Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Хроматографічні методи аналізу та їх використання в аналізі об'єктів навколишнього природного середовища - Екологія

Курсова робота

На тему

«Хроматографічні методи аналізу та їх використання в аналізі об'єктів навколишнього природного середовища»

Зміст

Введення

Глава 1. Хроматографія в сучасній хімії

1.1. Основні види хроматографії

1.2. Методи прояви хроматограмм

1.3. Робота хроматографа

Глава 2. Застосування хроматографічних методів у екологічному моніторингу

2.1. Апаратура для хроматографії

Глава 3. Приклади застосування хроматографії в аналізі об'єктів довкілля

Глава 4. Сучасне апаратурне оформлення

Література

Введення

Виключно потужний засіб контролю забруднення різних об'єктів навколишнього середовища - хроматографічні методи, що дозволяють аналізувати складні суміші компонентів. Найбільше значення придбали тонкослойная, газорідинна і високоефективна рідинна і іонна хроматографія. Будучи нескладної по техніці виконання, тонкошарова хроматографія хороша при визначенні пестицидів та інших органічних сполук-забруднювачів. Газорідинна хроматографія ефективна при аналізі багатокомпонентних сумішей летких органічних речовин. Застосування різних детекторів, наприклад малоізбірательного детектора по теплопровідності - катарометра та виборчих - полум'яно-іонізаційного, електронного захоплення, атомно-емісійного, дозволяє досягати високої чутливості при визначенні високотоксичних сполук. Високоефективну рідинну хроматографію застосовують при аналізі сумішей багатьох забруднюючих речовин, насамперед нелетких. Використовуючи високочутливі детектори: спектрофотометричні, флуоріметріческіе, електрохімічні, можна визначати дуже малі кількості речовин. При аналізі сумішей складного складу особливо ефективно поєднання хроматографії з інфрачервоною спектрометрією і особливо з мас-спектрометрією. В останньому випадку роль детектора грає підключений до хроматографії мас-спектрометр. Зазвичай прилади такого типу оснащені потужним комп'ютером. Так визначають пестициди, поліхлоровані біфеніли, діоксини, нітрозоаміни та інші токсичні речовини. Іонна хроматографія зручна при аналізі катіонів та аніонів складів вод.

Глава 1. Хроматографія в сучасній хімії

Одне з важливих завдань сучасної хімії - надійний і точний аналіз органічних речовин, часто близьких за будовою і властивостями. Без цього неможливе проведення хімічних, біохімічних і медичних досліджень, на цьому значною мірою базуються екологічні методи аналізу навколишнього середовища, криміналістична експертиза, а також хімічна, нафтова, газова, харчова, медична галузі промисловості та багато інших галузей народного господарства.

Один з найбільш чутливих методів - хроматографический аналіз, вперше запропонований російським вченим М.С.Цветом на початку XX ст. і до кінця століття перетворився на найпотужніший інструмент, без якого вже не можуть обходитися як синтетики, так і хіміки, що працюють в інших областях.

Поділ Колір проводив у колонці, показаної на рис. 1. Суміш речовин А, Б і В - природних пігментів, спочатку знаходяться в зоні е, - розділяється при пріліваніем відповідного розчинника Д (елюент) на окремі зони.

Рис. 1. Хроматографічне розділення пігментів хлорофілу М.C.Цветом: а - адсорбент; б - колонка; в - приймач; г - делительная воронка; д - вата.

Суміш речовин А, Б і В, спочатку знаходяться в зоні е, поділяється при елюювання розчинником Д (елюент) на окремі зони, що рухаються з різними швидкостями до виходу з колонки.

Хроматографія заснована на розподілі одного з кількох речовин між двома, як кажуть, фазами (наприклад, між твердим тілом і газом, між двома рідинами та ін.), Причому одна з фаз постійно переміщається, т. Е. Є рухомою.

Це означає, що така фаза, наприклад газ або рідина, весь час просувається, порушуючи рівновагу. При цьому чим краще чи інша речовина сорбується (поглинається) або розчиняється в нерухомій фазі, тим швидкість його руху менше, і, навпаки, чим менше сорбується з'єднання, т. Е. Володіє меншим спорідненістю до нерухомій фазі, тим швидкість переміщення більше. У підсумку, як показано на рис. 2, якщо спочатку ми маємо суміш сполук, то поступово всі вони, підштовхувані рухомою фазою, рухаються до «фінішу» з різними швидкостями і врешті-решт розділяються.

Рис. 2. Основний принцип хроматографічного розділення: НФ - шар нерухомої фази, що покриває внутрішню поверхню капілярної трубки Т, через яку тече рухома фаза (ПФ). Компонент А1разделяемой суміші володіє великим спорідненістю до рухомій фазі, а компонент А2- до нерухомій фазі. А '1і А' 2- положення зон тих же компонентів через проміжок часу, за який відбувалося хроматографічне розділення в напрямку стрілки

Практично зразок суміші речовин вводять, наприклад, шприцом в шар нерухомої фази, а потім різні сполуки, що входять до складу суміші, разом з рухомою фазою (елюент) рухаються вздовж шару, підганяли цією фазою. Швидкість переміщення залежить від величини взаємодії (спорідненість) компонентів в нерухомій і рухомий фазах, і в результаті досягається поділ компонентів.

Після поділу необхідно ідентифікувати всі компоненти і оцінити їх кількісно. Така загальна схема хроматографії.

Слід зазначити, що цей сучасний метод дозволяє протягом декількох хвилин визначити зміст десятків і сотень різних сполук в суміші, причому навіть у незначних, «слідових» кількостях ~ 10-8%. [1-3]

Хроматографический спосіб аналізу.

Хроматографічні системи можна розділити за такими принципами:

- Агрегатний стан рухомої і нерухомої фаз;

- Геометричні характеристики системи;

- Механізм взаємодії між розділяються речовиною і фазами.

В якості рухомої фази використовується газ або рідина. В якості нерухомою, або стаціонарною, фази застосовуються тверді речовини або рідини.

По розташуванню фаз хроматографічні системи поділяють на дві групи: площинні та колоночного.

Останні, в свою чергу, поділяються на:

- Насадкові, заповнені зернистим твердим матеріалом (дрібні кульки), або є розділової середовищем, чи службовцям носієм нерухомій рідкої фази;

- Капілярні, внутрішні стінки яких покриті плівкою нерухомої рідини або шаром твердого адсорбенту (поглинач).

Взаємодія між розділяються речовиною і фазами хроматографічної системи може здійснюватися або на поверхні фази, або в обсязі. У першому випадку хроматографія називається адсорбційною, у другому - розподільчої.

Механізми розділення молекул в хроматографічних системах найчастіше зводяться до наступних:

- Нерухома фаза фізично поглинає (сорбує) розділяються речовини;

- Нерухома фаза хімічно взаємодіє з речовинами, що розділяються;

- Нерухома фаза розчиняє розділяються речовини з розчину в незмішуваних розчиннику;

- Нерухома фаза має пористу структуру, утруднює дифузію молекул поділюваних речовин в цій фазі.

Хроматографія, почавшись із саморобних пристроїв типу смужки паперу, опущеної в розчинник, в даний час представлена найскладнішими інструментальними системами, заснованими на сучасних найточніших, або прецизійних, принципах і оснащеними комп'ютерним забезпеченням. Схема процесу хроматографування, по суті, дуже проста і показана на рис. 3. Далі приблизно в такій послідовності буде розглянуто принцип роботи хроматографа.

1.1 Основні види хроматографії

До основних видів хроматографії відносять адсорбционную, іонообмінну, рідинну, паперову, тонкошарову, гель-фільтраційну і Афіни хроматографію.

