part4 (Е.Н. Шаповалова, А.В. Пирогов - Хроматографические методы анализа)

6. Практические работыРабота 1. Газохроматографический метод определения содержаниякеросина в почвах и водах.Важной экологической проблемой является контроль загрязненияпочвы, поверхностных вод и воздуха различными видами топлива.Поскольку топлива представляют собой сложные смеси углеводородов дляихразделенияобладающиенеобходимовысокойиспользоватьэффективностью.капиллярныеМетодколонки,газожидкостнойхроматографии на капиллярных колонках с пламенно-ионизационнымдетектором позволяет, как идентифицировать тип топлива, загрязняющегопочвы и воды, так и оценить его содержание.Преждевсего,необходимоустановитьтипнефтепродукта,поскольку их состав может быть очень разным.

Задачу идентификациитоплив для установления источника загрязнения объектов окружающейсреды можно решать, используя прием, названный методом “отпечатковпальцев”. При этом в качестве индивидуальных компонентов болеерационально выбирать члены гомологического ряда н-парафинов, а группыкомпонентов - это нафтеновые и ароматические углеводороды, пикикоторых регистрируются между пиками н-парафинов (С7-С10). Дляобнаружения того или иного топлива важно как общее количество пиковна хроматограмме, так и их расположение относительно пиков нпарафинов, и, кроме того, соотношение высот пиков различныхкомпонентов.После установления типа топлива по общему виду хроматограммыпроводитсяоценкасодержаниятоплива,дляэтогоготовятсяградуировочные смеси, наиболее целесообразно использовать смеси нпрафинов(С7-С12) в гексане, и по отношению суммы площадей нпарафинов( либо площади пика н-парафина выбранного в качестве143эталона) на хроматограммах исследуемого образца и стандартной смесирассчитывают содержание топлива в анализируемом объекте.Важной проблемойявляется правильность отбора проб образцовпочвы, воды и, главное, возможность изменения состава отобранных пробпри хранении.

Для точной оценки содержания топлива в почвах и водахнеобходимаихпредварительнаяэкстракциягексаномихроматографический анализ полученного экстракта с использованиемкапиллярнойгазовойхроматографииврежимепрограммированиятемпературы в интервале от 900С до 1200С..Приборы и реактивыГазовый хроматограф GC-17 фирмы «Шимадзу» с пламенноионизационным детектором.Колонка капиллярная 30х0,32 мм, толщина пленки 1 мкмнеподвижная фаза –95% полисилоксан и 5% фенилполисилоксан.Температурный режим работы колонки:начальная 600С в течение 5 мин,программирование 150С/мин,конечная 1200С в течение 10 мин.Газ-носитель азот, скорость потока 2,0 мл/мин.Температура детектора 1500С.Температура испарителя 120оС.Регистрирующая система – програмно-аппаратный комплекс«МультиХром».Гексан, х.ч..Гептан, для хроматографии.Октан, для хроматографии.Нонан, для хроматографии.Декан, для хроматографии;Додекан, для хроматогафии.Образцы керосинов Т-1, РГ-1 и бензина А95.Стандартные образцы почвы, содержащие топлива Т-1, РГ-1 ибензин.Механический вибратор.144Выполнение определения.

Предварительно готовят раствор смесипредельныхуглеводородовуглеводородов: С8 – 0,01(С8-С12)вгексане,ссодержаниемС9-С12 - 0,03 %об. соответственно.2 мкл раствора водят в испаритель хроматографа, регистрируютхроматограмму,иопределяютвременаудерживанияпредельныхуглеводородов (tR). По хроматограмме смеси углеводородов рассчитываютдля них число теоретических тарелок (N), коэффициенты селективности(α), разрешение (RS). Полученные результаты вносят в табл.27.Таблица 27. Хроматографические параметры углеводородовУглеводородtR, минNαRSОктанНонанДеканУндеканДодеканГотовят образцы почвы с содержанием определенного топлива (Т-1, РГ1 или бензина) (3-4) мг/г: для чего 4 г почвы помещают в пенициллиновыйпузырек с плотной пробкой и добавляют дозатором 100 мкл топлива.К приготовленному образцу добавляют 10 мл гексана иэкстрагируютуглеводородывтечение30мин,встряхиваянамеханическом вибраторе.

