Определение ртути в пробах: прямой анализатор или метод холодного пара

Ртуть определяют в почвах и донных отложениях, рудах и концентратах, угле, питьевой и сточной воде, рыбе, удобрениях и нефтепродуктах. При этом ртуть — один из самых неудобных элементов для лаборатории: она летучая, легко теряется при нагреве, а нормативы для неё обычно на уровне микрограммов на литр и ниже. Поэтому для ртути выбирают отдельный метод анализа и часто отдельный прибор. Разберём два основных подхода — прямой анализ с термическим разложением пробы и метод холодного пара — и какое оборудование подходит под разные задачи лаборатории.

Коротко:

• Прямой анализатор ртути разлагает пробу при нагреве и не требует кислотного растворения: твёрдый образец анализируется за 5 минут.
• Метод холодного пара работает с растворами: ртуть восстанавливают до атомарной и переносят аргоном в кварцевую ячейку атомно-абсорбционного спектрометра.
• Для холодного пара есть простые приставки к ААС, автоматические проточно-инжекционные системы и отдельные ртутные спектрометры.
• Выбор зависит от типа проб, их количества, требуемого предела обнаружения и методики, по которой работает лаборатория.

Почему ртуть анализируют отдельно

Большинство металлов определяют после кислотного разложения пробы на атомно-абсорбционном спектрометре или ИСП-спектрометре. С ртутью этот путь сложнее:

• Летучесть. При открытом нагреве часть ртути уходит с парами кислот, и результат получается заниженным.
• Низкие концентрации. В воде и пищевых продуктах ртуть нужно определять на уровне долей мкг/л, а пламенный ААС для этого недостаточно чувствителен.
• Загрязнения и память. Ртуть сорбируется на посуде и трубках, поэтому важны чистые реактивы, отдельная посуда и система без эффекта памяти.

Отсюда два решения: либо вообще не растворять пробу и выделять ртуть термически, либо переводить её в пары химическим восстановлением и измерять отдельно от матрицы.

Прямой анализ: термическое разложение и амальгамирование

Этот подход реализован в ртутном анализаторе SMS 100. Образец взвешивают в лодочку и помещают в автодозатор — без растворения и без кислот. Дальше всё происходит автоматически:

1. Проба сушится и разлагается в печи в потоке кислорода.
2. Продукты разложения проходят каталитическую часть печи, где улавливаются галогены, оксиды азота и серы.
3. Пары ртути избирательно задерживаются в ячейке амальгамирования (золотой ловушке).
4. Ловушку нагревают, ртуть высвобождается и поступает в абсорбционную ячейку, где её измеряют на длине волны 253,7 нм.

Методика соответствует EPA 7473 — стандартному методу определения ртути термическим разложением, амальгамированием и атомно-абсорбционной спектрометрией. Для угля и кокса применяют ASTM D6722.

Главный плюс прямого анализа — нет кислотного разложения: меньше ручной работы, нет агрессивных реактивов и кислых отходов, меньше риск потерять ртуть или загрязнить пробу на этапе подготовки. Матрица слабо влияет на результат, поэтому одни и те же условия анализа подходят для почв, руд, угля, пищевых продуктов и биологических образцов.

Метод холодного пара: ртуть из раствора

Если лаборатория уже работает с растворами — например, анализирует воду или раскладывает пробы на другие элементы, — удобнее метод холодного пара. Ртуть в растворе восстанавливают хлоридом олова SnCl₂ или борогидридом натрия NaBH₄ до атомарной, ток аргона выносит пары из раствора в кварцевую ячейку, где ртуть измеряют атомной абсорбцией. Тем же способом, через образование летучих гидридов, определяют мышьяк, селен, сурьму, висмут, теллур и олово.

Для этого метода есть три уровня оборудования.

Приставка MHS-15 к атомно-абсорбционному спектрометру

Ртутно-гидридная система MHS-15 — простая неавтоматизированная приставка к ААС. В комплект входят блок с ёмкостями для образца и восстановителя и кварцевая ячейка длиной 165 мм, которая нагревается в воздушно-ацетиленовом пламени горелки. Электропитание не требуется, масса — 4,3 кг.

Это недорогой вариант для лаборатории, где уже есть пламенный ААС и проб немного.

Проточно-инжекционные системы FIAS-100 и FIAS-400

FIAS-100 и FIAS-400 автоматизируют тот же процесс: перистальтические насосы подают пробу, носитель и восстановитель, в сепараторе пары отделяются от матрицы, а аргон переносит их в ячейку. Системы работают с атомно-абсорбционными спектрометрами, ИСП-ОЭС и ИСП-МС и управляются из программ WinLab или Elan. Производительность — 2–3 определения в минуту, Hg, As, Se, Sb, Te, Bi и Sn определяются на уровне нг/л. У FIAS-100 один насос, у FIAS-400 — два, что даёт разбавление и предварительное концентрирование в потоке. Для ртути есть приставка амальгамирования, повышающая чувствительность.

Ртутный спектрометр FIMS

FIMS — отдельный автоматизированный атомно-абсорбционный спектрометр для ртути со встроенной проточно-инжекционной системой. Он не занимает основной ААС лаборатории и работает со своим источником — ртутной лампой низкого давления.

• Предел обнаружения — менее 0,01 мкг/л, с приставкой амальгамирования — до 1 нг/л.
• Менее 30 секунд на одно определение, автодозатор до 125 проб.
• Полное отделение ртути от матрицы, без эффекта памяти.
• Прогрев 30–45 минут.

