WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«3-е издание, дополненное и переработанное Москва БИНОМ. Лаборатория знаний УДК 543.544 ББК 24.4 Д76 Другов Ю. С. Д76 Пробоподготовка в ...»

Ю. С. Другов, А. А. Родин

ПРОБОПОДГОТОВКА

В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

Ю. С. Другов, А. А. Родин

ПРОБОПОДГОТОВКА

В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

3-е издание, дополненное

и переработанное

Москва

БИНОМ. Лаборатория знаний

УДК 543.544

ББК 24.4

Д76

Другов Ю. С.

Д76 Пробоподготовка в экологическом анализе : практическое руководство / Ю. С. Другов, А. А. Родин. — 3-е изд. доп. и перераб. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. — 855 с.

:

ил. — (Методы в химии).

ISBN 978-5-94774-764-5 В практическом руководстве подробно обсуждаются методы пробоподготовки в практической экоаналитике при определении загрязняющих веществ в воздухе, воде, почве, биосредах и продуктах питания. Особое внимание уделено новейшим методам извлечения из матриц (твердофазная экстракция, сверхкритическая флюидная хроматография, экстракция в микроволновом поле, экстракция водой в суперкритическом состоянии и сочетание этих методов с дериватизацией целевых компонентов). Представлены многие стандартные методики.

Для химиков-аналитиков, выполняющих экологические анализы, студентов и аспирантов химических вузов и учебных заведений экологического направления.



УДК 543.544 ББК 24.4

По вопросам приобретения обращаться:

«БИНОМ. Лаборатория знаний»

Телефон: (499) 157-5272 e-mail: binom@Lbz.ru, http://www.Lbz.ru ISBN 978-5-94774-764-5 c БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009 Оглавление Введение....................................................... 5 Глава I.1 Воздух.................................................. 7

1. Отбор проб воздуха в контейнеры........................... 11

1.1. Типы контейнеров..................................... 12

1.2. Возможные артефакты................................. 15

1.3. Практическое использование контейнеров................ 17

1.4. Технология пробоотбора с использованием канистра....... 24

2. Абсорбционное улавливание загрязнений воздуха............. 29

2.1. Типы абсорберов...............................

–  –  –

Неблагополучная экологическая ситуация, которая сложилась во многих странах (в том числе и в России), требует серьезных усилий ученых и об щественности хотя бы для стабилизации существующего уровня загряз ненности воздуха, воды, почвы и растительности.

В сотнях городов России загрязнение воздуха достигло опасного для здоровья человека уровня. Более 30% населения страны не менее одного раза в год подвергается воздействию тех или иных вредных веществ, более чем в 20 раз превышающих ПДК, а около 20% проживает в условиях по стоянно высокого уровня загрязнения атмосферного воздуха несколькими вредными веществами. Только в Москве через легкие каждого жителя за год проходит 140 кг вредных химических веществ, которых в городской ат мосфере насчитывается не менее 1500. Каждое пятое посаженное в Моск ве дерево не доживает до одного года.





Серьезный урон экологии больших городов наносит автотранспорт, количество которого растет в геометрической прогрессии. В Москве 92% всех загрязнений воздуха составляют химические соединения, попадаю щие в городской воздух с выхлопными газами автомобилей, число которых удваивается каждые 4 года. Аналогичная ситуация и в других крупных российских городах и промышленных регионах.

Около 50% населения России вынуждено пить воду, не соответствую щую гигиеническим требованиям по различным показателям. Низкое ка чество питьевой (водопроводной) воды, загрязненность воздуха, почвы, подземных вод и растительности во многих регионах страны серьезно вли яют на состояние здоровья населения и рост заболеваемости, особенно де тской. В этой ситуации важное значение приобретает экологическая ана литическая химия и возможность глобального мониторинга загрязнений на территории России.

В последнее десятилетие создан ряд новых аналитических приборов, способных надежно обнаруживать ультрамалые содержания опасных хи мических соединений (в том числе и супертоксикантов) в различных объ ектах окружающей среды. В России и за рубежом разработано множество совершенных экоаналитических методик, утвержденных на федеральном уровне и обязательных для применения в экологических анализах.