Адсорбційна хроматографія. У цьому випадку поділ речовин здійснюється за рахунок вибіркової (селективної) адсорбції речовин на нерухомій фазі. Така селективна адсорбція обумовлена спорідненістю того чи іншого з'єднання до твердого адсорбенту (нерухомій фазі), а воно, у свою чергу, визначається полярними взаємодіями їх молекул. Тому часто хроматографію такого типу використовують при аналізі сполук, властивості яких визначаються числом і типом полярних груп. До адсорбційної хроматографії зараховують іонообмінну, рідинну, паперову, тонкошарову і газо-адсорбційну хроматографію.

Рис. 4. Зображення структури частинки іонообмінної смоли: ? - заряджені функціональні групи, ковалентно пов'язані з нитками решітки; ?- вільно переміщаються протилежно заряджені протовоіони, електростатично пов'язані з часткою смоли, здатні зазнавати обмін з іншими іонами.

Іонообмінна хроматографія. В якості нерухомої фази використовують іонообмінні смоли (рис. 4) як в колонках, так і у вигляді тонкого шару на платівці чи папері. Поділ зазвичай проводять у водних середовищах, тому цей метод використовується головним чином в неорганічної хімії, хоча застосовуються і змішані розчинники. Рушійною силою поділу в цьому випадку є різне спорідненість поділюваних іонів розчину до іонообмінним центрам протилежної полярності в нерухомій фазі.

Рідинна хроматографія. У цьому випадку нерухомою фазою служить рідина. Найбільш поширеним випадком є адсорбційний варіант рідинної колонкової хроматографії. Приклад поділу природних пігментів представлений на рис. 5.

Рис. 5. Хроматографічне розділення природних пігментів (флавонів і ізофлавонів)

Паперова хроматографія. В якості нерухомої фази використовують смуги або аркуші паперу (рис. 6). Поділ відбувається по адсорбционному механізму, причому іноді його проводять у двох перпендикулярних напрямках.

Рис. 6. Схема поділу методом паперової хроматографії: А, Б і В - положення компонентів суміші після закінчення хроматографічного розділення. Рухома фаза вбирається в папір (нерухома фаза) під дією капілярних сил і переносить індивідуальні компоненти суміші з різними швидкостями, залежними від відносин розчинності цих компонентів в обох фазах. Ставлення а / б = Rf (фактор запізнювання) характеризує дане поділюване речовина

Тонкошарова хроматографія - це будь-яка система, в якій нерухомою фазою є тонкий шар, зокрема шар оксиду алюмінію (товщина 2 мм) у вигляді пасти, нанесеною на скляну пластинку. Приклад такої системи і результати поділу показані на рис. 7.

Рис. 7. Камера для тонкошарової хроматографії: а - загальний вигляд; б - схематичний розріз; 1 - підкладка з шаром сорбенту; 2 - край камери; 3 - ємність для розчинника

Гель-фільтраційна, або молекулярно-ситова, хроматографія. Принцип поділу в таких системах дещо інший, ніж у попередніх випадках. Нерухомою фазою є матеріали, зазвичай гелі, зі строго контрольованою пористістю, в результаті чого одні компоненти суміші відповідно з розміром і формою молекул можуть проникати між частинками гелю, а інші не можуть. Найчастіше цей вид хроматографії використовується для розділення високомолекулярних сполук. Один з варіантів застосування цього методу - визначення молекулярних мас поділюваних речовин, часто необхідних для хімічних досліджень (рис. 8).

Рис. 8. Схема поділу методом гель-хроматографії: а - початок поділу б - поділ в - кінець поділу; великі кухлі - частинки гелю, великі точки - молекули сполук з великою молекулярною масою, маленькі точки - молекули сполук з меншою молекулярною масою

Афинная хроматографія. Цей вид хроматографії заснований на взаємодії між речовиною, з одного боку, здатним реагувати з виділеним з'єднанням, а з іншого - пов'язаним з твердим носієм нерухомої фази. Така речовина має спорідненості з його виділяє з'єднанню і називається Афіни лигандом.

Найчастіше цей метод знаходить застосування в біохімічному аналізі. Наприклад, при пропущенні через целюлозу, активовану бромцианом, біологічних об'єктів-антигенів, що містять білки, відбувається їх специфічне утримування, як показано на схемі 1.

За іншим способом для приєднання білків до гідроксильної групі целюлози останню спочатку обробляють 2-аміно-4,6-дихлор-сім-триазинов, а потім продукт їх взаємодії вступає в реакцію з аминогруппой білка за схемою 2:

Звичайно, число способів хроматографирования не обмежується перерахованими вище. Часто хроматографію поєднують з іншими фізико-хімічними методами, наприклад з мас-спектрометрією, але в даній статті стоїть завдання познайомити читача лише із загальними принципами хроматографії. Тому далі розглянемо обробку результатів хроматографирования.

1.2 Методи прояви хроматограмм

Проявом називається процес перенесення поділюваних речовин рухомою фазою. Прояв можна здійснити трьома основними способами: фронтальним аналізом, витісненням і елююванням. Найбільш широко використовується елюювання.

Фронтальний аналіз. Це випадок найбільш простий, т. К. Тут проба і служить рухомою фазою. Її безперервно додають у систему, тому потрібні великі обсяги проби. Результати показані на рис. 9.

Освіта кількох зон обумовлено різним спорідненістю різних компонентів до нерухомій фазі. Передній край називають фронтом, звідси й назва. У першій зоні знаходиться тільки найменш удерживаемое речовина А, яке рухається швидше за все. Друга зона містить речовину А і Б. Третя зона - суміш речовин А, Б і В. У фронтальному аналізі тільки компонент А отримують в рідкому вигляді.

Витіснювальний аналіз. У цьому випадку рухома фаза володіє великим спорідненістю до нерухомій фазі, ніж поділюване речовину. У нерухому фазу вводять невелику пробу. Але через велику спорідненості рухома фаза витісняє і проштовхує всі компоненти. Вона витісняє найбільш сильно сорбується компонент В, який, у свою чергу, витісняє речовина Б, а той витісняє найменш сорбируется компонент А. На відміну від фронтального аналізу за допомогою цього способу можна отримати всі основні компоненти в індивідуальному (рідкому) вигляді.

Елюентний аналіз. Рухому фазу для переміщення розчиненої речовини пропускають через хроматографічну систему. Поділ відбувається за рахунок різного спорідненості компонентів суміші до нерухомій фазі і, отже, за рахунок різних швидкостей їх переміщення. Пробу малого обсягу вводять в хроматографическую систему. У підсумку зони з компонентами будуть поступово утворювати окремі ділянки, розділені чистим елюентом. Завдяки високій ефективності поділу метод отримав найбільш широке поширення і в значній мірі витіснив інші варіанти поділу. Тому далі розглянемо теорію і апаратне оформлення цього методу.

Хроматографічні процеси часто зручно розглядати як серії екстракційних процесів, при цьому можуть бути розділені речовини з дуже близькими властивостями, т. К. В ході хроматографических процесів швидко і одночасно відбуваються сотні і навіть тисячі циклів екстракції.

Для оцінки ефективності хроматографічних процесів, виходячи з теоретичного уявлення про дистиляції (за аналогією з поділом нафти на ректифікаційних колонах, де теоретична тарілка відповідає частині ректифікаційної колони, в якій пар і рідина знаходяться в рівновазі), вводять поняття «висота, еквівалентна теоретичній тарілці» (ВЕТТ). Хроматографічна колонка, таким чином, розглядається як набір гіпотетичних шарів (тарілок). Під ВЕТТ зазвичай мають на увазі таку товщину шару, яка необхідна для того, щоб суміш, що надійшла з попереднього шару, прийшла в рівновагу з середньою концентрацією речовини в рухомій фазі цього шару. Її можна описати наступною формулою:

ВЕТТ = L / N,

де L - довжина колонки, N - число теоретичних тарілок.

ВЕТТ є сумарною характеристикою розділення речовин. Однак розділити компоненти суміші важливо, але недостатньо. Необхідно ідентифікувати кожен компонент і визначити його кількість в пробі. Зазвичай це здійснюють за допомогою обробки хроматограм - залежності інтенсивності сигналу, пропорційного концентрації речовини, від часу поділу. Деякі приклади хроматограмм показані на рис. 9.

