Отправить статью по E-mail 
Применение центрифугирования для разделения взвешенных и коллоидных форм химических элементов при анализе речных вод: возможности и ограничения
- Авторы: Шулькин В.М.1
-
Учреждения:
- Тихоокеанский институт географии ДВО РАН
- Выпуск: Том 51, № 4 (2024)
- Страницы: 522-534
- Раздел: ГИДРОХИМИЯ, ГИДРОБИОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
- URL: https://journals.rcsi.science/0321-0596/article/view/272050
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0321059624040123
- EDN: https://elibrary.ru/AOSPMG
- ID: 272050
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Показаны возможности использования центрифугирования при сепарации взвешенных форм от растворенных и коллоидных при химическом анализе речных вод на примере рек юга Дальнего Востока РФ. Для характеристики содержания коллоидных и взвешенных частиц в нефильтрованных водах, а также в центрифугатах и фильтратах использован метод динамического рассеяния света (ДРС). Исходя из сравнения интенсивности ДРС в центрифугатах и в фильтратах 0.45 мкм рассчитана нативная плотность пелитовых и крупно-коллоидных частиц речной взвеси, что позволило соотнести режимы центрифугирования с размером осаждающихся частиц в диапазоне от 0.45 до 3 мкм. Химический анализ супернатантов речных вод, полученных при различных режимах центрифугирования, позволил оценить распределение химических элементов между растворенными/коллоидными (< 0.45 мкм), крупно-коллоидными (0.45–1 мкм) и пелитовыми (1–3 мкм) фракциями. Обнаружена значимая линейная связь между интенсивностью ДРС и концентрацией в центрифугатах Fe, Al, Ti, Th, Sc, РЗЭ–химических элементов с высокой долей крупно-коллоидных и взвешенных форм, что подтверждает возможность оценки содержания коллоидных частиц в центрифугатах по интенсивности ДРС. Недостаток центрифугирования – сложность его использования в полевых условиях.
Полный текст
Об авторах
В. М. Шулькин
Тихоокеанский институт географии ДВО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: shulkin@tigdvo.ru
Россия, Владивосток
Список литературы
- Гордеев В.В., Лисицын А.П. Геохимическое взаимодействие пресноводной и морской гидросфер // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 5–6. С. 721–744.
- Михайлик Т.А., Тищенко П.Я., Колтунов А.М., Тищенко П.П., Швецова М.Г. Влияние реки Раздольной на экологическое состояние вод Амурского залива (Японское море) // Вод. ресурсы. 2011. № 4. С. 474–484.
- РД 52.24.353-2012 Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточных вод. М.: Росгидромет, ГХИ, 2012. 35 с
- РД 52.24.468-2019 Массовая концентрация взвешенных веществ и сухого остатка в водах. М.: Росгидромет, ГХИ, 2019. 23 с
- Савенко В.С. Химический состав взвешенных наносов рек мира. М.: ГЕОС, 2006. 175 с.
- Шулькин В.М., Богданова Н.Н., Перепелятников Л.В. Пространственно-временная изменчивость химического состава речных вод юга Дальнего Востока РФ // Вод. ресурсы. 2009. № 4. С. 1–12.
- Шулькин В.М., Богданова Н.Н., Еловский Е.В. Влияние кольматирования фильтров на определение концентрации истинно-растворенных и коллоидных форм миграции химических элементов в речных водах // Вод. ресурсы. 2022. Т. 49. № 1. С. 91–102. doi: 10.31857/S0321059622010163
- Шулькин В.М. Использование метода динамического рассеяния света для оценки эффективности разделения взвешенных и коллоидных частиц речных вод фильтрацией и центрифугированием // Изв. Томского политех. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 10. С. 88–97.
- Bhattacharjee S. DLS and zeta potential – What they are and what they are not // J. Controlled Release. 2016. V. 235. P. 337–351.
- Buffle J., Wilkinson K.J., Stoll S., Filella M., Zhang J. A generalized description of aquatic colloidal interactions: the three-colloidal component approach // Environ. Sci. Technol. 1998. 32. Р. 2887–2899.
- Cuss C.W., Donner M.W., Grant-Weaver I., Noernberg T., Pelletier R., Sinnatamby R.N., Shotyk W. Measuring the distribution of trace elements amongst dissolved colloidal species as a fingerprint for the contribution of tributaries to large boreal rivers // Sci. Total Environ. 2018. V. 642. P. 1242–1251.
- Droppo I.G., Nackaerts K., Walling D.E., Williamset N. Can flocs and water stable soil aggregates be differentiated within fluvial systems? // Catena. 2005. V. 60. P. 1–18.
- Drozdova O.Yu., Aleshina A.R., Tikhonov V.V., Lapitskiy S.A., Pokrovsky O.S. Coagulation of organo-mineral colloids and formation of low molecular weight organic and metal complexes in boreal humic river water under UV-irradiation // Chemosphere. 2020. 250. 126216. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126216
- Filella M., Zhang J., Newman M.E., Buffle J. Analytical applications of photon correlation spectroscopy for size distribution measurements of natural colloidal suspensions: capabilities and limitations // Colloids Surfaces A. Physiсochem. Eng. Aspects. 1997. V. 120. P. 27–46.
