Однопузырьковая сонолюминесценция как новая методика определения металлов в минеральной воде

Рассмотрено применение сонолюминесцентной спектроскопии для определения содержания Na, K, Mg и Ca в минеральных водах. Описана методика подготовки образцов минеральных вод для спектрального анализа и регистрации аналитических спектров люминесценции. Впервые получены спектры с разрешением Δλ = 1 нм однопузырьковой сонолюминесценции в режиме движения (ОПСЛРД) пузырька для коллоидных суспензий в додекане наночастиц (<50 нм) SiO2, насыщенных ионами металлов путем адсорбции из минеральных вод “Ессентуки № 4”, “Ессентуки № 17”, “Аш-тау”, “Рычал-су”, “Borjomi”, “Мтаби”. В спектрах идентифицированы атомарные и ионные линии металлов, входящих в состав солей минеральных вод: Na, K, Mg, Mg⁺, Ca, Ca+ . C помощью искусственных образцов минеральной воды, содержащих известное количество металлов в виде хлоридов Na, K, Mg и Ca, получены спектры ОПСЛ-РД моделирующих образцов суспензий наночастиц и построены концентрационные зависимости интенсивностей аналитических линий данных металлов в этих спектрах на длинах волн их максимального свечения: Na 589 нм, K 766 нм, Mg 518 нм, Ca⁺ 393 нм. Рассмотрено возможное влияние распространенных в минеральных водах анионов Cl^–, CO₃^2–, SO₄^2– на интенсивность линий Na и K, подтверждена незначительность данного влияния при варьировании анионов в составе солей, использованных для моделирования. По полученным данным оценено содержание металлов в образце минеральной воды “Мтаби”: [Na] = 7.3 × 10^–3 моль/л, [K] = 5.1 × 10^–3 моль/л, [Ca] = 1.9 × 10^–3 моль/л, [Mg] = 1.7 × 10^–3 моль/л.

1. D. F. Gaitan, C. C. Crum, C. C Churh, R. A. Roy. J. Acoust. Soc. Am., 78 (1992) 3166-3183

2. M. Brenner, S. Hilgenfeldt, D. Lohse. Rev. Mod. Phys., 74, N 2 (2002) 425-484

3. М. А. Маргулис. Успехи физ. наук, 170, № 3 (2000) 263-287

4. Y. Didenko, W. B. McNamara III, K. S. Suslick. Nature, 407 (2000) 877-879

5. Г. Л. Шарипов, А. М. Абдрахманов, Б. М. Гареев. ЖТФ, 83, № 2 (2013) 107-110

6. D. J. Flannigan, K. S. Suslick. Nature, 434 (2005) 52-55

7. S. I. Nikitenko. Adv. Phys. Chem. (2014) 1-8

8. D. J. Flannigan, K. S. Suslick. Phys. Rev. Lett., 99 (2007) 134301

9. H. Xu, N. C. Eddingsaas, K. S. Suslick. J. Am. Chem. Soc., 131 (2009) 6060-6061

10. G. L. Sharipov, B. M. Gareev, A. M. Abdrakhmanov. Ultrasonics Sonochemistry, 51 (2019) 178-181

11. G. L. Sharipov, A. M. Abdrakhmanov, B. M. Gareev, A. A. Tukhbatullin. Ultrasonics Sonochemistry, 61 (2020) 104842

12. B. M. Gareev, A. M. Abdrakhmanov, G. L. Sharipov. Appl. Spectrosc., 76, N 11 (2022) 1375-1380

13. А. Н. Зайдель, В. К. Прокофьев, С. М. Райский, В. А. Славный, Е. Я. Шрейдер. Таблицы спектральных линий, Mосква, Наука (1969) 439

14. A. Kramida, Yu. Ralchenko. J. Reader, and NIST ASD Team (2022). NIST Atomic Spectra Database (version 5.10) [Online]; https://physics.nist.gov/asd [Tue Jul 18 2023]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD