zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-6-5-14zldm-1680Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISИзучение влияния матричных компонентов природной минеральной воды на определение растворенных форм кремния методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с источником непрерывного спектраStudy of the effect of matrix components of natural mineral water on the determination of dissolved forms of silicon by high-resolution electrothermal atomic absorption spectrometry with a continuous spectrum sourceШтинТ. Н.ShtinT. N.

Татьяна Николаевна Штин

620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, д. 30

Tat’yana N. Shtin

30, Popova ul., 620014, Yekaterinburg

ГурвичВ. Б.GurvichV. B.

Владимир Борисович Гурвич

620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, д. 30

Vladimir B. Gurvich

30, Popova ul., 620014, Yekaterinburg

ГалашеваО. Е.GalashevaO. E.

Оксана Евгеньевна Галашева

620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, д. 30

Oksana E. Galasheva

30, Popova ul., 620014, Yekaterinburg

НеудачинаЛ. К.NeudachinaL. K.

Людмила Константиновна Неудачина

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Lyudmila K. Neudachina

19, Mira ul., 620002, Yekaterinburg

 

ШтинС. А.ShtinS. A.

Сергей Анатольевич Штин

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Sergei A. Shtin

19, Mira ul., 620002, Yekaterinburg

Sergey.Shtin@urfu.ruЕкатеринбургский медицинский — научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий РоспотребнадзораРоссияYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersRussian FederationУральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. ЕльцинаРоссияThe first President of Russia B. N. Yeltsin Ural Federal UniversityRussian Federation202223062022886514Copyright © Штин Т.Н., Гурвич В.Б., Галашева О.Е., Неудачина Л.К., Штин С.А., 20222022Штин Т.Н., Гурвич В.Б., Галашева О.Е., Неудачина Л.К., Штин С.А.Shtin T.N., Gurvich V.B., Galasheva O.E., Neudachina L.K., Shtin S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1680

Изучено влияние минерального состава воды на результаты определения кремния методом атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с источником непрерывного спектра (НИ-ВР-ЭТААС) при анализе образцов природных вод из разных регионов РФ и модельных растворов. Зафиксирована низкая степень атомизации кремния при анализе проб со сложной матрицей на фоне интенсивного сигнала поглощения матричных компонентов. Установлена причина неселективного поглощения химическими соединениями основы пробы на примере воды с самым сложным составом и общей жесткостью порядка 2000 °Ж. Доказано влияние растворимых солей Ca и Mg в присутствии макрокомпонентов — ионов щелочных металлов (K и Na) — на определение кремния в воде. Показано, что при значениях общей жесткости менее 15 °Ж отсутствует зависимость аналитического сигнала от содержания матричных компонентов. Сделано предположение о сильном влиянии соединений кальция на определение аналита за счет образования карбидного покрытия на поверхности графитовой печи, появления «эффекта памяти» и увеличения фонового сигнала при последующих циклах атомизации. При определении кремния наилучшие результаты получены в присутствии вольфрама, железа, магния и палладия в качестве химических модификаторов. Для снижения уровня фонового поглощения при электротермической атомизации минеральной воды использовали разбавление раствора пробы. Предложены условия устранения влияния матричных компонентов для реальных проб минеральной воды и растворов сравнения. Разработана методика определения растворенных форм кремния в пробах воды со сложной матрицей. Правильность результата определения кремния в пробах природной подземной воды в случае сильного матричного эффекта подтверждена с помощью анализа независимым методом.

