СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЕНЗ(А)ПИРЕНА ИЗ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ АНАЛИЗА Российский патент 1994 года по МПК G01N31/00 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам контроля объектов окружающей среды на содержание бенз(а)пирена.

Бенз(а)пирен является одним из наиболее распространенных и сильных канцерогенных веществ. Он имеет максимальную относительную устойчивость и является индикатором загрязнения окружающей среды канцерогенными полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ).

Основными источниками попадания канцерогенных ПАУ являются технологические процессы промышленных предприятий, связанные с высокотемпературной переработкой органического сырья, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, дымовые выбросы отопительных систем.

Анализ продуктов сложного состава на содержание ПАУ, в том числе бенз(а)пирена, состоит, как правило, из экстракции (извлечения), хроматографического фракционирования, качественного анализа экстракта или полученных при хроматографии фракций на присутствие ПАУ и количественного спектрально-флуоресцентного определения. Первый и второй подготовительные этапы анализа наиболее трудоемки и длительны во времени.

Известен способ определения индивидуальных полициклических ароматических углеводородов в техническом углероде, включающий извлечение полиаренов (бенз(а)пирена, пирена, коронена и 1,1,2-бензоперилена) [1] . Экстракцию проводят в течение 10-25 ч кипящим бензолом в аппарате Сокслета, непосредственно после отбора пробы, то есть предварительную солюбилизацию пробы при длительной обработке ее бензолом при комнатной температуре не производят. Для извлечения бенз(а)пирена, пирена из 10 г пробы 350 мл кипящего бензола необходимо 10 ч. Через каждые 3-4 ч нагрев прекращают, отделяют экстракт, а в аппарат Сокслета заливают новую порцию чистого бензола. Все полученные бензольные экстракты (3 раза по 300-350 мл) объединяют, упаривают до 200 мл, охлаждают, отбирают аликвоту и после определенной подготовки пробы снимают спектры Кл.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ извлечения канцерогенных ПАУ, в частности бенз(а)пирена из объектов окружающей среды, заключающийся в том, что навески анализируемых образцов помещают в аппарат Сокслета, заливают 150-300 мл бензола, выдерживают в течение 12-18 ч без нагревания и в течение 8 ч проводят горячую (в парах бензола) экстракцию.

Полученные бензольные экстракты переносят в колбу, упаривают бензол и подвергают хроматографическому фракционированию [2] .

Недостатками описанных способов являются, во-первых, длительное время экстракции (более 10-20 ч). Во-вторых, использование в больших количествах (150-350 мл) бензола может привести при недостаточной его чистоте к высокому уровню контрольного опыта и соответственно к высокому пределу обнаружения бенз(а) пирена. Из-за этого возникает необходимость его дополнительной глубокой очистки и контроля на содержание бенз(а)пирена. В-третьих, бензол - токсичный растворитель и работа с ним опасна для обслуживающего персонала из-за возможности отравления.

Цель изобретения - сокращение времени извлечения бенз(а)пирена, улучшение условий труда за счет замены токсичного бензола и снижение трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе извлечения бенз(а)пирена, заключающемся в выдержке пробы в органическом растворителе при нагревании, пробу помещают в аналитический автоклав, заливают н-октаном до полного ее покрытия и выдерживают в термостате при температуре 145-155^оС в течение 2-2,5 ч.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа, во-первых, новой операцией проведения экстракции пробы н-октаном в аналитическом автоклаве, которой не было в известных способах извлечения бенз(а)пирена. Во-вторых, условия проведения этой операции: при нагревании автоклава в термостате при температуре 145-155^оС в течение 2-2,5 ч. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

В известном способе (прототипе) экстракцию проводят в бензоле в аппарате Сокслета в течение 20 ч при температуре кипения бензола. Используют 150-500 мл бензола, токсичного, взрывоопасного растворителя. По предлагаемому способу экстракцию проводят в н-октане, низколетучем, малотоксичном растворителе, используя для экстракции 5 ± 0,1 мл н-октана, причем в герметичном автоклаве, что позволяет значительно улучшить условия труда персонала, сократить время извлечения за счет того, что процесс можно проводить при высокой 145-155^оС температуре и при высоком давлении.