После отстаивания образец фильтруют черезбумажный фильтр и трижды хроматографируют по 2 мкл экстракта.Получают хроматограмму экстракта контрольного образца почвы,содержащего определяемое топливо. Продолжительность анализа 25 мин.Заполняют табл.28 с временами удерживания пиков на хроматограммах,полученных для исследуемого топлива.145Таблица 28. Времена удерживания хроматографических пиков(мин), зарегистрированных на хроматограмме образца топлива.Номер пикаВремяСоединениеудерживания, мин.Берут навеску ~ 4 г исследуемого образца почвы, и извлекают изнего углеводороды экстракцией, как описано для контрольного образцапочвы.Получают хроматограмму экстракта, и, после идентификации нахроматограммепиковпредельныхуглеводородов,проводятколичественную оценку содержания топлива в почве, сопоставляя суммуплощадей пиков гептана, октана, нонана, декана и додекана нахроматограммах исследуемой почвы и контрольного образца почвы.Содержание топлива в почве рассчитывают по формуле:сх (мг/г) = сст (мг/г) х Sx/Sст (мВ),гдесст–суммарнаяконцентрацияконтрольном образце, Sстпредельныхуглеводородовв– суммарная площадь пиков предельныхуглеводородов на хроматограмме контрольного образца, Sx – суммарнаяплощадьпиковпредельныхуглеводородовнахроматограммеанализируемой почвы.Работа 2.

Определение неорганических ионов в водах методомдвухколоночной ионной хроматографииОдним из параметров, по которому оценивается качество воды,является содержание в ней анионов. Ионная хроматография – наиболееэкспрессный и чувствительный метод определения анионов. Порядокэлюирования анионов зависит от их заряда и размера гидратированного146иона. Время удерживания анионов возрастает в ряду F-< Cl- < NO2- <H2PO4- < Br- < NO3- < SO42-.Приборы и реактивыИонный хроматограф с кондуктометрическим детектором.Шприц медицинский.Стандартные растворы фторида, хлорида, нитрита,фосфата и сульфата (100 мкг/мл ).Анализируемый образец воды.Условия проведения анализаРазделяющая колонка стальная 100х6 мм.Неподвижная фаза: анионообменник Хикс зернением 10 мкм.Подавляющая колонка: стальная 200х6 мм,заполненная катионообменником КУ-2х8-Н.Подвижная фаза водный раствор 2,5.10-3 М по Na2CO3 и5,0.10-4 M по NaHCO3Ввод пробы: петля-дозатор на 20 мкл.Регистрирующая система – програмно-аппаратный комплекс«МультиХром».Выполнение определения.

Предварительно готовят подвижнуюфазу и дегазируют ее вакуумированием в течение 10-15 мин. Включаютионный хроматограф в сеть и прогревают в течение 30 мин, в это жевремячерезколонкупропускаютподвижнуюфазудлякондиционирования колонки. За “мертвое время” колонки принимаютвремя выхода системного (инжекционного) пика.Готовят 2 контрольные смеси анионов, содержащие фторид,хлорид, нитрат, нитрит, фосфат и сульфат ионы при концентрации: F-2,5 и 5,0 мг/л; Cl - 5 и 10 мг/л; NO2- - 10 и 20 мг/л; NO3 - 25 и 50 мг/л;2PO43- - 50 и 100 мг/л; SO4 - 25 и 50 мг/л соответственно.Хроматографируют приготовленные контрольные смеси анионов.Определяют время удерживания, высоту и площадь пиков каждого изанионов.147Вхроматографвводятанализируемыйрегистрируют хроматограмму.

Проводятобразецводы,иидентификацию составаобразца, и определяют концентрации анионов по формулам:сх= hx сстандарта/hстандарта илисх = Sx сстандарта/Sстандарта.По хроматограмме одной из стандартных смеси при оптимальнойскоростипотокарассчитываютхроматографическиепараметры(факторы емкости, число теоретических тарелок на колонку иразрешение соседних пиков) разделения смесиРезультаты представляют в виде табл. 29:Таблица 29. Хроматографические параметры анионовtR,секАнионαNkRSSпика,мм.секHпика,ммФторидХлоридНитритНитратФосфатСульфатРабота 3.