При этом особое значение приобретает пробоподготовка — необходи мый этап, предшествующий аналитическому определению загрязняющих веществ. Ошибки и неточности на этой стадии аналитической процедуры 6 Введение (пробоотбор, десорбция примесей из ловушки, дериватизация и др.) могут существенно ухудшить качество анализа, а в ряде случаев — сделать его ре зультаты бессмысленными. В то же время в опубликованной литературе фактически отсутствуют руководства по практике пробоподготовки в эко аналитической химии, что отрицательно влияет как на качество экоанали тических методик, так и на надежность результатов рутинных анализов.

Мы решили восполнить этот пробел и написать руководство по мето дологии и практическому использованию различных приемов и способов подготовки пробы к аналитическому определению (с помощью хромато графических, спектральных или электрохимических методов) при анализе сложных смесей загрязнений воздуха, воды, почвы, растительности, био логических сред и пищевых продуктов.

В монографии обсуждаются последние достижения экологической аналитической химии в области пробоподготовки, которые способствуют повышению качества анализа: увеличению селективности определения, снижению предела обнаружения, повышению надежности идентифика ции целевых компонентов в присутствии сопутствующих примесей и улучшению других метрологических характеристик методик.

Помимо новейших достижений в области пробоподготовки при выпол нении экоаналитических определений в монографии приводится множе ство конкретных методик, иллюстрирующих все стадии рассматриваемой пробоподготовки и последующего аналитического определения загрязни телей в любых матрицах.

Книга предназначена в первую очередь для аналитиков, работающих в области экологического анализа. Она может оказаться полезной и другим специалистам, связанным с охраной природной среды обитания, а также студентам химических, медицинских и экологических вузов.

Авторы благодарят В. А. Калинина, Г. Г. Васиярова, В. А. Астахова и фирму «Интерлаб» за предоставленные материалы.

АвторыГлава I. Воздух

Пробоподготовка в анализе загрязненного воздуха включает все операции, которым подвергается проба, начиная с момента улавливания загрязняю щих веществ из воздуха (собственно пробоотбор) и кончая вводом пробы в аналитическую систему (хроматограф, спектрометр, полярограф и др.).

Подготовка пробы к анализу состоит из следующих операций:

• отбор пробы загрязенного воздуха (включающий, как правило, од новременное концентрирование микропримесей);

• транспортировка пробы в лабораторию (если анализ не проводят не посредственно на месте отбора);

• хранение пробы;

• подготовка пробы к анализу (извлечение примесей из ловушки, по вторное концентрирование, дериватизация и др.).

Пробоподготовка является наиболее важной стадией определения за грязнений воздуха. Допущенные на этом этапе ошибки могут исказить ре зультаты анализа, и последующее определение целевых компонентов ока жется бессмысленным.

Проблемы пробоотбора (пробоподготовки) обсуждаются в ряде отече ственных [1—6] и зарубежных [7—18] монографий и обзоров [19—24].

В атмосферном воздухе населенных мест, городском воздухе, воздухе рабочей зоны промышленных предприятий, жилых и административных зданий может содержаться до нескольких сот токсичных химических сое динений различных классов — от органических и неорганических газов и летучих органических соединений (ЛОС) до высокомолекулярных орга нических веществ, твердых частиц и аэрозолей [1]. Поэтому нет универ сального способа пробоотбора, позволяющего одновременно улавливать из загрязненного воздуха все вредные вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях (или сильно отличающиеся по молекулярной мас се, температуре кипения, сорбционным характеристикам и т. п.).

В анализе загрязненного воздуха применяют несколько способов улав ливания (извлечения) токсичных химических соединений из матрицы, ко торые приведены в табл. I.1.

8 Глава I. Воздух Таблица I.1. Характеристика методов пробоотбора

–  –  –

Правильный выбор метода пробоотбора зависит от объекта анализа (атмосфера, воздух рабочей зоны, промвыбросы и т. п.) и его характери стики, главным образом сложности состава смесей загрязняющих веществ и их концентраций (табл. I.2).

–  –  –

На определенном расстоянии от источника эмиссии загрязнители попа дают в атмосферные потоки и движутся в атмосфере. При этом они перено сятся к почве или воде и оседают на них (седиментация, диффузия, действие дождевых капель и т. п.). Степень такой эмиссии сильно зависит от рассто яния до источника загрязнения, его интенсивности, топографии местности и метеорологических условий. Некоторые загрязнители переносятся ветром на дальние расстояния, что может приводить к региональным и даже гло бальным загрязнениям воздуха.