Час від моменту введення проби в колонку до моменту реєстрації максимуму піку називається часом утримування (tR). В оптимальних умовах воно не залежить від кількості введеної проби і з урахуванням геометричних параметрів колонки визначається будовою того чи іншого з'єднання, т. Е. Є якісною характеристикою компонентів. Кількісний вміст компонента характеризується величиною піку, точніше його площею. Підрахунок площі піка зазвичай здійснюють автоматично за допомогою приладу інтегратора, який фіксує і час утримування, і площа піку. Сучасна апаратура дозволяє одразу отримувати комп'ютерну роздруківку з зазначенням змісту всіх компонентів поділюваної суміші.

1.3 Робота хроматографа

Схема установки найбільш простого газового хроматографа наведена на рис. 12. Вона складається з газового балона, містить рухливу інертну фазу (газ-носій), найчастіше гелій, азот, аргон та ін. За допомогою редуктора, що зменшує тиск газу до необхідного, газ-носій надходить в колонку, що представляє собою трубку, заповнену сорбентом або іншим хроматографическим матеріалом, граючим роль нерухомої фази.

Рис. 10. Схема роботи газового хроматографа: 1 - балон високого тиску з газом-носієм; 2 - стабілізатор потоку; 3 і 3 '- манометри; 4 - хроматографічна колонка; 5 - пристрій для введення проби; 6 - термостат; 7 - детектор; 8 - самописець; 9 - витратомір

Хроматографічна колонка - це «серце» хроматографа, оскільки саме в ній відбувається поділ сумішей. Колонки найчастіше виготовляють зі скла; бувають сталеві, тефлонові, а також капілярні колонки. Поблизу від введення газу в колонку встановлюють пристрій для введення проби. Найчастіше вводять пробу за допомогою шприца, протикаючи гумову мембрану. Анализируемая суміш розділяється в колонці і надходить у детектор - прилад, що перетворює результати поділу в форму, зручну для реєстрації.

Одним з найбільш використовуваних детекторів є катарометр, принцип дії якого заснований на вимірюванні теплоємності різних тел.

На рис. 11 показана схема катарометра. У циліндричну порожнину поміщена металева спіраль (нитка опору), що нагрівається в результаті проходження через неї постійного електричного струму. При протіканні через неї газу-носія c постійною швидкістю температура спіралі залишається постійною. Однак якщо склад газу змінюється при появі елюіруемого речовини, то температура спіралі змінюється, що і реєструється приладом.

Рис. 11. Схема катарометра: 1 - введення газу з хроматографічної колонки; 2 - виведення продуктів в атмосферу; 3 - нитка опору; 4 - ізолятор; 5 - металевий блок катарометра

Інший поширений детектор - полум'яно-іонізаційний, схема якого представлена на рис. 12. Він набагато більш чутливий, ніж катарометр, але вимагає подачі не тільки газу-носія, а й водню. Виходить з колонки газ-носій, що містить елюент, змішується з воднем і проходить у форсунку пальника детектора. Полум'я іонізує молекули елюента, в результаті чого електричний опір між електродами зменшується, а струм збільшується.

Рис. 12. Схема полум'яно-іонізаційного детектора: 1 - введення водню; 2 - введення газу з хроматографічної колонки; 3 - введення повітря; 4 - катод; 5 - пальник; 6 - збирає електрод; 7 - виведення продуктів горіння в атмосферу.

У рідинної хроматографії застосовуються спектрофотометричні детектори (у видимій, УФ - та ІЧ-областях), а також Рефрактометричні детектори, засновані на вимірюванні показників заломлення розчинів.

Глава 2. Застосування хроматографічних методів у екологічному моніторингу

Хроматографічні методи часто виявляються незамінними для ідентифікації та кількісного визначення органічних речовин з подібною структурою. При цьому найбільш широко використовуваними для рутинних аналізів забруднювачів навколишнього середовища є газова і високоефективна рідинна хроматографія.

Газохроматографический аналіз органічних забруднювачів у питній і стічних водах спочатку грунтувався на використанні насадок колонок, пізніше поширення набули та кварцові капілярні колонки. Внутрішній діаметр капілярних колонок складає зазвичай 0,20-0,75 мм, довжина - 30-105 м. Оптимальні результати при аналізі забруднювачів у воді досягаються найчастіше при використанні капілярних колонок з різною товщиною плівки з метілфенілсіліконов з вмістом фенільних груп 5 і 50% . Вразливим місцем хроматографических методик з використанням капілярних колонок часто стає система введення проби. Системи введення проби можна поділити на дві групи: універсальні та селективні. До універсальних відносяться системи введення з поділом і без поділу потоку, "холодний" введення в колонку і випаровування при програмуванні температури. При селективному введенні використовують продувку з проміжним улавливанием в пастці, Парофазний аналіз і т.д. При використанні універсальних систем введення в колонку надходить вся проба повністю, при селективної інжекції вводиться тільки певна фракція. Результати, одержані при селективному введенні, є істотно більш точними, оскільки потрапила в колонку фракція містить тільки леткі речовини, і техніка при цьому може бути повністю автоматизована.

Газохроматографічні детектори, використовувані в моніторингу забруднювачів, часто підрозділяють на універсальні, що відгукуються на кожен компонент в рухомій фазі, і селективні, що реагують на присутність у рухомій фазі певної групи речовин з подібними хімічними характеристиками. До універсальних відносяться полум'яно-іонізаційний, атомно-емісійний, мас-спектрометричний детектори та інфрачервона спектрометрія. Селективними детекторами, використовуваними в аналізі води, є електронно-захватний (селективен до речовин, що містить атоми галогенів), термоіонний (селективен до азот-і фосфоровмісних сполук), фотоіонізаціонний (селективен до ароматичних вуглеводнів), детектор по електролітичної провідності (селективен до з'єднань, містить атоми галогенів, сірки та азоту). Мінімально детектіруемих кількості речовин - від нанограммов до пікограмів в секунду.

Високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ) є ідеальним методом для визначення великого числа термічно нестійких сполук, які не можуть бути проаналізовані за допомогою газової хроматографії. Об'єктами аналізу методом рідинної хроматографії в даний час часто стають сучасні агрохімікати, в число яких входять метілкарбонати і фосфорорганічні інсектициди, інші нелеткі речовини. Високоефективна рідинна хроматографія набуває все більшого поширення серед інших методів, що застосовуються в моніторингу навколишнього середовища, ще й тому, що має блискучі перспективи в плані автоматизації пробоподготовки.

Колонки для ВЕРХ, які найчастіше використовують в аналізах забруднювачів навколишнього середовища, мають довжину 25 см і внутрішній діаметр 4,6 мм, заповнюються вони сферичними частинками силикагеля розміром 5-10 мкм з прищепленими октадецільнимі групами. В останні роки з'явилися колонки з меншим внутрішнім діаметром, заповненими частинками меншого розміру. Використання таких колонок призводить до зменшення витрати розчинників і тривалості аналізу, збільшенню чутливості та ефективності поділу, а також полегшує проблему підключення колонок до спектральних детекторам. Колонки з внутрішнім діаметром 3,1 мм постачають запобіжним картриджем (форколонкой) для збільшення терміну служби і поліпшення відтворюваності аналізів.

Як детектори в сучасних приладах для ВЕРХ використовуються зазвичай УФ-детектор на диодной матриці, флуоресцентний і електрохімічний.