Определение фенолов в сточных и природных водахВесьма распространенными экотоксикантами являются фенол и егохлорпроизводные.Этисоединенияобразуютсявпроцессепроизводственной деятельности человека, в частности, в целлюлознобумажном производстве. Проведенные исследования показали, что дляразделения хлорпроизводных фенола эффективно использовать в качествеподвижнойфазы–смеси:(70,0:29,9:0,1)148ацетонитрил:вода:H3PO4.Использование амперометрического детектора в высокоэффективнойжидкостной хроматографии позволяет определять фенолы на уровне ПДК,даже в природных водах. В природных водах ПДК для фенола составляет0,001 мг/л, п-хлорфенола – 0,002 мг/л, 2,4-дихлорфенола – 0,004 мг/мл,2,4,6 – трихлорфенола – 0,006 мг/л и пентахлорфенола – 0,01 мг/л.Установлено, что максимальный сигнал регистрируется при потенциалестеклоуглеродного электрода – 1300 мВ относительно стального электродасравнения.В ряде случаев перед хроматографическим разделением феноловнеобходимо использование сорбционного концентрирования.

Наиболееэффективно сорбционное концентрирование фенолов на промышленновыпускаемых патронах Диапак-фенол. Высокие значения коэффициентовраспределения фенолов на сверхсшитом полистироле (ССПС) позволяютпрактически количественно извлекать фенолы при помощи патроновДиапак – фенол из объемов водных растворов до 1 л.

Для подавлениядиссоциации хлорзамещенных фенола растворы фенолов предварительноподкисляют соляной кислотой до значения рН 2,0 – 2,5. В указанныхусловиях степень извлечения фенола и его хлорзамещенных составляет97±5 %.Количественнаядесорбциянаиболеесильносорбируемыххлорзамещенных фенолов достигается 4,5 мл ацетонитрила. Болеепростым способом избежать процедуры размывания хроматографическихпиков при определении фенолов в концентрате является разбавлениеэлюата водой или буферным раствором.Приборы и реактивыХроматографическая система, оснащеннаянасосом высокого давления «Марафон-2» («Аквилон», Россия),скорость подачи элюента 0,5-1,0 мл/мин;дозатором фирмы «Rheodyne», объем вводимой пробы 20 мкл;амперометрическим детектором фирмы «Biotronik» (Германия),149ячейка – тонкослойная; режим – “DС”, диапазон измерения – 0,1нА.Рабочий электрод – стеклоуглеродный,потенциал рабочего электрода 1000 мВ.Электрод сравнения – хлоридсеребрянный.Регистрирующая система – програмно-аппаратный комплекс«МультиХром».Стальная колонка (150х4,6) мм, заполненная гидрофобизированнымсиликагелем Диасорб-110-С16 («Биохиммак», Россия).Подвижная фаза – (50,0:49,9:0,1) ацетонитрил : вода : H3PO4.Стандартные растворы фенола, 2-хлорфенола и2,4-дихлорфенола (100 мкг/мл) в воде.Концентрирующий патрон Диапак-фенол («Биохиммак», Россия).Ацетонитрил х.ч.

(«Криохром», Россия).Ацетон, х.ч.Выполнениеопределения.Предварительноготовятсериюрастворов, содержащих смесь фенола, , 2-хлорфенола и 2,4-дихлорфенолапо (0,05; 0,08; 0,10; 0,15 мкг/мл) в подвижной фазе.Последовательно хроматографируют все приготовленные растворы,для чего промывают петлю дозатора хроматографа анализируемымраствором, вводят пробу, регистрируют хроматограмму и определяютвремена удерживания фенолов и площади их пиков.Пополученнымданнымстроятградуировочныеграфикизависимости: площадь пика – концентрация, уравнения, которых заносят втабл.30.Пооднойизхроматограммрассчитываютосновныехроматографические параметры для разделяемой смеси: факторы емкостифенолов, число теоретических тарелок и величину разрешения длясоседних пиков и заносят в табл.31.Проводят определение фенолов в образце водопроводной илисточной воды.