CC BY
48
544.723.21
ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ СОРБЦИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ СЕМЕНАМИ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ
Ю.М. ШАПИРО, Е.А. СКРИПЧЕНКО, С.М. НИКИФОРОВА, А.Ю. КУПИНА, Г.С. КАДЖАМАНЯН, К.Г. БЫКОВА
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: [email protected]
Исследовано сорбционное взаимодействие некоторых семян культурных растений с ионами тяжелых металлов. Ключевые слова: сорбция, ионы тяжелых металлов, семена культурных растений.
Ионы тяжелых металлов играют важную роль в биохимии растений [1], но могут оказывать и отрицательное влияние на качество продуктов и физиологические процессы. Семена, их оболочки, зародыши и другие части в ряде случаев в технике используются в качестве адсорбентов [2, 3]. В природных и технологических условиях семена растений могут попадать в среды со сложной смесью сорбируемых веществ, влияющих на последующие процессы. Проблема сорбции ионов тяжелых металлов связана с пищевой технологией на всем протяжении цикла - от послеуборочного дозревания и хранения до приготовления пищевых продуктов.
Цель настоящей работы - рассмотреть возможность конкурентного поглощения отдельных ионов тяжелых металлов семенами культурных растений. Проведены исследования по определению избирательности сорбции семенами культурных растений из слабокислых бинарных смесей солей металлов Бе-№, Бе-Си, Со-№. В качестве сравнения взята сорбционная способность активированного угля (АУ), применяемого, в частности, в медицине при отравлениях.
Для определения концентрации ионов тяжелых металлов использовали колориметрический способ анализа смесей, разработанный на кафедре аналитической химии КубГТУ, прошедший многолетнюю апробацию в студенческом практикуме [4]. Исследования проведены на спектрофотометре ПЭ-5400ВИ.
Семена дыни, винограда, цитруса (маниола), перца болгарского, пшеницы, подсолнечника, гороха, кукурузы, а также АУ в количестве 1-2 г выдерживали в течение 1 ч в бинарном растворе. Более длительное выдерживание семян в растворе нежелательно, так как из них начинают выделяться вещества, мешающие фотометрии. Для получения интенсивно окрашенных комплексов тяжелых металлов растворы последних смешивали с трилоном Б в аммиачном буфере. В такой среде окраску приобретают ионы никеля и меди, тогда как ионы кобальта и железа остаются практически бесцветными при большом разбавлении. Для их окраски применяли перекись водорода. В бинарных смесях Бе-№, Бе-Си, Со-№ сначала определяли светопогло-щение меди и никеля (без перекиси водорода), а затем -их суммарное светопоглощение (с перекисью водорода). Спектр комплекса кобальта и железа устанавливали вычитанием спектра никеля или меди. Хелатные комплексы Си (II) и N1 (II) с трилоном Б имеют окраску с низкими значениями экстинкций Етах, а Со (II) и
Бе (III) окрашены на порядок интенсивнее, но только в присутствии перекиси водорода (табл. 1).
Таблица 1
Ионы
тяжелых
металлов
Концентрация в исходных смесях №, Моль/л
^та?