Електроаналітичні методи, які зазвичай застосовують в аналізі води для визначення неорганічних компонентів, часто поступаються по чутливості методам газової та рідинної хроматографії, атомно-адсорбційної спектрометрії. Однак тут використовується більш дешева апаратура, іноді навіть у польових умовах. Основними електроаналітичні методами, застосовуваними в аналізі води, є вольтамперометрия, потенціометрія і кондуктометрія. Найбільш ефективними вольтамперометрического методами є диференціальна імпульсна полярографія (ДІП) і інверсійний електрохімічний аналіз (ІЕА). Поєднання цих двох методів дозволяє проводити визначення з дуже високою чутливістю - приблизно 10-9моль / л, апаратурне оформлення при цьому нескладно, що дає можливість робити аналізи в польових умовах. На принципі використання методу ІЕА або поєднання ІЕА з ДІП працюють повністю автоматизовані станції моніторингу. Методи ДІП і ІЕА в прямому варіанті, а також в поєднанні один з одним використовують для аналізу забрудненості води іонами важких металів, різними органічними речовинами. При цьому часто способи пробопідготовки є набагато більш простими, ніж в спектрометрії або газової хроматографії. Перевагою методу ІЕА є (на відміну від інших методів, наприклад, атомно-адсорбційної спектрометрії) також здатність "відрізняти" вільні іони від їх пов'язаних хімічних форм, що важливо і для оцінки фізико-хімічних властивостей аналізованих речовин, і з точки зору біологічного контролю (наприклад, при оцінці токсичності вод). Час проведення аналізу іноді скорочується до декількох секунд за рахунок підвищення швидкості розгортки поляризующего напруги.

Потенциометрия із застосуванням різних іоноселектівних електродів використовується в аналізі води для визначення великого числа неорганічних катіонів та аніонів. Концентрації, які вдається визначити таким способом, 100-10-7моль / л. Контроль за допомогою іоноселективних електродів відрізняється простотою, експресному та можливістю проведення безперервних вимірювань. В даний час створені іоноселективні електроди, чутливі до деяких органічних речовин (наприклад, алкалоїдів), поверхнево-активною речовинами і миючих речовин (детергентів). В аналізі води використовуються компактні аналізатори типу зондів із застосуванням сучасних іоноселектівних електродів. При цьому в ручці зонда змонтована схема, обробна відгук, і дисплей.

Кондуктометрія використовується в роботі аналізаторів детергентів в стічних водах, при визначенні концентрацій синтетичних добрив в зрошувальних системах, при оцінці якості питної води. На додаток до прямої кондуктометрії для визначення деяких видів забруднювачів можуть бути використані непрямі методи, в яких визначаються речовини взаємодіють перед виміром зі спеціально підібраними реагентами і реєстроване зміна електропровідності викликається тільки присутністю відповідних продуктів реакції. Крім класичних варіантів кондуктометрії застосовують і її високочастотний варіант (осціллометріі), в якому индикаторная електродна система реалізується в кондуктометричних анализаторах безперервної дії. [15, 8-11]

2.1 Апаратура для хроматографії

Газоаналізатори.

1. Універсальний газоаналізатор «Ганка-4».

Ганка-4 - серійна копія Першого універсального космічного газоаналізатора. Ганка-4 відзначений вищими нагородами на 5 міжнародних виставках, має 7 патентів.

У газоаналізаторі реалізований експресний метод вимірювання максимально-разових концентрацій основних забруднювачів атмосферного повітря і повітря робочої зони (контрольовані речовини за вибором - до 130 (аміак. Ацетон, аерозоль фарби, бензин, водень, діоксид азоту, діоксид вуглецю, кисень, кислота азотна, сірчана , оцтова, ксилол, марганець, масло мінеральне, метанол, озон, окис етилену, пил, сажа, сірководень, стирол, толуол, фенол, формальдегід. луг, етанол. етиленгліколь. Етілцеллозольв та інші); діапазон вимірювань - від 0,001 мг / куб . м до 100% об).

Перевагою газоаналізатора є мала вага, автономне живлення від вбудованого акумулятора, можливість легкого і швидкого використання різних датчиків (хімічних сенсорів) і хімкассет на різні інгредієнти для аналізу атмосферного повітря і повітря робочої зони. Він з успіхом застосовується як основний засіб вимірювань при атестації робочих місць.

Широка номенклатура аналізованих речовин дає можливість користувачу легко вибирати перелік забруднювачів і діапазони їх вимірювання, які необхідні для роботи на різних об'єктах.

Газоаналізатор «Ганка-4» зручний в експлуатації, не потрібно спеціальної перенастроювання приладу при переході з одного інгредієнта на інший, є можливість проводити вимірювання в будь-якому місці, на будь-якій висоті, не потрібно виконувати усереднений розрахунок показань - середній результат висвічується на дисплеї, одночасно проводиться відбір наступної проби та обробка результату.

Газоаналізатор є незамінним засобом вимірювання при різній загазованості об'єктів, ліквідації надзвичайних ситуацій, для вжиття термінових заходів.

2. Портативний газовий хроматограф ФГХ-1.

ФГХ-1 є сучасним автоматизованим засобом експрес визначення концентрації шкідливих речовин в повітрі. Завдяки високій чутливості та автоматизації, один і той же прилад без будь-якої пробоподготовки дозволяє аналізувати вміст шкідливих речовин у повітрі в широкому діапазоні концентрацій: від ГДК в атмосфері до промислових викидів і при надзвичайних ситуаціях.

ФГХ - є унікальним засобом ексресс-аналізу, призначеним для роботи як в лабораторних, так і в «польових» умовах безпосередньо на досліджуваному об'єкті, оскільки містить власні кошти електро- та газового харчування. Результати аналізу, коментарі до них і самі хроматограми автоматично документуються в пам'яті комп'ютера і можуть бути негайно пред'явлені Замовнику або адміністрації контрольованого підприємства. Кількість зберігаються хроматограмм - до 2000. Крім визначення концентрації речовин, ФГХ дозволяє їх автоматично ідентифікувати.

Хроматограф містить комп'ютер типу «Note-Book». Просте у використанні програмне забезпечення дозволяє проводити аналіз в автоматичному режимі, а також працювати з хроматограммой, що відтворюється на екрані комп'ютера. Для роботи на ФГХ в автоматичному режимі не потрібні спеціальні знання і досвід роботи на хроматографах.

Аналізовані речовини - граничні і ненасичені вуглеводні, спирти, прості і складні ефіри, ароматичні вуглеводні, кетони, нафтопродукти, розчинники, хлорпохідні вуглеводнів, окис азоту, сірковуглець та інші. Час аналізу - менше 10 хвилин.

Деякі приклади найбільш підходящих портативних (переносних) коштів та їх основні характеристики:

1. Хроматограф газовий польовий типу ЕХО-М (Новосибірськ) маса 6 - 7 кг, електроживлення 12 В, час безперервної роботи 8 год. Детектор електронного захоплення. Можлива заміна детекторів (фотоіонізаціонний детектор, полум'яно-іонізаційний детектор). Межа виявлення з детектором електронного захоплення становить 5 10-13 кг (з можливим доповненням 1000 - кратного збагачення в виносному концентраторе). Ціна - 12 000 - 14 000 $.

2. Хроматограф газовий переносний для аналізу неорганічних газів і продуктів згоряння палива типу АХГ - 002. Межа виявлення, г / см3: по Н2- 8,4 · 10-10, по СО - 3,5 · 10-8, по СН4- 6,6 · 10-9, по О2-8,7 · 10-9, по СО2- 9,2 · 10-7с детектором з теплопровідності. Ціна ~ 2100 $.

3. Хроматограф газовий малогабаритний типу ХПМ - 5 для аналізу складних сумішей речовин. Маса - 20 кг (аналітичний блок) і 8 кг (блок живлення), габарити, мм - 412х282х341 (аналітичний блок) і 120х311х290 (блок живлення). Межі виявлення: S - 1,0 · 10-10 (полум'яно-фотометричний детектор), P - 1 · 10-11- (полум'яно-фотометричний детектор) і 2,0 · 10-12 (термоіонний детектор), N-5 · 10-12 (термоіонний детектор), пестициди - 4,0 · 10-13 (детектор електронного захоплення), УВ - 2,0 · 10-8 (детектор по теплопровідності) і 2 · 10-11 (полум'яно-іонізаційний детектор). Ціна 3500 $.

