СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЦЕТОНА И МЕТАНОЛА В ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Российский патент 2015 года по МПК G01N30/02 G01N33/18 

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для одновременного определения содержания ацетона и метанола в природных, поверхностных, подземных, сточных и технологических водах. Способ одновременного определения в природных и сточных водах ацетона и метанола методом ГХ включает разделение указанных компонентов на капиллярной хроматографической колонке в потоке газа-носителя, представляющем собой азот; образование и регистрацию пламенно-ионизационным (ПИД), (FID) детектором исследуемых ионов, образующихся в пламени, и обработку результатов измерений методом абсолютной градуировки.

Известен способ газохроматографического определения ацетона и метанола, МУК 4.1.650-96. Методические указания по газохроматографическому определению ацетона, метанола, бензола, толуола, этилбензола, пентана, ксилолов, гексана, октана и декана в воде (Медиа Сервис информационное агентство. URL: http://docinfo.ru/eachdoc-4332.html (дата обращения 09.11.2013)).

Однако реализация такого способа не обеспечивает получение точных результатов определения ацетон и метанола. Способ продолжителен во времени, не удобен в реализации разделов: «приготовление аттестованных и градуировочных растворов» и «пробоподготовка».

Ближайшим аналогом является ПНД Ф 14.1:2:4.201-03. Методика выполнения измерений массовой концентрации ацетона и метанола в пробах питьевых, природных и сточных вод газохроматографическим методом (Самарский Центр Сертификации, Сертификация продукции в Самаре, оформление сертификатов соответствия. URL: http://www.самарский-центр-сертификации.рф/normy-pravila-standarty/drugie-dokumenty/7530-pnd-f-14-1-2-4-201-03-kolichestvennyj-himicheskij.html (дата обращения 09.11.2013)).

Однако известная методика не позволяет обеспечивать точные результаты в газохроматографическом исследовании ацетона и метанола. Во-первых, методика имеет диапазон определения компонентов:

- метанол 0,5-6,0 мг/дм³, ацетон 0,3-6,0 мг/дм³, тогда как норматив качества воды и водных объектов рыбохозяйственного назначения от 18.01.10 №20 предъявляет следующие требования к чистоте природных вод:

- по метанолу ПДК - 0,1 мг/дм³;

- по ацетону ПДК - 0,05 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности - токсикологический).

Во-вторых, использование водных растворов ГСО не позволяет сохранять их, как это указано в методике, 2 месяца.

В-третьих, водные растворы градуировочных концентраций и пробы исследуемой воды предлагается вводить прямо в колонку - 0,002 см³, что значительно сокращает срок эксплуатации капиллярной колонки при ее высокой стоимости.

В-четвертых, предлагается использовать в качестве газа-носителя - гелий, что делает анализ значительно дороже.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение логичности и точности анализа, сокращение времени выполнения способа, удобство выполнения и удешевление газохроматографического анализа.

Указанная техническая задача решается тем, что способ совместного определения ацетона и метанола в природных и сточных водах с использованием газовой хроматографии включает разделение с последующей идентификацией ацетона и метанола на капиллярной хроматографической колонке в потоке газа-носителя, представляющего собой азот; образование и регистрацию пламенно-ионизационным детектором исследуемых ионов, образующихся в пламени, при этом готовят основной раствор, хорошо сохраняющийся 2 месяца, при температуре от -2°C до -5°C, готовят градуировочные растворы, для диапазона концентраций: ацетон 0,025-6,32 мг/дм³, метанол 0,025-6,32 мг/дм³, делают пробоподготовку с использованием новых условий и занимающую меньше времени, градуируют хроматограф, прокалывая паровую фазу, приготовленных концентраций, строят градуировочный график, выполняют пробоподготовку, для исследуемых проб воды с использованием новых условий, паровую фазу прокалывают в испаритель хроматографа, данные обрабатывают, компьютерной программой ChemStation, которой комплектуется хроматографический комплекс МАЭСТРО 7820А, и получают качественную идентификацию и количественное содержание определяемых веществ.

Приготовление градуировочных (калибровочных) образцов: В качестве основного раствора ацетона (метанола) используют ГСО (с содержанием основного вещества 100%, если содержание основного вещества меньше, это учитывают), в виде раствора этиленгликоля с концентрацией -0,632 мг/см³, что показано в [табл. 1].

Этиленгликоль - вязкое вещество, хорошо удерживает летучие компоненты, что позволяет хранить основной раствор 2 месяца, при температуре от -2°C до -5°C.

Массовые концентрации основного раствора и градуировочных образцов (при разведении) рассчитывают по формуле (1)

где С₀ - концентрация исходного раствора, V₀ - объем исходного раствора, С_х - концентрация приготовленного раствора, V_x - объем приготовленного раствора.

С_х=(0,79 гр/см³·0,008 см³)/10 см³=0,000632 гр/см³(0,632 мг/см³). Срок хранения основного раствора 2 месяца, при температуре от -2°C до -5°C.

Промежуточный раствор: готовят разведением из основного раствора с использованием природной, нехлорированной воды (очищенной)

С_х=(0,632 мг/см∗1 см³)/100 см³=6,32 мг/дм, смотрите [табл. 2].

Раствор не хранится.

Градуировочные образцы готовят с использованием (очищенной) воды.

Пример: градуировочный образец N 1- в мерную колбу вместимостью 25 см³ наливаем воды до метки и отбираем объем 0,1 см³. Затем в колбу вносим 0,1 см³ промежуточного раствора и быстро перемешиваем. Для летучих компонентов важно делать разведение именно так, чтобы было меньше потерь определяемых веществ.

Приготовление градуировочных образцов [табл. 3].

На капиллярной колонке для анализа во всем диапазоне используют одну градуировочную шкалу, полученную с помощью растворов NN 1-8. Можно разбить градуировочный график на максимум и минимум (по четыре точки каждый). Растворы не хранятся.

Пробоподготовка не требует разбавления пробы исследуемой воды вплоть до содержания искомых компонентов 6,32 мг/дм³, более концентрированные пробы разводятся деионизированной водой. Перед проведением исследований проводится «холостой опыт», чтобы учесть особенности среды данной лаборатории. Это актуально для самых низких значений диапазона и низких концентраций исследуемых проб воды.

Выполнение измерений: 10 см³ исследуемого раствора помещают во флакон, запечатывают кримпером (обжимное устройство для алюминиевых колпачков) и ставят в биндер (термостат) на 30 мин при Т 80°C, после термостатирования, парофазным шприцем отбирают 1,5 см³ паровой фазы расстоянии 0,7 см от поверхности раствора и вводят в испаритель газового хроматографа (время удерживания: ацетона - 7.662; метанола - 8.200).

Метод выполняется на ГХ МАЭСТРО 7820А, фирмы Agilent, капиллярная колонка Nukol детектор FID (Поток по колонке 1,0 см³/мин. Деление потока 4:1-2:1; температура колонки в методе 70°C). Время анализа 12 мин. Газ-носитель азот. Пики исследуемых веществ на хроматограмме, выходят ровные и отдельно от других компонентов. Данный способ поясняется с помощью типовой хроматограммы [Фиг.1, 2].

1. Приготовление основного раствора

Таблица 1 Наименование компонента V (мкл) ГСО Этиленгликоль (мл) P (гр/мл) Концентрация основного раствора (мг/см³) ацетон 8,0 10,0 0,79 0,632 метанол 8,0 10,0 0,79 0,632

2. Приготовление промежуточного раствора

Таблица 2 Наименование Концентрация основного Раствора (мг/см³) V₁ (см³) основного раствора V₂ (см³) воды Концентрация промежуточного раствора (мг/дм³) ацетон 0,632 1,0 100,0 6,32 метанол 0,632 6,32

3. Приготовление градуировочных образцов

Таблица 3 Наименование и № образца Концентрация промежуточного раствора (мг/дм³) V₁ (см³) промежуточного раствора V₂ (см³) воды Концентрация градуировочного образца (мг/дм³) 1 град. образец 6,32 0,1 25,0 0,02528 2 град. образец 6,32 0,2 25,0 0,05056 3 град. образец 6,32 0,4 25,0 0,10112 4 град. образец 6,32 2,0 25,0 0,5056 5 град. образец 6,32 4,0 25,0 1,0112 6 град. образец 6,32 8,0 25,0 2,0224 7 град. образец 6,32 16,0 25,0 4,0448 8 град. образец 6,32     6,32

Содержание ацетона и метанола рассчитывают по градуировочным графикам с помощью компьютерной программы ChemStation, которой комплектуется хроматографический комплекс МАЭСТРО 7820А, Agilent. Отработка способа определения ацетона и метанола в природной воде, отражена в практической части (отдельный файл). Результаты математической обработки данных по итогам практической работы представлены в [табл. 4, 5, 6].

Данные по итогам проведенных практических исследований.

Диапазон определения: метанол 0,025-6,32 мг/дм³, ацетон 0,025-6,32 мг/дм³.

Определяемая концентрация - 0,07 мг/дм³ (ацетон, метанол).

Диапазон определения: метанол 0,025-6,32 мг/дм³, ацетон 0,025-6,32 мг/дм³.

Определяемая концентрация - 3,0 мг/дм³ (ацетон, метанол).