Сущность способа заключается в следующем. Анализируемую пробу помещают на дно аналитического автоклава, заливают н-октаном высокой чистоты до полного покрытия пробы. В любом случае проводят проверку октана на содержание полициклических ароматических углеводородов. Герметизируют автоклав, помещают в кожух из алюминиевого сплава и устанавливают в термостат. Одновременно для проведения контрольного опыта в аналогичный автоклав помещают чистый фильтр, заливают таким же количеством н-октана и помещают в термостат вместе с автоклавом, в который помещена анализируемая проба. Выдерживают автоклав в термостате при температуре 145-155^оС в течение 2-2,5 ч. Вынимают автоклавы из термостата и после остывания их открывают. Экстракты количественно переносят в химические стаканы, используя для этого горячий н-октан. Полученные экстракты пробы и контрольного опыта упаривают до объема 1 мл и подвергают люминесцентному анализу на содержание бенз(а)пирена.

Для извлечения бенз(а)пирена из пробы используют аналитический автоклав, представляющий собой герметичный фторопластовый реактор, помещенный в кожух из алюминиевого сплава. Применение автоклава позволяет повысить температуру взаимодействия анализируемой пробы с растворителем, н-октаном до 145-155^оС, вести процесс извлечения бенз(а)пирена при повышенном давлении в течение только 2-2,5 ч, что обеспечивает полноту его извлечения, а также улучшить условия труда персонала за счет замены бензола малотоксичным н-октаном, работы с которым проводят в герметичном автоклаве.

На основе н-октана готовят образцы сравнения при количественном люминесцентном определении ПАУ в экстрактах проб. Высокая относительно бензола температура кипения н-октана 125,6^оС при 80,2^оС у бензола позволяет проводить процесс извлечения бенз(а)пирена при температуре 145-155^оС без нарушения герметичности автоклава.

Масса пробы и объем растворителя для ее обработки выбраны экспериментально, учитывая линейные размеры фторопластового реактора. Масса пробы, во-первых, должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить низкий предел обнаружения бенз(а)пирена. Во-вторых, проба должна быть компактной, чтобы ее поместить во фторопластовый реактор. В-третьих, должен быть обеспечен контакт пробы с растворителем, то есть вся проба должна быть покрыта им. В случае анализа твердых проб с крупными частицами пробу предварительно диспергируют. Проба массой около 1 г оказывается достаточной для обеспечения достаточно низкого предела обнаружения.

Чтобы навеска анализируемой пробы была полностью покрыта растворителем, достаточно 5 ±0,1 мл н-октана.

Полнота извлечения бенз(а)пирена зависит от температуры и времени выдержки автоклава при данной температуре. Время выдержки должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить прогрев реактора и полноту извлечения бенз(а)пирена из пробы, и достаточно малым, чтобы обеспечить экспрессность проведения анализа. Время выдержки аналитического автоклава в термостате подобрано экспериментально и соответствует 2-2,5 ч.

Меньшее время выдержки в интервале температур 140-170^оС недостаточно для обеспечения полноты извлечения, т. к. автоклав прогревается медленно из-за низкой теплопроводности фторопласта. Время выдержки пробы в автоклаве более 2,5 ч излишне, судя по приведенным данным, и приводит к бесполезной затрате электроэнергии.

Для выбора температуры извлечения бенз(а)пирена проводили исследования методом "введено-найдено". Определенное количество бенз(а)пирена в виде раствора в н-октане наносят выпариванием на угольный порошок, имеющий развитую поверхность и хорошо сорбирующий ПАУ. Полученный порошок с известным количеством бенз(а)пирена заворачивают в фильтр и помещаю в автоклав, заливают растворителем и выдерживают в термостате при температуре 120, 130, 140, 150, 160^оС. После чего проводят определение бенз(а)пирена люминесцентным методом и рассчитывают степень извлечения его. Из графика зависимости степени извлечения бенз(а)пирена от температуры автоклава при времени выдержки его в термостате 2 ч (см. чертеж) видно, что степень извлечения бенз(а)пирена достигает 100% при температуре 145^оС и выше.

