznie wycofywano z użytku naczynia aluminiowe i obecnie jego znaczenie jest marginalne. Nadmiar glinu nadmiernie obciąża wątrobę, a przyjmowanie dużych dawek tego pierwiastka, zwłaszcza w okresie dzieciństwa, skutkuje upośledzeniem funkcji i mniejszą wydajnością tego organu w późniejszych latach. Ponadto należy wspomnieć, że glin łatwo asymiluje się ze związkami wapnia łatwo przyswajalnego do związków ciężko przyswajalnych. Dlatego też należy ograniczać jego spożycie w okresie wzrostu i rozwoju układu kostnego. Nie jest również wskazane aby w nadmiarze spożywały go osoby w trakcie leczenia złamań i cierpiące na odwapnienie kości.
Spektrofluorymetryczna metoda oznaczania substancji wykorzystuje elektronowe przejścia energetyczne zachodzące w atomach lub cząsteczkach spowodowane absorpcją, a następnie emisją promieniowania elektromagnetycznego. Jeśli układ elementarny (atom lub cząsteczka) pochłania energię w postaci promieniowania elektromagnetycznego, wówczas przechodzi ze stanu elektronowego o najniższej energii (zwanego podstawowym) w jeden z możliwych elektronowych stanów wzbudzonych. Po absorpcji promieniowania układ może zużyć nadmiar energii w wyniku reakcji chemicznej lub powrócić do stanu podstawowego oddając energię w zderzeniach z innymi atomami lub cząsteczkami (tzw. przejścia bezpromieniste), albo przez emisję promieniowania elektromagnetycznego (przejścia promieniste). Emisja promieniowania elektromagnetycznego w wyniku przejść pomiędzy stanami elektronowymi o tej samej multipletowości (np. S1 z S0) nosi nazwę fluorescencji. Nie wszystkie substancje mają zdolność emisji fluorescencji. Fluorescencję cząsteczkową wykazują zazwyczaj związki aromatyczne o budowie planarnej, zawierające sprzężone układy wiązań podwójnych oraz niektóre ich kompleksy z metalami.
Przy oznaczeniach spektrofluorymetrycznych należy brać również pod uwagę zjawisko absorbcji promieniowania fluorescencyjnego spowodowane obecnością w roztworze substancji towarzyszących, mających zdolność fluorescencji lub wygaszania fluorescencji, co jest potencjalnym źródłem błędów. Istotny wpływ na natężenie promieniowania fluorescencyjnego ma także temperatura (ze wzrostem której fluorescencja maleje), rodzaj rozpuszczalnika i pH roztworu.
Główną zaletą metod fluorymetrycznych jest ich duża czułość, znacznie przewyższająca czułość metod spektrofotometrii absorbcyjnej. Metodami flourymetrycznymi można oznaczać substancje organiczne i nieorganiczne o stężeniach od dziesiętnych części ppb do kilku ppm (np. istnieje metoda oznaczania magnezu w zakresie stężeń 0,02 - 0,2 ppb). Metody te charakteryzują się dobrą precyzją i dokładnością, są bardziej selektywne niż metody absorbcjometryczne, ponieważ dają większą możliwość selekcji warunków oznaczenia przez dobór odpowiedniej długości fali promieniowania wzbudzającego i mierzonego wtórnego promieniowania fluorescencji oraz pH roztworu.
Część praktyczna:
W próbkach przygotowanych przez prowadzącego zajęcia, w których mamy:
1. Ścieki z Grupowej Oczyszczalni Ścieków w Łodzi.
2. Liście z Parku im. księcia Poniatowskiego od strony Al.Włókniarzy
Woda ze studni
4. Woda wodociągową
oznaczaliśmy zawartość glinu(III). Oznaczanie Al(III) wykonywaliśmy metodą spektrofluorymetryczną wykorzystując reakcje glinu(III) z moryna (Mor) w wyniku, której tworzy się barwny kompleks [Al.(Mor)]3+ i pojawia się zielona fluorescencja. Odczytu fluorescencji(I) dokonywaliśmy przy długości fali świetlnej λ=440nm (fala absorbująca) oraz λ =525nm (fala emitująca).Po dokonaniu pomiarów spektrofluorymetrycznych wykonaliśmy krzywa wzorcową i wyznaczyliśmy w oparciu o nią zawartość AL(III) w badanych próbkach.
