Определение кадмия комплексонометрическим методом

2.1.3.2. Определение кадмия комплексонометрическим методом

В качестве источника кадмия в работе использовали ацетат кадмия.

Отбирают аликвотную часть анализируемого раствора из мерной колбы вместимостью 100 мл, прибавляют 2-3 мл буферного раствора с pH 10 (аммиачный буферный раствор: 67г NH4Cl и 570 мл 25%-ного NH3 в 1 л раствора), 15 мл воды, перемешивают и прибавляют на кончике шпателя 20-30 мг смеси индикатора эриохромового черного Т и хлорида натрия. Перемешивают до полного растворения индикаторной смеси и титруют раствором ЭДТА 0,0500 М до изменения окраски раствора из винно-красной в голубую.

Массу определяемого вещества рассчитывают по вышеуказанной формуле (2.2).

2.1.4. Определение кинетики сорбции металлов мхом

В стеклянные флаконы помещают навески по 200+0,5 мг мха, взвешенные на аналитических весах. Добавляют по 50 мл раствора металла 0,02 моль/л и тщательно перемешивают. Через 5, 10, 20, 30, 60 и 120 мин мох отфильтровывают из анализируемых растворов. Фильтраты меди и кадмия оттитровывают раствором ЭДТА по вышеописанной методике.

2.1.5. Изучение сорбции металлов микроорганизмами

В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной суспензии, затем доводят объем до метки исследуемым раствором металла.

После этого вливают содержимое мерной колбы во флаконы на 100 мл с привинчивающимися крышками. Флаконы оставляют на 24 часа, по истечении которых растворы центрифугируют при 8000 об/мин в течение 10 минут. Далее раствор, отделенный от микроорганизмов, оттитровывают раствором ЭДТА по вышеописанной методике.

2.1.6. Определение кинетики сорбции металлов микроорганизмами

В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной суспензии, затем доводят объем до метки исследуемым раствором металла. После этого вливают содержимое мерной колбы во флаконы на 100 мл с привинчивающимися крышками.

Через 5, 10, 20, 30, 60 и 120 мин отфильтровывают культуру микроорганизмов на микробном фильтре и фильтраты оттитровывают раствором ЭДТА.

2.1.7. Изучение сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов

В стеклянные флаконы помещают пробы мха 200+0,5 мг предварительно взвешенные на аналитических весах. Потом в эти же стеклянные флаконы добавляют 50 мл раствора металла различной концентрации. И затем добавляют 1 мл микробной суспензии. После этого систему при периодическом перемешивании оставляют на 24 часа. Через сутки исследуемые растворы отфильтровывают на микробном фильтре и титруют раствором ЭДТА по методикам указанным в пп. 2.1.3.1. и 2.1.3.2..

2.1.8. Определение кинетики сорбции металлов микроорганизмами, адсорбированными на мхе

В стеклянные флаконы с привинчивающимися крышками помещают навески мха массой 200+0,5 мг, 1 мл микробной суспензии и 50 мл раствора металла 0,02 моль/л. Через 5, 10, 20, 30, 60, 120 мин культуру микроорганизмов отфильтровывают через микробный фильтр и фильтраты оттитровывают раствором ЭДТА.

2.1.9. Получение кривой выживаемости микроорганизмов

Выживаемость микроорганизмов изучают посевом их на чашки Петри с питательным агаром. Микробную суспензию используют после обработки ее металлами в опыте по изучению сорбции металлов микроорганизмами.

2.1.10. Изучение адсорбции микроорганизмов мхом

В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной суспензии и доводят объем до метки дистиллированной водой. Затем переливают раствор микробной суспензии в качальную колбу и добавляют навески мха массой 200+0,5 мг. Все колбы ставят на качалку на 2 часа. Измеряют оптическую плотность и делают высев на жизнеспособность. Результаты представлены в таблице 2.8.

2.2. Результаты исследований и их обсуждение

В качестве сорбента-носителя микроорганизмов использовался мох из класса мхи (Мusci) подкласса сфагновые, семейства сфагновые, Sphagnum cuspidatum. Данный вид мха был выбран в связи с тем, что он обладает значительным ареалом распространения в нашей республике.