The influence of the mineral composition of water on the results of silicon determination by high-resolution atomic absorption spectrometry with a continuous spectrum source (HR-CS-ETAAS) and electrothermal atomization technique using a contrAA 700 spectrometer has been studied. The study was conducted using samples of natural water from different regions of the Russian Federation and model solutions. A low degree of silicon atomization was recorded when analyzing samples with a complex matrix against the background of a strong absorption signal of matrix components. The reason for the non-selective absorption of the sample matrix by chemical compounds has been demonstrated using a water sample with the most complex composition and a total hardness of about 2000 °dH. The effect of soluble salts of Ca (II) and Mg (II) in the presence of macrocomponents — alkali metal ions K (I) and Na(I) — on the determination of silicon in water has been proved. It is shown that at the values of the total stiffness less than 15 °dH there is no dependence of the analytical signal on the content of matrix components. An assumption is made about the strong influence of calcium compounds on the determination of the analyte due to the formation of a carbide coating on the surface of a graphite furnace, the appearance of a «memory effect» and an increase in the background signal during subsequent atomization cycles. The best results of the silicon determination were obtained with tungsten, iron, magnesium, and palladium present as chemical modifiers. A method of diluting the sample solution was used to reduce the level of background absorption during electrothermal atomization of mineral water. Conditions for eliminating the influence of matrix components for real samples of mineral water and calibration solutions are proposed. A method for determination of the dissolved forms of silicon in water samples with a complex matrix has been developed. The correctness of the results of silicon determination in the samples of natural underground water in the case of a strong matrix effect was confirmed by an independent method of analysis. The results of the study reveal the entirely new prospects of using the method of high-resolution electrothermal atomic absorption spectrometry with a continuous spectrum source for the determination of silicon in natural water.