1. Odczynniki i roztwory
a. Roztwór podstawowy Al(III), o stężeniu 1 mg/cm3.
b. Roztwór moryny, 0,1% roztwór alkoholowy, przygotowany przez rozpuszczenie 0,1g moryny w 100g roztworu o składzie: 86% etanolu, 9% metanolu i 5% wody;
c. Roztwór kwasu octowego, przygotowany z lodowatego kwasu octowego przez rozcieńczenie wodą w stosunku 1:10.
2. Obliczenia
a. Obliczenia dotyczące ścieków z Grupowej Oczyszczalni Ścieków w Łodzi.
Pobrano 10 gramów ścieków na 100ml. Z tego pobrano 2cm3 na 10ml,czyli rozcieńczono ścieki pięciokrotnie.
Średnia z dwóch powtórzeń stężenia Al.(III) odczytana z krzywej wzorcowej - 65,96 ug/ml
65,96 ug/ml *5= 329,8 ug/ml.
329,8 ug/ml w 10 g
Czyli w 1 gramie - 32,98 ug/ml, czyli 32,98 ug/cm3 .
Stężenie Al.(III) w ściekach wynosi 32,98 ug/cm3.
b. Obliczenia dotyczące liści z parku..
Pobrano 5 gramów liści na 100ml. Z tego pobrano 2cm3 na 10ml,czyli rozcieńczono dziesięciokrotnie.
68,195 ug/ml *10= 681,95 ug/ml.
681,95 ug/ml w 10 g
Czyli w 1 gramie - 68,195 ug/ml, czyli 68,195 ug/cm3 .
Stężenie Al.(III) w liściach wynosi 68,195 ug/cm3.
c. Obliczenia dotyczące wody ze studni.
Pobrano 10 gramów wody na 100ml. Z tego pobrano 4cm3 na 10ml,czyli rozcieńczono 2,5 - krotnie.
1,294 ug/ml *2,5= 3,235 ug/ml.
3,235 ug/ml w 10 g
Czyli w 1 gramie - 0,3235 ug/ml, czyli 0,3235 ug/cm3 .
Stężenie Al.(III) w wodzie wynosi 0,3235 ug/cm3.
d. Obliczenia dotyczące wody wodociągowej.
Pobrano 10 gramów ścieków na 100ml. Z tego pobrano 4cm3 na 10ml,czyli rozcieńczono 2,5 - krotnie.
5,668 ug/ml *2,5= 14,7 ug/ml.
14,7 ug/ml w 10 g
Czyli w 1 gramie - 1,47 ug/ml, czyli 1,47 ug/cm3 .
Stężenie Al.(III) w wodzie wynosi 1,47 ug/cm3.
Wnioski:
Z naszych obliczeń wynika, że największe stężenie Al.(III) jest w liściach z Parku im. Księcia Poniatowskiego. Wynosi ono 68,195 ug/cm3 . Najmniejsze stężenie jest w wodzie ze studni. Wynosi ono 0,3235 ug/cm3. Największe stężenie Al.(III) w liściach, wynika z tego, że zostały one pobrane z części parku, która znajduje się tuż przy alei Włókniarzy. Na alei panuje bardzo duży ruch samochodowy. W wodzie wodociągowej stężenie Al.(III) jest bardzo małe. Obecność glinu może wynikać ze złego uzdatniania w procesie koagulacji przy użyciu jako koagulantu związków glinu np. siarczanu glinu. Stąd może wynikać zagrożenie dla zdrowia ludzi. Zawartość glinu nie przekracza obowiązujących norm zawartości glinu dla wody do picia. Norma ta wynosi w Polsce 0,3 mg/dm3. W ściekach glin może być z wód wodociągowych, nielegalnych zrzutów ścieków do kanalizacji, osadów pokoagulacyjnych. W wodach naturalnych znajdują się pewne ilości glinu, stąd też znajduje się on w wodzie ze studni.