В качестве микроорганизмов, способных к поглощению тяжелых металлов, изучались Pseudomonas aeroginosa B7. Это прямые или слегка изогнутые палочки, размером 0,5-1 мкм. Граммотрицательные, обладают подвижностью за счет одного полярного жгутика, тип дыхания - аэробы, метаболизм чисто дыхательного типа с использованием кислорода как конечного акцептора электронов, данные бактерии могут выделять в среду сине-зеленый пигмент. Данные бактерии широко распространены, так, например, они часто встречаются при гнойных инфекциях в медицинских учреждениях.

Полученные экспериментальные данные в опыте по изучению сорбции металлов мхом (2.1.3.) сведены в таблицу 2.1. и представлены в виде изотерм сорбции на рисунках 2.1. и 2.2..

Таблица 2.1

Данные ионообменной сорбции металлов мхом

Рис.2.1.

Рис.2.2.

Изотермы сорбции – это кривые, показывающие зависимость количества сорбированного вещества (мг-экв) в расчете на 1 г сорбента от равновесной концентрации этого вещества в моль/л.

Полученные результаты полностью соответствуют существующим сведениям об ионообменной емкости мха, которая по литературным сведениям считается равной 1мг-экв/г.

На основании представленных рис.2.1. и 2.2. можно говорить, что мох является хорошим природным ионообменником и обладает хорошими сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, это достигается наличием в структуре мха таких веществ как полиурониды (полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового или ангидроглюкозного цикла) и пектина. Сравнивания результаты сорбции ионов меди и ионов кадмия можно сделать вывод, что из исследованных тяжелых металлов лучше сорбируется мхом медь (Cu), чем кадмий (Cd). Это может быть связано в первую очередь с тем, что ионы меди лучше удерживаются карбоксильными группами мха в составе клеточной стенки мха, которые и отвечают в основном за ионообменную активность мха.

Полученные экспериментальные данные в опыте по изучению кинетики сорбции металлов мхом (2.1.4.) сведены в таблицу 2.2. и представлены в виде кинетических кривых сорбции на рисунках 2.3 и 2.4..

Таблица 2.2

Данные по кинетике сорбции металлов мхом

Рис.2.3.

Рис.2.4.

Под кинетическими кривыми сорбции принято понимать кривые, показывающие зависимость количества сорбированного вещества (ионов металла) от времени проведения сорбции, t, мин.

По виду кинетических кривых можно говорить о том, что в системе «мох-раствор металла» достаточно быстро устанавливается равновесное состояние (рис.2.3, 2.4.). Так, уже через полчаса сорбируется 91% ионов меди и 72% кадмия. Также по виду кривой 2.3. можно говорить о присутствии у мха двух активных центров связывания ионов металла, об этом свидетельствуют две точки перегиба на кривой, т.е. основной вклад в сорбцию вносит ионообменная сорбция, а не физическая, т.к. в случае физической сорбции точек перегиба бы не было.

Результаты изучения сорбции металлов микроорганизмами (2.1.5.) сведены в таблицу 2.3. и представлены в виде изотерм сорбции металлов на рис.2.5.и 2.6..

Таблица 2.3

Данные по сорбции металлов микроорганизмами

Продолжение таблицы 2.3

Рис.2.5.

Рис. 2.6.

Основываясь на результатах эксперимента можно говорить о том, что исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa В7 обладает сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам. Так, по отношению к кадмию в результате исследований (п.2.1.5) сорбционная емкость микроорганизмов – 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди – 0,29 мг-экв/мл суспензии.

Однако стоит отметить, что в настоящее время существуют более эффективные формы микроорганизмов, которые используются для биосорбции металлов из растворов, в том числе и штаммы данного рода. Из исследованных тяжелых металлов лучше сорбируется мхом и микроорганизмами медь (Cu), чем кадмий (Cd) (см. рис.2.5 и 2.6.) Можно сделать предположение о том, что это связано в первую очередь с тем, что в небольших количествах медь является одним из важнейших биогенных элементов, необходимых для развития микроорганизмов и наряду с сорбцией имеет место утилизация микроорганизмами ионов меди.

Результаты изучения кинетики сорбции микроорганизмами ионов металлов сведены в таблицу 2.4. и представлены в виде кинетических кривых.

Таблица 2.4

Данные по кинетике сорбции металлов микроорганизмами

Рис. 2.7.

Рис.2.8.