Таким образом, снижение температуры выдержки автоклава приводит к уменьшению степени извлечения бенз(а)пирена из пробы, что приводит к потерям бенз(а)пирена. Повышение температуры выдержки автоклава более 155^оС не увеличивает степени извлечения бенз(а)пирена, а приводит к непроизводительным затратам электрической энергии на поддержание температуры автоклава.

Способ реализуется следующим образом.

П р и м е р 1. Анализируемую пробу - фильтр из ткани ФПА-15 с аэрозолью воздуха рабочей зоны и чистый фильтр ФПА-15 помещают на дно одинаковых аналитических автоклавов, изготовленных из фторопласта марки Ф4 ГОСТ 10007-80Е внутренним диаметром 30 мм и высотой 70 мм, заливают 5 мл н-октана, ч, ТУ 6-09-3748-74. Растворитель, н-октан, предварительно проверяют на содержание бенз(а)пирена. Для этого 250 мл н-октана упаривают до объема 5 мл и подвергают спектрально-люминесцентному анализу. Если содержание бенз(а)пирена недостаточно низкое, н-октан подвергают очистке однократной или двукратной дистилляцией.

Далее закрывают герметично крышки автоклавов, помещают их в кожухи из алюминиевого сплава Д 16, ГОСТ 4784-74 и затем в термостат с автоматическим поддержанием температуры ± 5^оС марки ТК-15. Выдерживают автоклавы в термостате при температуре 145-155^оС в течение 2-2,5 ч. Вынимают автоклавы из термостата и после остывания их открывают. Экстракты из автоклава количественно переносят в химические стаканы, используя для этого 2-5 мл н-октана, подогретого до температуры 70-80^оС, для каждой пробы. Полученные экстракты пробы и контрольного опыта упаривают до объема 1 мл и подвергают люминесцентному анализу на содеpжание бенз(а)пирена.

П р и м е р 2. Навеску анализируемой пробы - пылеобразные отходы с рабочих мест металлургического производства - массой до 1 г заворачивают в фильтр ФПА-15, чистый фильтр ФПА-15 помещают в аналитические автоклавы, заливают 5 ±0,1 мл н-октана, герметизируют автоклавы и далее проводят все операции так же, как и в примере 1.

Таким образом, по сравнению с известными предложенный способ извлечения бенз(а)пирена обладает значительными преимуществами:
- эффективность извлечения бенз(а)пирена за счет использования аналитического автоклава, высокой температуры и повышенного давления;
- сокращение времени экстракции с 12-18 ч в прототипе до 2-2,5 ч в предложенном решении;
- исключение потерь бенз(а)пирена за счет того, что экстракцию проводят в герметично замкнутой системе;
- улучшение условий труда персонала за счет использования н-октана вместо бензола;
- снижение трудоемкости процесса за счет перечисленных выше преимуществ. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1254359, кл. G 01 N 21/64, 1986.

2. Шабад Л. М. и др. Методические указания по отбору проб из объектов внешней среды и подготовка их для последующего определения канцерогенных полициклических ароматических углеводородов. М. , 1976, с. 16.

Использование: в аналитической химии при контроле объектов окружающей среды на содержание бенза(а)пирена. Сущность изобретения: для извлечения бенз(а)пирона пробу помещают в аналитический автоклав, заливают н-октаном до полного ее покрытия и выдерживают в термостате при 145 - 155С в течение 2 - 2,5 ч. 1 ил.

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЕНЗ(А)ПИРЕНА ИЗ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ АНАЛИЗА, заключающийся в обработке пробы в органическом растворителе при нагревании, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют н-октан и обработку ведут в автоклаве при 145 - 155^oС в течение 2 - 2,5 ч.