спектрометрияЭТААСкремнийводакальциймагнийжесткость водыspectrometryhigh-resolution electrothermal atomic absorption spectrometry with a continuous spectrum source (HR CS ETAAS)siliconwatercalciummagnesiumwater hardnessReferencesQuattrini S., Pampaloni P., Brandi M. L. Natural mineral waters: chemical characteristics and health effects / Clinical Cases in Mineral and Bone Metabolism. 2016. Vol. 13. N 3. P. 173 – 180. DOI: 10.11138/ccmbm/2016.13.3.173Quattrini S., Pampaloni P., Brandi M. L. Natural mineral waters: chemical characteristics and health effects / Clinical Cases in Mineral and Bone Metabolism. 2016. Vol. 13. N 3. P. 173 – 180. DOI: 10.11138/ccmbm/2016.13.3.173Umbarov I., Turaev Kh., Samadiy M. Research chemical composition of samples of underground salt waters of Surkhandarya and Urtabulok of Bukhara-Karshi depression / J. Crit. Rev. 2020. Vol. 7. N 19. P. 8559 – 8562. DOI: 10.31838/icr.07.19.963Umbarov I., Turaev Kh., Samadiy M. Research chemical composition of samples of underground salt waters of Surkhandarya and Urtabulok of Bukhara-Karshi depression / J. Crit. Rev. 2020. Vol. 7. N 19. P. 8559 – 8562. DOI: 10.31838/icr.07.19.963Обогрелова С. А., Пупышев А. А. Действие неорганических химических модификаторов в электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии (на примере определения As, Se и Те) / Аналитика и контроль. 2006. Т. 10. № 3 – 4. С. 233 – 266.Obogrelova S. A., Pupyshev A. A. The action of inorganic chemical modifiers in electrothermal atomic-absorption spectrometry (for example of As, Se and Te determination) / Analit. Kontrol’. 2006. Vol. 10. N 3 – 4. P. 233 – 266 [in Russian].Жернакова З. М., Деева Н. Н., Москаленко Н. И., Молчанова Н. Г. Основной химический состав и содержание некоторых микрокомпонентов в минеральных водах Обуховского месторождения / Аналитика и контроль. 2010. Т. 14. № 2. С. 82 – 86.Zhernakova Z. M., Deeva N. N., Moskalenko N. I., Molchanova N. G. The basic chemical compound, the contents of some microcomponents in mineral waters of the obuhovskiy deposit / Analit. Kontrol’. 2010. Vol. 14. N 2. P. 82 – 86 [in Russian].Хорн Р. Морская химия. Структура воды и химия гидросферы. — М.: Мир, 1972. — 400 с.Horne R. A. Marine chemistry. The structure of water and the chemistry of the Hydrosphere. — Chichester: Wiley, 1969. — 568 p.Алемасова А. С., Рафалюк В. В., Щепина Н. Д., Романов С. Н. Органические реагенты и металлокомплексные соединения как модификаторы в электротермическом атомно-абсорбционном анализе / Аналитика и контроль. 2001. Т. 5. № 1. С. 4 – 13.Alemasova A. S., Rafalyuk V. V., Shchepina N. D., Romanov S. N. Organic reagents and metal-complex compounds as modifiers in electrothermal atomic absorption analysis / Analit. Kontrol’. 2001. Vol. 5. N 1. P. 4 – 13 [in Russian].Cabon J. Y. Determination of Cd and Pb in seawater by graphite furnace atomic absorption spectrometry with the use of hydrofluoric acid as a chemical modifier / Spectrochim. Acta, Part B. 2002. Vol. 57. N 3. P. 513 – 524. DOI: 10.1016/S0584-8547(02)00005-8Cabon J. Y. Determination of Cd and Pb in seawater by graphite furnace atomic absorption spectrometry with the use of hydrofluoric acid as a chemical modifier / Spectrochim. Acta, Part B. 2002. Vol. 57. N 3. P. 513 – 524. DOI: 10.1016/S0584-8547(02)00005-8РД 52.24.432–2018. Массовая концентрация кремния в водах. Методика измерений фотометрическим методом в виде синей (восстановленной) формы молибдокремниевой кислоты. — Ростов-на-Дону: Росгидромет, ФГБУ ГХИ, 2018. — 25 с.RD 52.24.432–2018. Photometric method for silicon determination in water as a blue (reduced) form of molybdosilicic acid. — Rostov-on-Don: FGBU GKhI, 2018. — 25 p. [in Russian].РД 52.24.433–2018. Массовая концентрация кремния в водах. Методика измерений фотометрическим методом в виде желтой формы молибдокремниевой кислоты. — Ростов-на-Дону: Росгидромет, ФГБУ ГХИ, 2018. — 25 с.RD 52.24.433–2018. Photometric method for silicon determination in water as a yellow form of molybdosilicic acid. — Rostov-on-Don: FGBU GKhI, 2018. — 25 p. [in Russian].Камбалина М. Г., Пикула Н. П. Атомно-абсорбционное определение содержания кремния в природных водах / Изв. Томского политехнич. ун-та. 2012. Т. 320. № 3. С. 120 – 124.Kambalina M. G., Pikula N. P. Atomic absorption determination of silicon content in natural waters / Izv. Tomsk. Politekhn. Univ. 2012. Vol. 320. N 3. P. 120 – 124 [in Russian].Пат. 2656121 РФ. Способ определения концентрации кремния в воде. МПК G 01 N 30/00 / Шиян Л. Н., Мачехина К. И., Костикова Л. А.; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет». — № 2017100757; заявл. 01.10.2017; опубл. 