Определение урана в водных растворах методом времяпролетной масс-спектрометрии с импульсным тлеющим разрядом после его концентрирования окисленными углеродными нанотрубками

Abstract

Загрязнение окружающей среды ураном диктует необходимость контроля концентрации этого элемента в природных водах до допустимых пределов, что необходимо для стабильности экосистем и здоровья населения. Из-за сильной токсичности и радиоактивности в 2011 году ВОЗ установила предельно допустимую концентрацию урана в воде – 0.03 ppm. При транспортировке проб природной воды с низким содержанием урана (на уровне ПДК) их консервируют. В качестве удобного способа транспортировки пробы и одновременного концентрирования урана в данной работе предложено сорбировать его на однослойных углеродных нанотрубках. Поверхность углеродных нанотрубок предварительно модифицировали химическим окислением и обрабатывали кремнеземом аэросил А-380. Рассматривали два варианта концентрирования урана на поверхность сорбента: индивидуальные и модифицированные кремнеземом углеродные нанотрубки. Для анализа использовали прямой метод определения содержания урана в сорбенте − времяпролетную масс-спектрометрию с импульсным тлеющим разрядом (GD-MS). Показано, что наиболее эффективным подходом для определения урана в воде стала сорбция урана на таблетку, состоящую из модифицированных кремнеземом окисленных нанотрубок. Предел обнаружения при этом составил 0.2 ppb.

The pollution of the environment with uranium dictates the need to control the concentration of this element in natural waters to the permissible limits for the stability of the ecosystems and public health. In 2011, WHO set maximum permissible concentration of uranium in water to 0.03 ppm due to the strong toxicity and radioactivity of uranium in water. Therefore, the continuous monitoring of uranium content is an important task for the safety and health of the citizens. To determine the low uranium content in natural waters, the conservation of the studied solutions is necessary. However, this method of storage and transportation is not always simple. In the current paper, as a convenient method of concentrating uranium, preserving the sample and transporting it, we used the method of sorbing uranium on sorbents. Single-layer carbon nanotubes were used as sorbents. Their surfaces were modified using wet chemical oxidation and synthesis with Aerosil A-380 silica. Two schemes were considered for concentrating the uranium on the surface of the sorbent: individual carbon nanotubes and nanotubes modified with silica. The direct analysis was used to determine the content of uranium in the sorbent, namely, time-of-flight mass spectrometry with the pulsed glow discharge (GDMS). The most effective approach for the determination of uranium in water was the sorption of uranium on the tablet consisting of oxidized nanotubes modified with silica. The limit of detection in this case was 0.2 ppb.