Таблица 5 Название компонента Проба № Содержание вещества, мг/дм Ацетон 11 2,84 Метанол 11 3,29 Ацетон 12 3,02 Метанол 12 3,11 Ацетон 13 3,02 Метанол 13 3,39 Ацетон 14 3,13 Метанол 14 3,48 Ацетон 15 2,99 Метанол 15 3,34 Ацетон 16 2,93 Метанол 16 3,27 Ацетон 17 3,08 Метанол 17 3,28 Ацетон 18 2,95 Метанол 18 3,19 Ацетон 19 3,09 Метанол 19 3,33 Ацетон 20 2,97 Метанол 20 3,29 Среднее арифметическое   ацетон 3,002   метанол 3,297 Относительное среднее квадратическое отклонение, %   ацетон 2,8560   метанол 3,0767

Диапазон определения: метанол 0,025-6,0 мг/дм³, ацетон 0,025-6,0 мг/дм³.

Определяемая концентрация - 5,7 мг/дм³ (ацетон, метанол).

Таблица 6 Название компонента Проба № Содержание вещества, мг/дм³ Ацетон 21 5,84 Метанол 21 5,91 Ацетон 22 5,21 Метанол 22 5,62 Ацетон 23 5,40 Метанол 23 6,00 Ацетон 24 5,56 Метанол 24 5,89 Ацетон 25 5,76 Метанол 25 5,70 Ацетон 26 5,73 Метанол 26 5,55 Ацетон 27 5,81 Метанол 27 5,81 Ацетон 28 5,84 Метанол 28 5,73 Ацетон 29 5,81 Метанол 29 5,68 Ацетон 30 5,77 Метанол 30 5,49 Среднее арифметическое   ацетон 5,6730 метанол 5,7380 Среднее квадратическое отклонение, %   ацетон 3,7861 метанол 2,8587

Таким образом, в соответствии с требованиями к СКО н/б 5% соблюдается доверительный интервал при вероятности Р=0,95.

Использование способа совместного определения ацетона и метанола в природных и сточных водах с использованием газовой хроматографии позволит обеспечить соответствие современным требованиям (ПДК), быстроту, точность, экономичность определения содержания загрязняющих веществ ацетона и метанола с помощью газовой хроматографии в природных и сточных водах.

Предложенное изобретение может найти применение для одновременного определения содержания ацетона и метанола в природных, поверхностных, подземных, сточных и технологических водах.

Изобретение относится к области аналитической химии применительно к анализу природных, поверхностных, подземных, сточных и технологических вод. Способ включает разделение с последующей идентификацией ацетона и метанола на капиллярной хроматографической колонке в потоке газа-носителя, представляющем собой азот; образование и регистрацию пламенно-ионизационным детектором исследуемых ионов, образующихся в пламени, при этом готовят основной раствор, хорошо сохраняющийся 2 месяца, при температуре от -2°C до -5°C, готовят промежуточный раствор с концентрацией 6,32 мг/дм³ разведением основного раствора очищенной водой, готовят градуировочные растворы для диапазона концентраций: ацетон 0,025-6,32 мг/дм³, метанол 0,025-6,32 мг/дм³ разведением водой промежуточного раствора, градуируют хроматограф, вводя в него предварительно отобранную паровую фазу градуировочных растворов, строят градуировочный график, после термостатирования исследуемого раствора отбирают паровую фазу парофазным шприцем и вводят в испаритель хроматографа, данные обрабатывают компьютерной программой ChemStation, которой комплектуется хроматографический комплекс МАЭСТРО 7820А. Достигается повышение точности и надежности, а также ускорение анализа. 2 ил., 6 табл., 1 пр.

Способ совместного определения ацетона и метанола в природных и сточных водах с использованием газовой хроматографии, включающий разделение с последующей идентификацией ацетона и метанола на капиллярной хроматографической колонке в потоке газа-носителя, представляющего собой азот; образование и регистрацию пламенно-ионизационным детектором исследуемых ионов, образующихся в пламени, отличающийся тем, что готовят основной раствор, хорошо сохраняющийся 2 месяца, при температуре от -2°C до -5°C, готовят промежуточный раствор с концентрацией 6,32 мг/дм³ разведением основного раствора очищенной водой, готовят градуировочные растворы для диапазона концентраций: ацетон 0,025-6,32 мг/дм³, метанол 0,025-6,32 мг/дм³ разведением водой промежуточного раствора, градуируют хроматограф, вводя в него предварительно отобранную паровую фазу градуировочных растворов, строят градуировочный график, после термостатирования исследуемого раствора отбирают паровую фазу парофазным шприцем и вводят в испаритель хроматографа, данные обрабатывают компьютерной программой ChemStation, которой комплектуется хроматографический комплекс МАЭСТРО 7820А.