31.05.2018, бюл. № 16.RF Pat. 2656121. Method for determining the concentration of silicon in water. G 01 N 30/00 / Shiyan L. N., Machekhina K. I., Kostikova L. A.; National Research Tomsk Polytechnic University. — N 2017100757; Publ. May 31, 2018 [in Russian].EPA Method 370.1. Silica, Dissolved (Colorimetric). — USA: NPDES, 1978. — 6 p.EPA Method 370.1. Silica, Dissolved (Colorimetric). — USA: NPDES, 1978. — 6 p.EPA Method 366.0. Determination of Dissolved Silicate in Estuarine and Coastal Waters by Gas Segmented Continuous Flow Colorimetric Analysis. — Ohio: National Exposure Research Laboratory Office of Research and Development U.S. Environmental Protection Agency Cincinnati, 1997. — 13 p.EPA Method 366.0. Determination of Dissolved Silicate in Estuarine and Coastal Waters by Gas Segmented Continuous Flow Colorimetric Analysis. — Ohio: National Exposure Research Laboratory Office of Research and Development U.S. Environmental Protection Agency Cincinnati, 1997. — 13 p.РД 52.10.744–2010. Массовая концентрация кремния в морской воде. Методика измерений фотометрическим методом в виде синей формы молибдокремниевой кислоты. — М.: ФГУ «ГОИН», 2010. — 15 с.RD 52.10.744–2010. Photometric method for silicon determination in seawater as a blue form of molybdosilicic acid. — Moscow: FGBU «GOIN», 2010. — 15 p. [in Russian].ПНД Ф 14.1:2:4.215–06. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации кремнекислоты (в пересчете на кремний) в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом в виде желтой кремнемолибденовой гетерополикислоты. — М.: ФБУ «ФЦАО», 2006. — 18 с.PND F 14.1:2:4.215–06. Quantitative chemical analysis of water. Determination of silicic acid (in terms of silicon) in drinking, surface and wastewater by photometric method in the form of yellow silicolybdenum heteropolyacid. — Moscow: FBU «FTsAO», 2006. — 18 p. [in Russian].ГОСТ 31870–2012. Вода питьевая. Определение содержания элементов методами атомной спектрометрии. — М.: Стандартинформ, 2019. — 20 с.GOST 31870–2012. Drinking water. Determination of the element content by atomic spectrometry. — Moscow: Standartinform, 2019. — 20 p. [in Russian].ГОСТ Р 57165–2016. Вода. Определение содержания элементов методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. — М.: Стандартинформ, 2019. — 31 с.GOST R 57165 – 2016. Water. Determination of the element content by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. — Moscow: Standartinform, 2018. — 31 p. [in Russian].ГОСТ Р 52501–2005. Вода для лабораторного анализа. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 2006. — 11 с.GOST R 52501–2005. Water for laboratory analysis. Technical conditions. — Moscow: Standartinform, 2006. — 11 p. [in Russian].ПНД Ф 14.1:2:4.135–98. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации элементов в пробах питьевой, природных, сточных вод и атмосферных осадков методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. — М.: Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 1998. — 24 с.PND F 14.1:2:4.135–98. Quantitative chemical analysis of water. Technique of execution of measurements of mass concentrations of elements in samples of drinking, natural, waste water and precipitation by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. — Moscow, 1998. — 24 p. [in Russian].Abe K., Watanabe Y. Determination of Silicate in Seawater by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry / J. Oceanogr. 1992. Vol. 48. N 3. P. 283 – 292. DOI: 10.1007/BF02233988Abe K., Watanabe Y. Determination of Silicate in Seawater by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry / J. Oceanogr. 1992. Vol. 48. N 3. P. 283 – 292. DOI: 10.1007/BF02233988МУ 08-47/321. Методика измерений содержания кремния в природных и питьевых водах атомно-абсорбционным методом. — Томск: ФБГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», 2012. — 15 с.MI 08-47/321. Method of measuring silicon content in natural and drinking waters by atomic absorption method. — Tomsk: National Research Tomsk Polytechnic University, 2012. — 15 p. [in Russian].Пат. 1357841 SU. Способ определения концентрации кремния в воде. МПК G 01 N 31/00 / Пилипенко А. Т., Терлецкая А. В., Богословкая Т. А., Гукова Н. М.; заявитель и патентообладатель Институт коллоидной химии и химии воды. — № 4034121; заявл. 03.06.1986; опубл. 12.07.1987, бюл. № 45.SU Pat. 1357841. Method for determining the concentration of silicon in water. G 01 N 31/00 / Pilipenko A. T., Terletskaya A. V., Bogoslovkaya T. A., Gukova N. M.; Institute of Colloid Chemistry and Water Chemistry. — N 4034121; Publ. July 12, 1987 [in Russian].Бок Р. Методы разложения в аналитической химии. — М.: Химия, 1984. — 429 с.Bok R. Decomposition methods in analytical chemistry. — Moscow: Khimiya, 1984. — 429 p. [in Russian].Магнуссон Б., Эрнемарк У. Пригодность аналитических методов для конкретного применения. Руководство для лабораторий по валидации методов и смежным вопросам. — Киев: ООО «Юрка Любченка», 2016. — 96 с.Magnusson B., Ernemark U. The suitability of analytical methods for a specific application. A guide for laboratories on validation of methods and related issues. — Kiev: OOO «Yurka Lyubchenka», 2016. — 96 p. [in Russian].