4. Хроматографи рідинні переносні типу «Колір - 403». Маса - 16 кг, межа виявлення, в мг / мл: 10-8- 10-10 (електрохімічний детектор) і 10-4 (ультрафіолетовий детектор). Ціна 3000 - 3400 $.

5. Фотометр КФК-05 переносний малогабаритний (АТВТ «Загорський оптико - механічний завод», м Сергієв-Посад). Габарити 190х170х83 мм, вага 1,2 кг, електроживлення 220 і 12 В. Похибка 1%, середньоквадратичне відхилення 0,15%.

6. Мікрофотоколоріметр польовий. МКМФ-02П (мікропроцесорний аналог). Ціна 455 - 520 $.

7. Спектрофотометр переносний DR / 2010 VIS, = 400-900 нм, похибка 2%, середньоквадратичне відхилення 0,15%. Ціна 3500 $.

Хроматографи

Другим визнаним лідером по числу реалізованих методик аналізу речовин в об'єктах довкілля (20 - 40%) в даний час є прилади, засновані на хроматографії. Газові (рухома фаза - газ, нерухома - твердий сорбент), газорідинні (рухома фаза - газ, нерухома - тонкий шар рідини на твердому носії), рідинні (рухома фаза - рідина, нерухома фаза - твердий сорбент).

Серед вітчизняних хроматографических приладів найбільше відзначається газових хроматографів (ряд серій і кілька десятків моделей). Найбільш відомими в Росії є газові хроматографи серії «КОЛІР» Дзержинського заводу (Московська область). Найбільш поширена модель з цієї серії - лабораторний газовий хроматограф «КОЛІР-800» з полум'яно-іонізаційним детектором. Ціна базової моделі від 3700 $. Вона може комплектуватися ще п'ятьма детекторами (290 - 860 $).

ДТП - детектор по теплопровідності (для аналізу летких органічних і неорганічних сполук), неселектівен,

ДЕЗ (ЕЗД) - детектор електронного захоплення. Для високочутливого аналізу Cl-, P- і N- містять сполук, в тому числі отрутохімікатів, селективен до Cl і O містить з'єднанням,

ПФД -пламенно - фотометричний детектор, селективен до P- і S-містить з'єднанням,

ТИД - термоіонний детектор, селективний до P- і N- містить з'єднанням,

ФІД - фотоіонізаціонний детектор (для аналізу ароматичних і аліфатичних вуглеводнів, фенолів, пестицидів та ін. Органічних речовин з потенціалом іонізації нижче 12 еВ).

Залежно від детектора і визначається речовини чутливість цього хроматографа може становити 10-10- 10-4% об. Відрізняється високою точністю (± 1-7%) і відтворюваністю аналізу. Режими задаються і управляються мікропроцесором, а обробка вихідної інформації здійснюється комп'ютером або з виводом на самописець для ручної обробки.

Ще одна досить відома модель газових хроматографів - «Кристал». Найбільш сучасні і повністю автоматизовані вітчизняні лабораторні хроматографи - «Кристал-200М», «Кристал-4000».

Рідинні хроматографи

Найбільш відомі вітчизняні мікроколоночние лабораторні рідинні хромтаографи серії «Міліхром», керовані комп'ютером (5400 - 8400 $). Ці прилади дозволяють з чутливістю 10-9- 10-11 г (10-3- 10-5 г в пробі) визначати пестициди, феноли, важкі метали, ПАУ, альдегіди, бензойну кислоту та інші органічні речовини. Точність зазвичай становить 1 - 3%.

Вітчизняні іонні хроматографи: «КОЛІР - 3006М», «КОЛІР - 4000», «Стаєр».

Зупинимося детальніше на принципі роботи детекторів, що використовуються в хромтаографіі.

Детектори газових хроматографів

Детектори зазвичай класифікують на підставі їх селективності на універсальні, що реагують на кожен компонент в рухомій фазі, селективні для певної групи речовин, специфічні для одного або обмеженого кола компонентів з подібними хімічними характеристиками.

Полум'яно-іонізаційний детектор (ПІД). Провідність газу-носії, що є електрополярізатором, істотно зростає завдяки іонів, що утворюються при горінні органічних сполук у водневому полум'я. Відгук ПІД пропорційний числу атомів вуглецю в молекулі, змінюється при переході від одного класу органічного з'єднань до іншого незначно.

Переваги: простота в обігу, швидкий відгук, широкий лінійний динамічний діапазон, універсальність.

Недоліки: при проведенні аналізу певного з'єднання в складній матриці потрібно більш селективний детектор для зменшення числа піків компонентів, що заважають. ПІД дає слабкий відгук на речовини з малим вмістом вуглецю.

Електронно-захватний детектор (ЕЗД) використовують для визначення галогенсодержаіщх сполук: хлорорганічні пестициди, дібензафурани, тригалометани і т.д. Принцип дії цього детектора заснований на зменшенні провідності, що викликається захопленням електронів специфічним аналізованих речовиною. До складу детектора входить радіоактивний джерело малої інтенсивності (фольга с63Ni), який випускає електрони високої енергії. Іонізація молекул газу - носія (азоту або суміші аргону і метану) призводить до утворення іонів і теплових електронів, які і формують електричний струм в ионизационной камері. Коли в неї потрапляють молекули галогенсодержащих органічних сполук, теплові електрони захоплюються атомами галогену і провідність зменшується, що призводить до формування сигналу детектора.

ЕЗД добре зарекомендував себе при аналізі питних і підземних вод. У разі поверхневих і стічних вод, що містять безліч органічних сполук різних класів, потрібна попередня очистка вод.

Поєднання фотоіонізаціонний детектора і детектора електролітичної провідності. Для аналізу летких ароматичних і галогенсодержащих з'єднань рекомендується послідовне з'єднання неруйнівного фотоіонізаціонний детектора (ФІД) і детектора по електролітичної провідності (ЕПД).

У фотоіонізаціонний детекторі речовини збуджуються фотонами, випромінюваними УФ-лампою, електричний струм, що формується зарядженими частинками, вимірюється за допомогою двох електродів. Селективність заздрості від використовуваної лампи.

При детектуванні галогенсодержащих компонентів допомогою ЕПД входить з колонок речовина відновлюється воднем в нікелевої реакційної трубці при 85оС з утворенням газоподібного галогенводорода, який у свою чергу розчиняється в н-пропанол. Зміна провідності розчинника перетвориться в сигнал детектора.

Атомно-емісійний детектор. Аед дозволяє розрізняти галогенорганических з'єднання. У аед виходить з колонки речовина атомізується в високоенергетичному джерелі, що утворилися збуджені атоми випромінюють світло при поверненні в основний стан. Випромінюється світло з різними довжинами хвиль диспергується в спектрометрі і вимірюється за допомогою фотодіодною матриці. Кожен хімічний елемент має свій власний типовий емісійний спектр, в якому емісійні лінії зазвичай утворюють кластери з постійним співвідношенням інтенсивностей всередині кластеру.

Комбіновані методи дають доповнює один одного інформацію, що дозволяє зробити правильну ідентифікації речовин, які не можуть бути пізнані за допомогою якого-небудь одного методу. [11-12]

Глава 3. Приклади застосування хроматографії в аналізі об'єктів довкілля

Аналіз стану водного середовища за допомогою методу газової хроматографії [13-15]

Метод газової хроматографії для аналізу стану водного середовища все ширше проникає з області наукового експерименту в сфери, безпосередньо пов'язані з багатьма сторонами життя людини.

У більшості випадків термін "водне середовище" відносять до різних водним об'єктам, що перебувають поза організмом людини - до морським і річковим водам, іншим поверхневим водам суші, підземним водам, промислових і побутових стоків, атмосферних опадів, нарешті, до харчових водам (схема 1) . Всі ці групи об'єктів було б правильніше називати "зовнішньої водним середовищем".