- Gimbert L.J., Haygarth P.M., Beckett R., Worsfold P.J. Comparison of centrifugation and filtration techniques for the size fractionation of colloidal material in soil suspensions using sedimentation field-flow fractionation // Environ. Sci. Technol. 2005. V. 39. № 6. P. 1731–1735.
- Goldberg E. D., Baker M., Fox D. L. Microfiltration in oceanographic research // J. Mar. Res. 1952. V. 11. P. 194–203.
- Horowitz A.J., Lum K.R., Garbarino J.R., Hall G.E.M., Lemieux C., Demas C.R. Problems associated with using filtration to define dissolved trace element concentrations in natural water samples // Environ. Sci.Technol. 1996. V. 30. 954.
- Langevina D., Raspauda E., Mariota S. Towards reproducible measurement of nanoparticle size using dynamic light scattering: Important controls and considerations // NanoImpact. 2018. V. 10. P. 161–167.
- Morrison M., Benoit G., Filtration artifacts caused by overloading membrane filters // Environ. Sci. Technol. 2001. V. 35. P. 3774–3779.
- Nguen D. N., Grybos M., Rabiet M., Deluchat V. How do colloid separation and sediment storage methods affect water mobilizable colloids and phosphorus? An insight into dam reservoir sediment // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2020. V. 606. P. 125505.
- Pokrovsky O.S., Schott J. Iron colloids/organic matter associated transport of major and trace elements in small boreal rivers and their estuaries (NW Russia) // Chem. Geol. 2002. V. 190. P. 141–179.
- Schmitz K.S. An Introduction to Dynamic Light Scattering by Macromolecules. Boston: Acad. Press, 1990. 472 p.
- Shiller A.M. Syringe filtration methods for examining dissolved and colloidal trace element distributions in remote field locations // Environ. Sci. Technol. 2003. V. 37. P. 3953–3957.
- Tang Z., Wu L., Luo Y., Christie P. Size fractionation and characterization of nanocolloidal particles in soils // Environ. Geochem. Health. 2009. V. 31. P. 1–10. doi: 10.1007/s10653-008-9131-7
- Wilde F.D., Radtke D.B., Gibs Jacob, Iwatsubo R.T. Processing of water samples (ver. 2.2). U.S. Geological Survey Techniques of Water-Resources Investigations. 2004 with updates through 2009. Book 9. Chap. A5. April 2004. 2015. http://pubs.water.usgs.gov/twri9A5
- Xu. R. Light scattering: A review of particle characterization applications // Particuol. 2015. V. 18. P. 11–21.
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Схема расположения точек отбора проб речной воды, R 223-226 – место отбора проб для центрифугирования при различных режимах (а); схема обработки проб речной воды (б)
Скачать (203KB)
3.
Рис. 2. Интенсивность ДРС (I, cps, counting per sec, имп/с) исходных проб речных вод с различным содержанием взвеси (SS, мг/л), ромбами помечены пробы, использованные для центрифугирования
Скачать (58KB)
4.
Рис. 3. Интенсивность ДРС (I, cps) в исходных пробах воды р. Раздольной (susp) и при различных режимах центрифугирования и фильтрации через капсульный фильтр (0.45_GWV), вертикальные линии – стандартное отклонение параллелей и повторов (а); Сравнение интенсивности ДРС (I, cps) в супернатантах, полученных центрифугированием 30′ при 4500 об/мин (CF 0.45), и в фильтратах через капсульные фильтры (GWV 0.45) во всех изученных реках юга ДВ РФ, опробованных с сентября 2022 по май 2023 г. (б)
Скачать (129KB)
5.
Рис. 4. Динамика снижения интенсивности ДРС при уменьшении диаметра частиц, остающихся в супернатанте, для проб р. Раздольной с различным содержанием взвеси
Скачать (93KB)
6.
Рис. 5. Изменение концентрации (мкг/л) в центрифугатах c уменьшением минимального размера осаждающихся частиц (CF мкм) для химических элементов (Na, Sr, РОУ, Мо, Ni, As), существующих в речных водах преимущественно в растворенных формах
Скачать (165KB)
7.
Рис. 6. Изменение концентрации (мкг/л) в центрифугатах c уменьшением минимального размера осаждающихся частиц (CF мкм) для химических элементов с высокой долей взвешенных и крупно-коллоидных форм в речных водах (Fe, Al, Sc, Ce, Dy, Th)
Скачать (189KB)
8.
Рис. 7. Зависимость концентрации в центрифугатах от интенсивности ДРС (I, cps/имп/с) для химических элементов (мкг/л) с высокой долей взвешенных и крупно-коллоидных форм (Fe, Al, Sc, Ce, Dy, Th)
Скачать (197KB)
9.
Рис. 8. Изменение концентрации (мкг/л) растворенных/коллоидных (0.45 мкм), крупно-коллоидных (0.45–1 мкм), тонко-пелитовых (1–3 мкм) форм некоторых химических элементов в водах р. Раздольной от осеннего паводка (R223) до предзимней межени (R226) на фоне снижения содержания взвеси (SS) от 126 до 14 мг/л (а)
Скачать (309KB)