Задачи мониторинга атмосферных загрязнителей в значительной мере за висят от наличия всех вышеперечисленных процессов. Необходимо контро лировать эмиссионные источники (из которых загрязнители попадают в воз дух), имиссию и фон*. Загрязненный воздух представляет собой нестационар ную, негомогенную, многофазную и мультикомпонентную систему. Все эти факторы следует учитывать при выборе конкретного способа пробоотбора.

Воздух рабочей зоны Степень загрязнения воздуха производственных помещений зависит от ти па производства и отрасли промышленности (цех, завод, шахта, рудник и др.), особенностей технологического процесса, оборудования и планировки помещения, системы вентиляции и свойств используемого сырья. Качест венный состав воздуха рабочей зоны, особенно при высокотемпературных * Эмиссия вредных веществ в атмосферу — это поступление в нее газов, аэрозолей и пы левидных веществ, обусловливающее ее активное загрязнение. Имиссия — это накопление этих вредных веществ после их поступления из источников эмиссии, которое приводит к ус тановлению определенной устойчивой концентрации их в воздухе.

10 Глава I. Воздух

–  –  –

процессах переработки полимеров и при использовании большинства тех нологий нефтехимического синтеза, не менее сложен, чем композиции за грязненной атмосферы, а количества токсичных химических соединений, попадающих в зону дыхания работающих на производстве, примерно на по рядок превосходят концентрации загрязнителей атмосферы (см. табл. I.2).

Это означает, что аналитик имеет дело с пробами загрязненного воздуха, в которых содержания токсичных химических примесей лежат в интервале от мг/м3 до нг/м3 и ниже. Все это должно учитываться при выборе способа про боотбора и его организации. Существует множество способов пробоотбора (см. табл. I.1) и их комбинаций.

Газы и ЛОС можно отбирать в различного рода контейнеры, погло щать сорбентами с хорошо развитой поверхностью или улавливать в кри огенных ловушках с сорбентами или инертным материалом [2, 9—14].

Пары ЛОС чаще всего собирают (концентрируют) в ловушках с сорбен тами или хемосорбентами [1, 2, 11, 13, 14, 24], а аэрозоли и твердые час тицы улавливают полимерными или стекловолокнистыми фильтрами, пропуская через них большие объемы воздуха [1, 10, 13, 14, 17].

1. Отбор проб воздуха в контейнеры 11 Воздух пропускают (протягивают, просасывают) через ловушки с по мощью различного рода аспираторов (подробно об этом см. разд. 4, с. 110), выпускаемых отечественными [25–28] и зарубежными фирмами [29–33]*.

На рис. I.1 изображены устройства (аксессуары) для осуществления мониторинга загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, воздухе ра бочей зоны и жилых помещений, а также устройства для обнаружения ис точников эмиссии вредных веществ, которые выпускаются многими ино странными фирмами [29–33], в частности — фирмой «Супелко» [29] для основных экологических организаций США, использующих стандартные методики, утвержденные на федеральном уровне. Все выпускаемые мате риалы предварительно тестируются.

Оптимальное пробоотборное устройство (как правило, это набор не скольких сорбентов или фильтров) должно улавливать загрязнения возду ха, присутствующие в нескольких агрегатных состояниях — пары, аэрозо ли и твердые частицы. Оно не должно само давать фона и иметь достаточ но большую сорбционную емкость, чтобы не было «проскока». Трубки для десорбции (см. рис. I.1) растворителем (1) используют обычно в индустри альной гигиене (содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны при мерно на порядок выше, чем в атмосферном воздухе). Трубки для термо десорбции (2) применяют как в индустриальной, так и коммунальной ги гиене — при определении атмосферных загрязнений. Такие трубки могут содержать несколько слоев различных адсорбентов для извлечения широ кого спектра загрязняющих веществ. Из термодесорбционных трубок ана лит поступает (быстрый нагрев) непосредственно в газохроматографиче скую колонку: при этом предел обнаружения СН значительно ниже, чем в случае экстракции растворителем.

1. Отбор проб воздуха в контейнеры Отбор загрязненного воздуха в контейнеры используют лишь для анализа газов и летучих при обычной температуре веществ. Такой отбор не связан с обогащением пробы, и поэтому чаще всего для определения применяют метод газовой хроматографии, который чувствительнее спектральных ме тодов анализа.