--вис
Со (II) 0,0008 - 590 540
Бе (III) - 0,0002 0,0002 490 500
N1 (II) 0,012 0,012 - 590 10
Си (II) - - 0,0036 750 46
Таблица 2
Оптическая плотность В растворов
№ № смеси и семена комплексов ионов тяжелых металлов
эксп. Со (II), 590 нм Ре (III), 490 нм N1 (II), 590 нм Си (II), 750 нм
1 1 Висход 0,480 0,350
2 АУ 0,338 0,342
3 Рис с оболочкой 0,468 0,341
4 Кукуруза 0,480 0,332
5 Подсолнечник 0,480 0,336
6 Горох плоский 0,441 0,334
7 Цитрус, маниола 0,374 0,348
8 Перец болгарский 0,438 0,350
9 2 В -‘-'исход 0,30 0,350
10 АУ 0,250 0,330
11 Кукуруза 0,227 0,311
12 Подсолнечник 0,232 0,332
13 Горох плоский 0,216 0,350
14 Цитрус, маниола 0,040 0,241
15 Перец болгарский 0,241 0,342
16 Семена дыни 0,261 0,360
17 Семена винограда 0,061 0,200
18 3 В 3, исход 0,300 0,500
19 АУ 0,243 0,496
20 Кукуруза 0,225 0,473
21 Рис 0,226 0,484
22 Горох плоский 0,224 0,485
23 Цитрус, маниола 0,210 0,444
24 Перец болгарский 0,218 0,490
Результаты экспериментов (табл. 2) разделены на три группы соответственно бинарным смесям ионов тяжелых металлов. В начале группы показана оптиче-
Е
нм
1
2
3
ская плотность исходных растворов -Оисход по величине светопоглощения для каждого иона, что позволяет видеть результат для семян в следующих графах. Первой дана сорбция активированным углем. Характерно, что в выбранных условиях опыта понижение оптической плотности как фактор убыли металла в результате сорбции не намного отличается от данных по углю и у семян, а в ряде случаев превосходит их.
Ионы никеля, как в присутствии кобальта, так и железа, крайне мало сорбируются большинством выбранных семян и АУ. Лучше всех поглощают никель семена винограда и цитруса - маниолы. При этом хорошо сорбируются и ионы железа. Но в присутствии кобальта никель цитрусом не поглощается. В этом, видимо, проявляется конкурентное взаимовлияние ионов.
Кобальт сорбируется углем и маниолой, для остальных семян его убыли практически не происходит.
Ионы меди мало сорбируются семенами. Наиболее заметно этот процесс наблюдается у маниолы.
Ионы железа сорбируются всеми семенами и углем за время опытов - около 15-20%.
Рассмотренные случаи сорбции отдельных ионов тяжелых металлов определяются их биологическим сродством, а также такими факторами, как жизнеспособность семян, кислотность среды, присутствие других компонентов, усиливающих или тормозящих сорбцию.
Проведенные эксперименты с семенами 8 культур свидетельствуют о различной их способности сорбции
тяжелых металлов. Бинарные смеси, кроме того, включают фактор конкурентного взаимодействия, когда сорбция одного металла зависит от присутствия в растворе его антагониста. Таково поведение семян маниолы. Так, в присутствии никеля они адсорбируют ионы железа, а в присутствии меди - практически нет.
Ввиду биологических особенностей сорбционная избирательность семян должна распространяться на более широкий круг химических элементов, что свидетельствует о необходимости расширения подобных исследований.
Авторы выражают благодарность Л.А. Гладкой за техническую помощь в выполнении данной работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. - М.: Просвещение, 1986. - 127 с.
2. Шевелева И.В., Холомейдик А.Н., Войт А.В., Земну-хова Л.А. Сорбенты на основе рисовой шелухи для удаления ионов Бе (III), Си (II), Cd (II), РЬ (II) из растворов // Химия растительного сырья. - 2009. - № 4. - С. 171-176.
3. Ковалев И.А., Сорокина Н.М., Цизин Г.И. Выбор эффективного сорбента для динамического концентрирования тяжелых металлов из растворов // Вестн. МГУ. Сер. 2. Химия. - 2000. -41. - № 5. - С. 309-314.
4. Шапиро Ю.М. Абсорбционный фотоколориметриче-ский анализ. - Краснодар: КубГТУ, 1994. - С. 8-14.
Поступила 08.04.11 г.
SELECTING SORPTION OF HEAVY METAL IONS BY SEED OF CULTURAL PLANTS
YU.M. SHAPIRO, E.A. SKRIPCHENKO, S.M. NIKIFOROVA, A.YU. KUPINA,
G.S. KADZHAMANYAN, K.G. BYKOVA
Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: [email protected]
It was investigated selection sorption of ion heavy metals by some cultural seed plants. Key words: sorption, ions heavy metals, seed of cultural plants.