По виду кинетических кривых сорбции можно говорить, что основной вклад в сорбцию ионов металлов микроорганизмами вносит физическая сорбция, чтобы говорить о ионообменной сорбции необходимы дополнительные исследования. Равновесное состояние устанавливается в течение часа. Также можно сказать, что сорбция меди идет быстрее.

Полученные результаты в экспериментах по изучению сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов (п.2.1.6.) сведены в таблицу 2.5. и представлены в виде изотерм сорбции на рис. 2.9.и 2.10..

Таблица 2.5

Данные по сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов

Рис. 2.9

Рис.2.10.

По результатам этого эксперимента можно сделать вывод, что совместное использование мха и микроорганизмов значительно повышает эффективность биосорбции и улучшает поглощение тяжелых металлов из растворов этих металлов. Так, если мхом сорбируется 0,655 мг-экв(кадмия )/г, то при совместном использовании мха и микроорганизмов- 0,777 мг-экв/г и мл. Таким образом, эффективность сорбции увеличивается на 16% . При аналогичном сравнивании результатов сорбции по ионам меди эффективность увеличивается на 26%.

Экспериментальные данные по изучению кинетики сорбции металлов микроорганизмами, адсорбированными на мхе сведены в таблицу 2.6. и представлены в виде кинетических зависимостей концентрации металла от времени на рис. 2.11. и 2.12..

Таблица 2.6.

Данные по кинетике сорбции металла в системе мох-суспензия микроорганизмов

Рис.2.11.

Рис.2.12.

По результатам эксперимента можно сделать следующие выводы: в системе быстро наступает равновесное состояние, так уже через 60 мин сорбируется 95% ионов меди, и 97% ионов кадмия; наличие на кинетических кривых двух точек перегиба свидетельствует о наличие у мха двух активных центров связывания и значимости ионообменной сорбции в суммарном процессе.

Результаты эксперимента по получению кривых выживаемости микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa (2.1.9.) представлены на рис. 2.13. и 2.14..

Рис. 2.13.

Рис.2.14.

Результаты данного эксперимента полностью соответствуют литературным сведениям о выживаемости микроорганизмов при воздействии на них ионов тяжелых металлов [5,7]. Сопоставляя результаты этого эксперимента и эксперимента по изучению сорбции металлов микроорганизмами (пп.2.1.5. и 2.1.6.) можно говорить о том, что сорбция ведется и мертвой культурой, что подтверждает физический характер сорбции при использовании микроорганизмов.

Результаты изучения адсорбции микроорганизмов мхом (п.2.1.10.) сведены в таблицу 2.7..

Таблица 2.7

Согласно результатам этого эксперимента можно говорить о том, что мох губительно воздействует на микроорганизмы так, в результате исследований (п.2.1.10) концентрация микроорганизмов снизилась с 6,8*10⁷ до 5,07*10⁷ кл/мл. Данные свойства мха могут в дальнейшем найти применение в медицине, при использовании мха как энтеросорбента.

Концентрация микробной суспензии, кл/мл*10⁹

Рис. 2.15.

Можно сделать следующие выводы по итогам исследований:

Мох является хорошим природным ионообменником и обладает хорошими сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, это достигается наличием в структуре мха таких веществ как полиурониды (полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового или ангидроглюкозного цикла) и пектина. Ионообменная емкость мха по меди 0,7 мг-экв/г, по кадмию 0,65 мг-экв/г.

Мох оказывает губительное воздействие на микроорганизмы.

Исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa В7 обладает сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам. Так, по отношению к кадмию в результате исследований (п.2.1.5) сорбционная емкость микроорганизмов – 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди – 0,29 мг-экв/мл суспензии.

По виду кинетических кривых сорбции, согласно современным представлениям о механизме процесса сорбции можно сделать вывод, что в исследованных гетерогенных системах достаточно быстро устанавливается равновесное состояние.

Совместное использование мха и микроорганизмов значительно повышает эффективность биосорбции и улучшает поглощение тяжелых металлов из растворов этих металлов.

2.3. Статистическая обработка

2.3.1. Расчет статистической ошибки определения сорбции микроорганизмов мхом

n:=3 i:= 1..n

X1:=0.073 X2:=0.069 X3:=0.071- объем раствора ЭДТА пошедшего на титрование;

X:=0.071 – среднее значение;

S:=0.0006

t:=3.14

D:=0.0015

Z:=0.103