Контейнеры представляют собой различной формы сосуды из стекла, нержавеющий стали или полимерной пленки. Анализируемый воздух про пускают через контейнер с небольшой скоростью (0,1–0,4 л/мин), впускают воздух в предварительно вакуумированный сосуд или заполняют контейнер с помощью ниппельного устройства [1, 2], при этом кратность обмена воз духа должна быть не ниже 6–10. Эта процедура нужна для «промывания»

контейнера — удаления следов предыдущей пробы при неоднократном ис пользовании сосуда, а также для пассивирования (кондиционирования) его стенок анализируемыми газами или ЛОС.

Этот простейший способ пробоотбора позволяет реализовать прямое газохроматографическое определение загрязняющих веществ с неболь * В России, за исключением аспираторов и абсорберов [25], другого пробоотборного обо рудования для воздуха не производится.

12 Глава I. Воздух шой погрешностью (8–12%), так как он не связан с потерями вещества в процессе концентрирования, десорбции и другими операциями, характер ными для пробоподготовки. Определение газов и ЛОС, собранных в кон тейнере, можно осуществить и спектральными методами*, но при низких (на уровне ppb) содержаниях загрязнений такой анализ часто проблема тичен.

К ограничениям контейнерного способа пробоотбора следует отнести следующие:

• относительно узок круг определяемых соединений (лишь газы и сравнительно низкокипящие ЛОС);

• СН (предел обнаружения) контролируемых компонентов ограничен чувствительностью применяемого детектора;

• невозможно получить представительную пробу при наличии в возду хе труднолетучих соединений;

• возможно возникновение артефактов (см. разд. 1.2).

1.1. Типы контейнеров В России (ранее в СССР) многие методы спектрофотометрического (ви димая и УФ области спектра) определения вредных веществ в воздухе ра бочей зоны [26, 27] и атмосферном воздухе населенных мест [28] предпо лагали отбор проб в «сосуды ограниченной вместимости», к которым от носили стеклянные газовые пипетки, стеклянные шприцы, стеклянные бутыли и резиновые камеры.

Пробоотбор в контейнеры рекомендуется для анализа воздуха с высо кими содержаниями газов и летучих веществ, а также в тех случаях когда применяется метод, обладающий высокой чувствительностью, например ГХ/ЭЗД для галогенсодержащих ЛОС.

В России подобные контейнеры серийно не производятся. Ряд зару бежных фирм («Хьюлетт–Паккард», «Вариан», «Супелко» и др.) выпуска ют коммерческие пробоотборные устройства различных типов [29–33]. В основном это сосуды (пипетки) из стекла или нержавеющей стали и меш ки из полимерных пленок.

Стеклянные пипетки (рис. I.2) используют для улавливания и транс портировки газообразных проб с последующим извлечением аликвот ной части пробы газовым шприцем для анализа (как правило, методом газовой хроматографии) [29, 31]. Для заполнения их вакуумируют или продувают анализируемым воздухом. Стекло подвергается специаль ной обработке, чтобы избежать механических повреждений при пере возке контейнера. Пипетки оснащены двумя высоковакуумными стек лянными кранами с тефлоновыми пробками и клапаном (муфтой) с тефлоновой (чаще из ФЭП тефлона, см. с. 13) прокладкой для отбора пробы в лаборатории шприцем.

* Разновидностью контейнеров можно считать зеркальные (многоходовые) кюветы ИК спектрометров, при использовании которых для анализа газов СН можно снизить за счет многократного прохождения луча через исследуемую среду.

1. Отбор проб воздуха в контейнеры 13

–  –  –

Емкость стеклянных пипеток — от 50 мл до 2 л [29, 31]. В США выпуска ются также пипетки из нержавеющей стали марки 304, США [31] вместимо стью от 75 мл до 500 мл, которые могут выдержать давление до 13 000 кПа (130 бар).

Другими распространенными контейнерами для пробоотбора загряз ненного воздуха являются мешки из полимерных пленок. Они непроница емы для большинства газов, могут использоваться повторно, а при хране нии газообразной пробы в этих мешках потери контролируемых компо нентов минимальны. После использования и продувки таких мешков чис тым инертным газом их «память» минимальна (практически не остается следов предыдущей пробы). Эти мешки прочны, эластичны и быстро вос станавливают первоначальную форму. Их можно использовать и для отбо ра водных проб.