Штин Т. Н., Неудачина Л. К., Штин С. А. Определение растворенных форм кремния в природной питьевой воде методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с источником непрерывного спектра / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 3. С. 11 – 19. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-3-11-19Shtin T. N., Neudachina L. K., Shtin S. A. Determination of the dissolved forms of silicon in natural drinking water using high-resolution continuum-source electrothermal atomic absorption spectrometry / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2021. Vol. 87. N 3. P. 11 – 19 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-3-11-19Коростелев П. П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. — М.: АН СССР, 1962. — 312 с.Korostelev P. P. Preparation of solutions for chemical and analytical work. — Moscow: Izd. AN SSSR, 1962. — 312 p. [in Russian].Пупышев А. А., Луцак А. К. Современное состояние методов атомного спектрального анализа / Аналитика и контроль. 2000. Т. 4. № 2. С. 141 – 146.Pupyshev A. A., Lutsak A. K. The current state of atomic spectral analysis methods / Analit. Kontrol’. 2000. Vol. 4. N 2. P. 141 – 146 [in Russian].Захаров Ю. А., Ирисов Д. С., Окунев Р. В. и др. Прямое определение золота в суспензиях стандартных образцов горных пород и руды методом электротермической атомно-абсорционной спектрометрии высокого разрешения / Аналитика и контроль. 2014. Т. 18. № 4. С. 392 – 403.Zakharov Yu. A., Irisov D. S., Okunev R. V., et al. Direct determination of gold in suspensions of rock and ore reference materials using electrothermal high resolution atomic absorption spectrometry / Analit. Kontrol’. 2014. Vol. 18. N 4. P. 392 – 403 [in Russian].Соболев Н. А., Иванченко Н. Л., Кожевников А. Ю. Прямое определение свинца в морской воде методом атомно-абсорбционной спектроскопии высокого разрешения с использованием смешанного модификатора нитрат бария — фтороводородная кислота / Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74. № 5. С. 350 – 355. DOI: 10.1134/S0044450219020129Sobolev N. A., Ivanchenko N. L., Kozhevnikov A. Yu. Direct determination of lead in sea water by high-resolution atomic absorption spectroscopy using a mixed modifier barium nitrate — hydrofluoric acid / J. Anal. Chem. 2019. Vol. 74. N 5. P. 444 – 448. DOI: 10.1134/S1061934819020126Пупышев А. А. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. — М.: Техносфера, 2009. — 782 с.Pupyshev A. A. Atomic absorption spectral analysis. — Moscow: Tekhnosfera, 2009. — 782 p. [in Russian].Филатова Д. Г., Еськина В. В., Барановская В. Б., Карпов Ю. А. Современные возможности электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с непрерывным источником спектра / Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. № 5. С. 387 – 393. DOI: 10.31857/S0044450220050047Filatova D. G., Es’kina V. V., Baranovskaya V. B., Karpov Yu. A. Present-day possibilities of high-resolution continuous-source electrothermal atomic absorption spectrometry / J. Anal. Chem. 2020. Vol. 75. N 5. P. 563 – 568. DOI: 10.1134/S1061934820050044Потапова В. Г., Гребенюк Н. Н., Бланк А. Б. Атомно-абсорбционное электротермическое определение кремния в монокристаллах на основе галогенидов щелочных металлов / Журн. аналит. химии. 1998. Т. 53. № 8. С. 875 – 878.Potapova V. G., Grebenyuk N. N., Blank A. B. Electrothermal atomic absorption determination of silicon in single crystals based on alkali metal halides / Zh. Analit. Khim. 1998. Vol. 53. N 8. P. 768 – 771 [in Russian].Пупышев А. А., Зайцева П. В., Зайцева М. В. Спектральное определение фосфора с использованием его электротермического испарения и атомизации в присутствии различных химических модификаторов (обзор) / Аналитика и контроль. 2016. Т. 20. № 4. С. 266 – 285. DOI: 10.15826/analitika.2016.20.4.010Pupyshev A. A., Zaitceva P. V., Zaitceva M. V. A spectral phosphorus determination using its electrothermal and atomization with various chemical modifiers (review) / Anal. Kontrol’. 2016. Vol. 20. N 4. P. 266 – 285 [in Russian]. DOI: 10.15826/analitika.2016.20.4.010Бурылин М. Ю., Пупышев А. А., Обогрелова С. А. и др. Термодинамическое моделирование термохимических процессов в графитовой печи электротермического атомизатора при формировании перманентного модификатора на карбонизованной основе и атомно-абсорбционное определение легколетучих элементов / Аналитика и контроль. 2011. Т. 15. № 4. С. 391 – 400.Burylin M. Yu., Pupyshev A. A., Obogrelova S. A., et al. Thermodynamic modeling of thermochemical processes in a graphite tube atomizer taking place during formation of a composite permanent modifier on a carbonized basis and atomic absorption determination of volatile elements / Analit. Kontrol’. 2011. Vol. 15. N 4. P. 391 – 400 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.