Схема 1

У зв'язку з тим, що в організмі людини, як і багатьох інших живих істот, принаймні 80% припадає на частку води, правомірно говорити про "внутрішню водному середовищі" і про відповідні об'єкти аналізу. Ця категорія об'єктів включає гомогенізат і екстракти тканин різних органів і біологічні рідини, до числа яких відносяться плазма крові, лімфа, слина, сеча, жовч, шлунковий сік, спинно-мозкова рідина та інші (схема 2). Як у першому, так і в другій групі об'єктів в аналізованих пробах можуть бути присутніми вельми різноманітні речовини, детальний аналіз яких вимагає застосування різних аналітичних методів. Так, наприклад, розчинені гази в морських і підземних водах, а також і в крові людини, визначають за допомогою спектральних методів і в ряді випадків за допомогою газової хроматографії. Метали, присутні у водних об'єктах, аналізують за допомогою атомної абсорбційної спектроскопії або емісійної спектроскопії з індуктивно зв'язаною плазмою. Дуже малі слідові домішки багатьох елементів у водному середовищі визначають за допомогою Радіоактіваціонний аналізу, а склад присутніх у водному середовищі аніонних складових аналізують методом іонної хроматографії.

Схема 2

Високомолекулярні полімерні речовини, присутні у водному пробі (гумінові та фульвіновие кислоти в зовнішніх природних водах, білкові компоненти і нуклеїнові кислоти в плазмі крові), визначають методами рідинної хроматографії - ексклюзіонной, тонкошарової та високоефективної рідинної хроматографії (схема 3).

Схема 3

Однак дуже велике число низькомолекулярних летких органічних сполук, здатних переходити в пароподібний стан без розкладання, аналізують і визначають кількісно за допомогою методу газової хроматографії (схема 4). При цьому власне газохроматографічному визначенню може передувати операція витягання аналізованих компонентів з водної проби, їх концентрування і в ряді випадків переведення у їх похідні, що володіють більш високу летючість чи меншою полярністю, ніж вихідні сполуки, і тому більш придатні для аналізу за допомогою газової хроматографії (наприклад , органічні кислоти зазвичай переводять у їх метилові ефіри, амінокислоти - в алкілові ефіри N-тріфторацетільних похідних і т.п.). Таким чином виявляється можливим використовувати метод газової хроматографії для визначення тих органічних речовин, які в принципі не переходять в пар без розкладання внаслідок своєї високої полярності або малої термічної стійкості (наприклад, вуглеводи).

Схема 4

Метод газової хроматографії вже протягом досить тривалого часу є загальновизнаним способом аналізу летких органічних компонентів і слідових домішок водного середовища. Опубліковані численні монографії та оригінальні статті, що описують особливості застосування методу газової хроматографії до аналізу тих чи інших водних об'єктів.

Як і будь-який інший аналітичний метод, газова хроматографія може дати коректну об'єктивну інформацію про склад водних об'єктів за умови досить правильного виконання попередніх операцій з відбору представницьких проб аналізованих вод, вилучення та концентрування підлягають визначенню компонентів і їх груп і введення їх в хроматографическую систему.

Об'єктами газохроматографического визначення у водних середовищах можуть бути розчинені гази і органічні сполуки з молекулярною масою від 16-30 (метан, етан) до 400-500 і більше. Склад домішок може досить швидко змінюватися внаслідок цілого ряду причин. Тому час від моменту відбору проб до виконання аналізу або попередніх йому операцій, які забезпечують консервацію їх складу, має бути по можливості малим.

Причини зміни складу домішок водного середовища, що визначаються за допомогою газової хроматографії, можуть включати наступні процеси:

а) втрати розчинених газів і найбільш легколетких органічних компонентів внаслідок змін температури і тиску (наприклад, при нагріванні водної проби від вихідної температури вододжерела до температури лабораторного приміщення);

б) зникнення деяких підлягають визначенню домішкових компонентів водних проб в результаті хімічних і мікробіологічних процесів при зберіганні до проведення аналізу (окислення альдегідів і тіолів, гідроліз ацеталей і галогенопроізводних, мікробіологічне розщеплення вуглеводнів нафти та ін.);

в) забруднення проб домішками, видобуваються з полімерної тари, використовуваної при відборі проб і їх подальшої транспортуванні і зберіганні (пластифікатори, низькомолекулярні компоненти полімерів і т.п.);

г) забруднення проб домішками, що містяться в застосовуваних для екстракції розчинниках;

д) зміна проб в испарителях і колонках застосовуваних хроматографических систем.

Правильно організований газохроматографічний аналіз повинен в якомога повнішої мірі виключити всі перераховані вище причини зміни складу аналізованих проб. Цій меті служать численні методики аналізу, опубліковані в оригінальних роботах, а в ряді випадків і включені в нормативні документи.

Для вилучення визначених компонентів з водних матриць застосовують методи екстракції малими обсягами органічних розчинників з подальшим концентруванням шляхом відгону екстрагента (рис. 1); твердофазной екстракції з сорбцией визначених компонентів на адсорбентах з прищепленої органічної нерухомою фазою (вуглеводневими радикалами від С2H5до С20Н41, або функціонально заміщеними фрагментами з нітрильну, амінними або діольнимі групами). Розроблено методи мікроекстракція на одиничному скляному або кварцовому волокні, покритому плівкою полісилоксанової нерухомої фази.

Рис. 1. Типові хроматограми нафтових забруднень, екстрагованих з води Таганрозької затоки: а) - серпень 1991 р .; б) - жовтень 1991

У пробу аналізованої води об'ємом близько 100 мл (в конічній колбі) поміщають магнітну мішалку у формі скляної трубки довжиною 30 мм і діаметром 2-3 мм з запаяними кінцями. Всередину трубки поміщають сталевий стрижень довжиною 25 мм і діаметром 1-1,5 мм, а зовні на трубку надягають відрізок трубки із силіконової гуми довжиною 25-30 мм з внутрішнім діаметром 1 мм і товщиною стінок 0,5 мм. Згідно з опублікованими даними перемішування водної проби такий мішалкою зі швидкістю кілька сотень оборотів в хвилину протягом 10-15 хв при 20 ° С призводить до того, що понад 90% всіх ліпофільних домішок абсорбується в силіконовій оболонці мішалки. Після цього мішалку можна помістити в нагрітий випарник хроматографа для негайного проведення аналізу або зберегти її тривалий час в закритій пробірці для транспортування в стаціонарну лабораторію.

Подібна техніка витягання і концентрування малих домішок, названа авторами Stir Bar Sorptive Extraction, безсумнівно, має серйозні перспективи широкого застосування. Можливо, що використання таких магнітних мішалок з полімерними покриттями різних типів дозволить вибірково витягувати з водних проб різні групи сполук, що відрізняються за своєю полярності та іншим фізико-хімічними характеристиками.

Для визначення складу легколетких компонентів водних проб виявляється плідним метод газохроматографического аналізу рівноважного пара і газової екстракції з улавливанием видобутих речовин в сорбційних концентраторах і подальшим криогенним введенням в капілярну колонку. Таким способом, наприклад, докладно вивчено склад хлорвмісних микропримесей, що утворюються при хлоруванні питної води (рис. 2). При витяганні микропримесей полярних речовин, добре розчинних у воді, застосовують метод екстракції полярними водорозчинними екстрагентами (спиртом, ацетоном) з попереднім насиченням водних проб неорганічними солями (висолювання хлоридом натрію або сульфатом амонію).

Рис. 2. Хроматограмма летких органічних сполук, що містяться в пробі хлорованої питної води. Капілярна колонка довжиною 50 м і діаметром 0,25 мм з силіконовою змазкою "Едвардс" у якості нерухомої фази. Піки, позначені цифрами, ідентифіковані. Пік 9 - хлороформ

Власне газохроматографічний аналіз в більшості випадків в даний час здійснюють із застосуванням високоефективних капілярних колонок в умовах програмування температури від 50-100 ° С до 300-350 ° С (і навіть до 400 ° С і вище). Швидкість нагріву колонок при цьому може змінюватися від 3-5 до 20-30 град / хв залежно від характеру поділюваних компонентів.