Наиболее популярными контейнерами этого типа являются мешки из пленки Тедлар (высококачественной поливинилфторидной пленки тол щиной 2 мм), которые изготавливаются без применения пластификаторов [29, 31]. Пленка из ПВФ менее проницаема для газов, чем тефлон, и стой ка к действию различных химических веществ. Такие мешки вместимо стью от 1 до 100 л имеют размеры от (17,5 17,5) см до (75 90) см. Их ис пользуют в различных методиках ЕРА (США) [29] для отбора проб возду ха, содержащего некоррозионные газы и ЛОС, пары растворителей, угле водороды, хлорсодержащие соединения, СО, SO2, H2S, меркаптаны и дру гие химические загрязнители воздуха [29–33].

Каждый такой мешок имеет клапан (вентиль) из полипропилена, через который его заполняют воздухом с помощью гибкого шланга из полимер [...] Другов Юрий Степанович – доктор химических наук, член корреспондент Петровской академии наук и искусств, член Науч ного совета по аналитической химии РАН, член Научного совета по адсорбции и хроматографии РАН, председатель комиссии по анализу объектов окружающей среды при Научном совете по ана литической химии РАН. Награжден медалью имени М. С. Цвета «За развитие хроматографии».

Научные интересы: методология газохроматографического ана лиза газов и неорганических веществ, теория и практика газохро матографической идентификации загрязнений природной среды.

Автор более 200 научных статей и 27 монографий в области эколо гической аналитической химии, опубликованных в СССР, в России и за рубежом.

Родин Александр Александрович – кандидат химических наук, заместитель директора НИИ химии органических соединений ФГУП «Российский научный центр «Прикладная химия».

Научные интересы: технологии синтеза фторированных соедине ний, методология и практика экологической аналитической химии.

Автор более 100 научных статей и 17 монографий по вопросам синте за фторорганических соединений и хроматографического и хромато масс спектрального анализа объектов окружающей среды.



Похожие работы:

«Эпизоотология, эпидемиология и мониторинг паразитарных болезней УДК 619:576.895.7 ВЕКТОРНАЯ КОМПЕТЕНТНОСТЬ И СПОСОБНОСТЬ НАСЕКОМЫХ – ПЕРЕНОСЧИКОВ ИНФЕКЦИЙ В.В. МАКАРОВ доктор биологических на...»

«разных методах введения и влияние дозы препарата на его иммунобиологические свойства. Вакцина является эффективным биопрепаратом при длительном хранении и способна вызывать продолжительный и напряженный иммунитет. DEVELOPMENT INACTIVATED VACCINE AGAINST INFECTIOUS BURSAL DISEASE Alieva A.K., A...»

«2011 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Сер. 11 Вып. 4 ЭПИДЕМИОЛОГИЯ УДК 616.981.48:615.33.015 Л. А. Кафтырева, С. А. Егорова, М. А. Макарова, А. В. Забровская, Л. В. Сужаева, Ю. А. Артамонова1 ВСПЫШКИ ОСТРОЙ КИШЕЧНОЙ ИНФЕКЦИИ, ВЫЗВАННЫЕ ESCHERICHIA COLI О104:Н4,...»

«И.К. Евстигнеева, И.Н. Танковская УДК: 581.526.323/(477.75) (262.5) И.К. ЕВСТИГНЕЕВА, И.Н. ТАНКОВСКАЯ Институт биологии южных морей НАН Украины, пр. Нахимова, 2, 99011 Севастополь, АР Крым, Украина e-mail: Logrianin...»

«Вестник КрасГАУ. 2012. №5 УДК 597.153: 591.524.70 Д.К. Кожаева, С.Ч. Казанчев, Л.А. Казанчева, А.А. Мирзоева, А.В. Лабазанов, Е.А. Казанчева ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ТРОФИЧЕСКОЙ ЦЕПИ НЕКТОННОГО СООБЩЕСТВА В...»

«Математическая биология и биоинформатика. 2013. Т. 8. № 2. С. 537–552. URL: http://www.matbio.org/2013/Grinevich_8_537.pdf ================== МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ================= УДК: 51–76; 612.178.5; 612.213 Исследование зависимости сп...»

«МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ "ДВОРЕЦ ТВОРЧЕСТВА ДЕТЕЙ И МОЛОДЕЖИ" г. ВОРКУТЫ РЕКОМЕНДОВАНО УТВЕРЖДЕНО методическим советом приказом директора от 31.08.2013 от 31.08. 2013 № 627 протокол № 1 ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА – ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБЩЕРАЗВИВАЮЩ...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.