Прямой анализатор или холодный пар: сравнение

Если основная масса проб — твёрдые образцы, а важна скорость и минимум ручного труда, обычно выбирают прямой анализатор. Если пробы — воды и растворы или вместе с ртутью нужно определять мышьяк и селен, выбирают метод холодного пара.

Где нужен анализ ртути

• Геология и горнодобывающая отрасль: руды, концентраты, хвосты обогащения, геохимические пробы.
• Экологический мониторинг: почвы, донные отложения, шламы, природные и сточные воды.
• Энергетика: уголь, кокс, зола.
• Пищевая промышленность и ветеринария: рыба и морепродукты, мясо, корма.
• Нефтехимия: нефть и нефтепродукты.
• Медицина и токсикология: кровь, моча, волосы.

Как выбрать оборудование для определения ртути: чек-лист

1. Тип проб. Твёрдые образцы — довод в пользу прямого анализатора, воды и растворы — в пользу холодного пара.
2. Количество проб в день. Десяток проб можно сделать на приставке, сотни — на автоматической системе с автодозатором.
3. Предел обнаружения. Сравните нормативы для ваших объектов с пределами обнаружения прибора, с запасом.
4. Методика. ГОСТ, СТ РК, ISO или EPA задают метод: холодный пар или термическое разложение.
5. Другие элементы. Если нужны As и Se, выбирайте гидридную технику.
6. Имеющийся ААС. Приставки MHS-15 и FIAS подключаются к атомно-абсорбционному спектрометру — проверьте совместимость.
7. Газы и инфраструктура. Для прямого анализатора нужен кислород, для холодного пара — аргон, для MHS-15 — ацетилен для пламени.
8. Расходники. Лодочки, ловушки, лампы, ячейки, трубки насосов — их стоимость входит в цену каждого анализа.

Частые ошибки при определении ртути

• Открытое разложение на плитке. Часть ртути теряется, результаты занижены. Для растворов используйте закрытое микроволновое разложение проб.
• Общая посуда с другими анализами. Ртуть сорбируется на стенках и переносится в следующие пробы.
• Долгое хранение разбавленных растворов. Низкие концентрации ртути в растворах нестабильны, градуировочные растворы готовят свежими.
• Нет холостой пробы. Без неё не видно вклада реактивов и посуды.
• Неоднородная навеска. Для прямого анализа малых навесок пробу нужно хорошо измельчить и перемешать.

Вопросы и ответы

Что такое метод холодного пара?

Это определение ртути атомной абсорбцией после её восстановления в растворе до атомарного состояния. Пары ртути выносятся газом в кварцевую ячейку без нагрева до высоких температур, отсюда и название.

Можно ли определить ртуть без кислотного разложения?

Да. Прямой анализатор, например SMS 100, разлагает пробу термически в потоке кислорода и выделяет ртуть амальгамированием на золотой ловушке. Растворять образец не нужно.

Сколько длится анализ одного образца?

На SMS 100 — около 5 минут на твёрдый образец. На FIMS — менее 30 секунд на определение, но для твёрдых проб к этому добавляется время на разложение.

Можно ли определять ртуть на обычном ААС?

Пламенный ААС без приставки недостаточно чувствителен для большинства задач. Нужна ртутно-гидридная приставка, например MHS-15, или проточно-инжекционная система FIAS.

Чем FIMS отличается от FIAS?

FIAS — приставка к атомно-абсорбционному спектрометру, ИСП-ОЭС или ИСП-МС. FIMS — самостоятельный ртутный спектрометр со встроенной проточно-инжекционной системой, ему не нужен отдельный ААС.

Какие пробы подходят для прямого анализатора?

Почвы, донные отложения, руды, минералы, уголь, удобрения, нефтепродукты, пищевые продукты, кровь, моча, волосы, а также жидкости и воды.

Зачем нужна амальгамация?

Золотая ловушка избирательно накапливает ртуть из всего объёма газа и затем отдаёт её одним импульсом. Это отделяет ртуть от продуктов разложения пробы и повышает чувствительность.

Какие газы нужны?

Прямому анализатору нужен кислород. Для метода холодного пара используют аргон, а для приставки MHS-15 к пламенному ААС — ещё ацетилен и воздух для горелки.

Сколько стоит анализатор ртути?

Цена зависит от метода, комплектации, автодозатора и приставок. Пришлите перечень проб, их количество и методику — подготовим коммерческое предложение.

Оборудование для определения ртути в Алматы

ТОО AsiaLab — авторизованный представитель PerkinElmer в Казахстане. Поставляем ртутный анализатор SMS 100, ртутный спектрометр FIMS, проточно-инжекционные системы FIAS-100 и FIAS-400, ртутно-гидридные приставки MHS-15, а также атомно-абсорбционные спектрометры PinAAcle 500 и 900 и приставки к ним. О выборе самого спектрометра — в статье как выбрать атомно-абсорбционный спектрометр. Подберём метод и комплектацию под ваши пробы и методики, доставим по Казахстану, введём в эксплуатацию и обучим персонал.

Пришлите перечень проб и методику — подготовим коммерческое предложение. Телефоны: +7 (727) 222-28-17, +7 (701) 710-16-45, e-mail info@asialab.kz. Офис: Алматы, пр. Абылай хана, 68-6, пн–пт с 10:00 до 18:00. Все контакты — на странице контакты.