Ідентифікацію піків на хроматограмах виконують із застосуванням відомих хроматографічних залежностей індексів утримування від температур кипіння і від молекулярної маси речовин. Для тієї ж мети застосовують селективні детектори (наприклад, електронно-захватний), термоіонного хемілюмінесцентні, атомно-абсорбційні, мас-селективні та ін.

Найбільш повну інформацію про молекулярному будові визначених речовин дозволяють отримати методи хромато-мас-спектрометрії та газової хроматографії з ІЧ-Фур'є спектроскопическим детектором. Особливо плідним виявилося використання цих двох методів при визначенні пестицидів, поліхлорованих біфенілів, діоксинів і їм подібних речовин, продуктів розпаду токсичних ракетних палив і бойових отруйних речовин в об'єктах довкілля (рис. 3).

Рис. 3. Хроматограмма води річки Оук Крік (США), що містить пестициди: 1 - Дикамба (4,7 мкг / л); 2 - 2,4-D (7,0 мкг / л); 3 - Сілвекс (4,5 мкг / л); 4 - 2,4,5-Т (5,2 мкг / л); 5 - Піклорам (3,3 мкг / л); 6 - внутрішній стандарт

У ряді випадків застосування селективних детектирующих систем дозволяє не тільки підвищити чутливість визначення цільових компонентів, але і виявити джерела забруднення водного середовища. Так, наприклад, застосування хемілюмінесцентного озонового детектора з високою специфічною чутливістю до речовин, що містить сірку, дозволяє зафіксувати профіль сірковмісних сполук нафти і нафтових палив. Ці компоненти значно більш стійкі у водному середовищі, ніж вуглеводневі складові нафтопродуктів, тому збіг таких профілів дозволяє з великим ступенем вірогідності вказати джерело нафтового забруднення даного водного басейну (рис. 4),.

Рис. 4. Хроматограми: а) - сірковмісних компонентів нафтового забруднення морської води (район м Таганрога); б) - суднового дизельного палива.

Кварцова капілярна колонка довжиною 25 м і діаметром 0,25 мм з полідіметілсілоксаном SE-54 в якості нерухомої фази. Програмування температури від 60 до 280 ° C cо Швидкість нагріву 10 град / хв: 1 - метілбензотіофени; 2 - діметілбензотіофени; 3 - дібензотіофен; 4 - метілдібензотіофени; 5 - діметілдібензотіофени

Великі можливості газохроматографического аналізу в даний час виразно дозволяють здійснити досить повний аналіз водних проб практично будь-якого походження, у тому числі питних, річкових, озерних і морських вод, стічних вод комунальних систем і промислових підприємств.

У ряді випадків такі аналізи можуть бути проведені в польових умовах безпосередньо в місцях відбору проб. Тим не менш, поки не існує методів, що дозволяють провести повний аналіз водних проб в єдиній системі без проведення попередніх лабораторних операцій, часто трудомістких і тривалих.

Перспективними для створення таких методів слід вважати хроматографічні системи з використанням в якості рухомих фаз пароподібні і надкритичних середовищ (в тому числі парів води).

Широко використовується газова хроматографія також і для аналізу об'єктів внутрішньої водного середовища. При цьому застосовується весь арсенал технічних прийомів, розроблених за 50 років розвитку газової хроматографії: високоефективні капілярні колонки, високочутливі селективні детектори, комбіновані аналітичні системи, що поєднують газову хроматографію з мас-спектрометрією і з ІЧ-спектроскопією з Фур'є-перетворенням.

У цій області склалися два основних напрямки аналітичних досліджень. З одного боку, це вивчення складу природних середовищ організму (плазми крові, сечі, слини, спинно-мозкової рідини та ін.) З метою виявлення змін цього складу залежно від фізіологічних особливостей організму, наявності патологічних змін і тому подібних факторів.

В даний час цей напрям газохроматографического аналізу внутрішньої водного середовища організму відображено в ряді посібників і монографій. Показано, що в багатьох випадках газохроматографічний аналіз дозволяє виявити на ранній стадії цілий ряд захворювань і таким чином прискорити їх лікування (рис. 5). При таких дослідженнях широко використовують екстракцію цільових компонентів розчинниками, твердофазних екстракцію і метод аналізу рівноважного пара (рис. 6).

Рис. 5. Метаболічний профіль стероїдів з сечі пацієнта з пухлиною яєчника, секретирующие тестостерон. Ідентифіковані всі компоненти. Збільшений вміст компонентів 1, 2, 4 і 7 вказує на наявність пухлини (1 - андростерон; 2 - етіохоланон; 4 - 11b-оксіандростерон; 7 - прегнантріола)

Рис 6. Хроматограмма летких органічних сполук сечі, отримана на капілярної колонці з полісилоксанової нерухомою фазою БС-2 в умовах програмування температури: 1 - ацетон; 3 - етанол; 6 - 2-пентанон; 7 - н-пропанол; 10 - діметілдісульфід; 13 - 4-гептанон; 14 - н-бутанол; 15 - 2-гептанон; 29 - пірол; 45 - карвон

Другим важливим напрямком в аналізі об'єктів внутрішнього водного середовища є виявлення чужорідних для організму сполук (фармацевтичних препаратів, різного роду отрут, алкоголю, інших наркотичних речовин тощо). Так, застосування високочутливого термоаерозольного детектора, вибірково реєструючого азотовмісні сполуки, дозволило реєструвати протисудомні лікарські засоби в крові дітей, хворих на епілепсію, навіть через 3-5 днів після їх застосування (рис. 7). Аналогічно, за допомогою селективного термоіонного детектора з високою чутливістю реєстрували в плазмі крові наявність анестезуючого препарату кетаміну, що знаходить, на жаль, досить широке застосування в якості галлюциногенного наркотику (рис. 8).

Рис. 7. Хроматограмма 0,1% розчину протиепілептичних лікарських засобів. Кварцова капілярна колонка довжиною 10 м і діаметром 0,25 мм з полісілоксанов OV-17 в якості нерухомої фази: 1 - етанол; 2 - фенобарбітал; 3 - гексамидин; 4- дифенин

Рис. 8. Хроматограмма суміші компонентів плазми крові, що містить кетамін: а) - полум'яно-іонізаційний детектор; б) - термоіонний детектор; 1 - кетамін; 2 - внутрішній стандарт

Подібним же способом при газохроматографічному аналізі проб плазми крові, сечі або слини можуть бути визначені кілька сотень інших наркотиків, речовин, що використовуються в якості допінгу у спортивних змаганнях, і анаболічних стероїдів, заборонених до вживання міжнародними спортивними організаціями.

Всі перераховані вище досягнення газохроматографического методу в області аналізу об'єктів водного середовища все ширше проникають з області наукового експерименту в сфери, безпосередньо пов'язані з багатьма сторонами життя сучасного суспільства. До таких областей можна віднести вивчення стану довкілля, контроль якості питної води, сільськогосподарської продукції та харчових продуктів, клінічну медицину, криміналістику і ряд інших.

Визначення поліароматичних вуглеводнів в об'єктах довкілля методами рідинної і тонкошарової хроматографії [14]

Було визначено зміст поліароматичних вуглеводнів (ПАВ), зокрема, бенз (а) пірену в сніговому покриві. Пробопідготовку здійснювали екстракцією діетиловим ефіром. Якісний аналіз здійснювали методом тонкошарової хроматографії. Проби наносили на пластину Silufol UV-254 і здійснювали хроматографический аналіз у двох системах: система 1 - розчин кофеїну в хлороформі; система 2 - суміш циклогексана і н-гексану. Використання системи 1 дозволило знизити нижню межу виявлення.

Кількісний аналіз здійснювали методом газорідинної хроматографії (ГРХ). Дослідження проводили на хроматографе «Колір-500» з полум'яно-іонізаційним детектором. В якості сорбенту використовували силіконовий каучук SE-54 з нанесеною на нього нерухомою фазою OV-101. Аналіз проводили в режимі програмування температури від 200 до 310? С зі швидкістю 4? С / хв. В якості газу-носія використовували азот. Метод дозволив визначити ПАУ на рівні ГДК.

Глава 4. Сучасне апаратурне оформлення

Портативні хроматографи Agilent Micro-GC

Портативні газові хроматографи (ГХ), займаючи істотно менше місця в порівнянні з лабораторними газовими хроматографами, забезпечують при цьому порівнянне якість аналізів. Невеликі, розміром з коробку з-під черевиків, Мікро газовий хроматограф дозволяють аналізувати компоненти в концентраціях порядку одна частина на мільйон (ррт) за кілька секунд - в десятки разів швидше, ніж звичайні лабораторні газові хроматографи. Мікро газові хроматографи призначені для аналізу газових сумішей або речовин з низькою температурою кипіння (до 90 С) безпосередньо в цехах, "у реактора". У корпус газового хроматографа з найбільшим розміром 46 см поміщаються до 4 хроматографических модулів. Мікро газовий хроматограф характеризується високою продуктивністю його легко переносити, він швидко приводиться в робочий стан. Це ідеальний хроматограф, для отримання швидких результатів, наприклад, при контролюванні процесів в досвідчених установках, або, коли необхідно переконатися в однорідності безлічі зразків газових сумішей. Використання модему дозволяє передавати інформацію, отриману від мікро газового хроматографа по телефонних лініях на великі відстані.

Революційний підвищення продуктивності газового хроматографа

Мініатюризація інжекторів і детектора по теплопровідності обумовила використання в мікро газовому хроматографе коротких і дуже тонких капілярних колонок, що більш підвищило ефективність процесу поділу. Це дає можливість проаналізувати, наприклад, природний газ (СГС10) за час не більше 150 сек, суміші неорганічних газів з серосодержащими газами - менш ніж за 30 сек, суміші легколетких з'єднань -за 50 сек, а складну суміш нефтезаводских газів -за 160 сек. Наявність мініатюрної схеми поділу зі зворотним продуванням дозволяє мікро газової хроматографії аналізувати суміші, що містять важкі компоненти, і бути готовим до початку наступного такого аналізу вже через 2-3 хвилини. Скорочення часу аналізу в десятки разів призводить до революційного стрибка в підвищенні продуктивності праці, допомагає швидше приймати правильні рішення на виробництві.

Мікро-технологія на монокристалах кремнію

Завдяки розвитку мікротехнології у виробництві газового хроматографа основні його вузли виготовляються на основі монокристалічного кремнію: інжектор з вентилями, система зворотного продування і універсальний детектор по теплопровідності. Ці основні вузли, а також колонка порівняння і робоча колонка і термостат зібрані в один механічний міцний високопродуктивний модуль.

Кожен газовий хроматограф може бути складений з декількох (до чотирьох) незалежно керованих модулів, що поєднують високу швидкість аналізу з точністю результатів, необхідних у промисловості. Відсутність рухомих частин в інжекторі робить всю систему виключно надійною і довговічною.

Десять компонентів - менш ніж за 120 сек!

Література

1. Жуховицкий А.А., Туркельтауб Н.М. Газова хроматографія. М .: Гостоптехіздат, 1962, 240 с.

2. Сакодинскій К.І., Кисельов А.В., Йогансен А.В. та ін. Фізико-хімічне застосування газової хроматографії. М .: Хімія, 1973. - 254 с.

3. Рідинна колонкової хроматографії. В 3 т. / Под ред. З.Дейла, К.Мацека, Я.Янака. М .: Світ, 1972. - 439с.

4. Березкін В.Г., Алішоев В.Р., Немирівська І.Б. Газова хроматографія в хімії полімерів. М .: Наука, 1972. - 287 с.

5. Морозов А.О. Хроматографія в неорганічному аналізі. М .: Вища. шк., 1972. - 233 с.

6. Березкін В.Г., Бочков А.С. Кількісна тонкослойная хроматографія. М .: Наука, 1980. - 183 с.

7. Лабораторне керівництво по хроматографическим та суміжних методам. У 2 т. / Под ред. О.Мікеш. М .: Світ, 1982, т. 1-2, 783 с.

8. Кірхнер Ю. Тонкошарова хроматографія. У 2 т. М .: Мир, 1981, т. 1, 615 с .; т. 2. - 523 с.

9. Екстракційна хроматографія. / Под ред. Т.Браун, Г.Герсіні. - М .: Світ, 1978. - 627 с.

10. Скуг Д., Уест Д. Основи аналітичної хімії / Пер. з англ. У 2 т. М .: Світ, 1979. - 324с.

11. Гольдберг К.А., Вігдергауз М.С. Введення в газову хроматографію. М .: Хімія, 1990. - 278с.

12. Хмельницький Р.А., Бродський Е.С. Хромато-мас-спектрометрія. М .: Хімія, 1983. - 280с.

13. Горелік Д.О., Конопелько Л.О., Панков Е.Д. Екологічний моніторинг. У 2 т. СПб .: Крисмас, 2002. - 457с.

14. Назаркина С.Г. Визначення поліароматичних вуглеводнів в об'єктах довкілля методами рідинної і тонкошарової хроматографії.

15. Хроматографічний аналіз навколишнього середовища. / Под ред. Р.Гроба. М .: Світ, 1979. - 606 с.
Екологічні проблеми космодрому "Плесецк"
Зміст 1. Коротка характеристика Плесецкого району 2. Екологічні проблеми космодрому «Плесецк» 3. Виведення розвитку Список літератури 1. Коротка характеристика Плесецкого району Плесецкий район освічений 09.07.1929 м. з центром в селищі при станції Плесецкая Північної залізниці. У Архангельської

Екологічні проблеми міст України
ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ МІСТ УКРАЇНИ Україна відноситься до числа індустріально-аграрних країн. Частка важкої промисловості становила донедавна 60% валових внутрішніх продукти країни, що істотно вище, ніж в західноєвропейських країнах, де цей показник складає порядку 35%. Саме підприємства важкої

Екологічні проблеми Богучанської ГЕС
Зміст Введення 1. Трохи історії 1.1 Освоєння гідропотенціалу Ангари 1.2 Будівництво Богучанської ГЕС 2. Екологічні проблеми будівництва Богучанської ГЕС Висновок Список використаної літератури Введення Богучанська ГЕС будується вже понад 20 років. Рік початку будівництва - 1980, підготовчі

Екологічні права і обов'язки громадян Росії
ЕКОЛОГІЧНІ ПРАВА І ОБОВ'ЯЗКИ ГРОМАДЯН РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ План: Введення...3 1.Поняття і загальна характеристика екологічних прав громадян...4-8 2.Адміністративний і судовий порядок захисту екологічних прав громадян...9 3.Роль Конституційного Суду РФ в забезпеченні екологічних прав громадян...

Екологічні основи природокористування
Міністерство освіти РФ Ніжнетагильський металургійний коледж імені Е.А. і М.Е. Черепанових Контрольна робота Предмет: Екологічні основи природокористування Шифр 2022 Виконав: Кабанова Ю.А. Група №74-1 Викладач: Нижній Тагил 2008 р. Зміст 1. Як вплинула на грунти господарська діяльність людини?

Екологічні та етнографічні дослідження озера Далекого
Міністерство освіти Російської Федерації Еколого-краєзнавчий Центр Камчатської області м Вілючинська Номінація конкурсу Проблеми природних екосистем, природних комплексів особливо охоронюваних природних територій (ООПТ) та їх компонентів Екологічний проект: Екологічні та етнографічні дослідження

Екологічна етика: историко-культурні джерела і формування
МІНІСТЕРСТВО СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ФГОУ ВПО ДАЛЕКОСХІДНИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра біології і охотоведения РЕФЕРАТ По дисципліні: «Биоэтика і охорона природи» тема: «Екологічна етика: историко-культурні джерела і формування» Виконав: студент 3 курсу гр.

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати