Способ определения состава полициклических ароматических углеводородов Советский патент 1988 года по МПК G01N21/25 

Изобретение относится к аналитической химии, а .именно к способам люминесцентного определения полициклических ароматических зпглеводородов (СПАУ) в сложных смесях, таких как природные (воздух, вода, почва, рас- :тения, Jcлaнцы, уголь, нефть, горные |породы, минералы, вулканические выбросы, метеориты и т.д.) и техногенны (пеки, сажи, каменно-угольйые смолы, продукты не4)тепереработки, отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания и ТоД.) аръекты.

Целью изобретения является пение точности и чувствительности рпособа.

I На фиг,1 изображена хроматограм )иа н-гексанового экстракта почвы, на 1ФИГ.2 - хроматограмма суммарной фракции ПАУ, на фиг.З - аналитические в спектре флюоресценции й акции.З

Пример, Анализ содержания ПАУ э н-гексановом экстракте органического вещества черноземной почвы Хому

овской степени.

I н-Гексановай экстракт, взятый для

Ыализа, концентрируют до объема 5 мл ityTeM естественного з аривания при |сомнатной температуре. Затем в про- (5ирку с концентрированным экстрактом добавляют 2 мл 2%-ного водного раст- :зора аммиака и пблученную смесь интенсивно встряхивают в течение 2 мин. 1 астворители расслаиваются, н-гекса- 1|1овый раствор, как более легкий и |1аходящййся вверху , сливают в другую 1}фобирку и концентрируют свободным упариванием до объема 200 мкл.ЗОмкл Полученного раствора вкальгоают микро- Шприцом в предварительно откалиюриро- йанную колонку (Sllasorb-CN, Скорость потока в первой колонне . 1,6 мл/мин)о В качестве подвижной фазы используется н-гексан, поступающий колонку под давлением азота из баллона 5-7 атм. Выход ПАУ контролируют по величине поглощения л 254 нм.

При кроматографировании н-гексано- jjoro экстракта Данной почвы Сфиг.1) 1- суммарную )р акцию ПАУ собирают в отдельную пробирку. Полученную фракцию концентрируют свободным упариванием до объема 120 мкл, 10 мкл полученного раствора вкалывают в колонну при ско- рости потока 0,6 мл/мин (Silasorb-CN мм). При хроматографировании суммарной фракции ПАУ (фиг,2) после - йовательно выходяь фракции, содержаЕо

c

5

0 5 0 5

щие моно, би, три и т.д. циклические группы ПАУ. Выходящие фракции последовательно собиракгг в разные пробирки. Получают пять фракций. Далее полученные фракции анализируют на автоматической спектрофпуориметрической установке, в ЭВМ которой предварительно введена программа расчета концентраций различных ПАУ по ицтенсив- ности их аналитических линий. Спектры люминесценции (в данном случае флуоресценции) регистрируются при 77.К. Для каждой фракции записывают аналитические линии в квазилинейча- том спектре флуоресценции, ПАУ инден- тифицируют по положению максимзт а : аналитической линии при характерной для каждого ПАУ длине волны возбуждения люминесценции. Спектральное разрешение спектрофпуориметрической установки не хуже ЗА при 77 К, Для этого в квазилинейчатом спектре единого стандарта (н-гексановый раствор. 1,12-бензперилена концентрации 1 X10 г/мл)- записывают аналитическую линию 419,2 нм и ее интенсивность автоматически вводят в память ЭВМ, Затем в квазилинейчатом спектре каждого ПАУ в эталонном ра створе с концентрацией 1-10 г/мл записывают его аналитическзпо линию, ее интенсивность вводят в память машины и сравнивают с интенсивностью аналитической линии единого стандарта (419,2 нм),

Такю4 образом, для каждого ПАУ определяют коэффциент пересчета

к . .ст

К -

где 1ед ст - относительная интенсивность аналитической линии в спектре флуоресценции единого стандар

та, мм,

относительная интенсивность аналитической линии в спектре люминесценции эталонного раствора ПАУ, мм.

Концентрацию анализируемого во фракции ПАУ определяют по формуле, которая с помощью специальной программы вводится в память ЭВМ

Г 10 nAч IU л

.ст

(t)

где I - относительная интенсивность аналитической линии в спектре люминесценции анализируемого ПАУ, г 10 - коэффициент пересчета,, нг/мп.

Для получения концентрации каждого ПАУ в анализируемой фракции проводят запись только его аналитической ю линии в квазилинейчатом спектре люминесценции этой фракции (1пдх) ). Измерение интенсивности этой линии и расчет концентрации по формуле (1) осуществляют автоматически„ 15

н-Гексановый элюат каждой индивидуальной фракции ПАУ перед съемкой спектров его люминесценции охлаждают жидким азотом. Снимают спектр заморо- женного образца.20

Как видно из фиг.З в этой фракции схбнаружены пирен, тетрафен, хризен и трифенилен. Аналитические пинии хри- зена (ЗбОз Д им), тетрафена (383,9 нм) и трифенилена (AGIj нм) усилены в 25 3 раза по сравнению с аналитической линией единого стандарта (фиг„3), Концентрация обнаруженных тзо фракции ПАУ вычисляется ЭВМ автоматически в соответствии с формулой (1), Концен- трации ПАУд обнаруженных во фракции 3, следующие, нг/мл: Спирен 10,5, тетрафем , Суригеи 73, Стрифеимлен 25, Аналогично в других фракциях обнаружены следующие ПАУг фракция 1 - нафталины фракция 2 - фенантрены, фракция 4 - 1,2--бензпирен5 3j4-6eH3 пирен, перилен; фракция 5 - 1 512-бенз пирилен и нафтобензпирен

Зная количество почвы, взятое для анализа, количество полученного и используемого для анализа экстракта и количество раствора во фракциях, можно подсчитать количественное содержание индентифицированных углеводородов в исследуемой почве.

Для определения содержания каждого индивидуального ПАУ в почве, концентрации (Спйч) подставляют в формулу

50

35

40

д

0

5

0

5

стракта обработки водным раствором аммиака, мкл;

к э аликвоты концентрированного н-гексанового экстракта, введенной в первую колонку, мкл;

V - общий объем н-гексанового элюата, содержащий суммарную фракцию ПАУ после первой хроматографии, мкл;

V - объем аликвоты н-гексанового концентрированного элюата суммарной фракции ПАУ после первой хроматографии, введенной во вторую колонку, мкл;

V - общий объем н-гександвого элюата каждой 4факции ПАУ после второй колонки, мл, использованный для спектрального детектиро- вания

Р - навеска почвы, взятая для

исследования (50 г), Содержание в почве пирена (Сп„реч 40,5 нг/мл) г

,, 40,5-1 .„ ,

,Qn«peH 50-10-50- 38,9нг/г

К экстракту, концентрированноь у до объема 5-10 мл, добавляют 2-4 мл 2-3%-ного водного раствора аммиака. Это значит, что к 5 мл экстракта добавляют . мл раствора аммиака, а к 10 мл экстракта - 4 кп, т.е„ в соотношении 2,5:1, Можно допустить соотношение 3:1, но нельзя допустить соотношения 3:2 и 4:1 и т.д. так как соотношение 4:1 приводит к неполирму извлечению сопутствующих ПАУ полярных компонентов экстракта, а соотношение 3:2 приводит к частичному попаданию ПАУ в раствор аммиака.

Оптимальным является использование водного 2-3%-ного раствора аммиака. Использование 1%-ного раствора ведет к неполному извлечению из экстракта сопутствующих ПАУ (и мешающих разделению на колонке) полярных соединений, а использование 4%-ного раствора к частичному переходу ПАУ :в раствор аммиака.

Для поддержания необходимой скорости потока элюента в предлагаемом способе фракционирования с целью достижения наиболее эффективного разделения на колонке с выделением очдельньпс фракций 2, З, 4 и кольчатых ПАЗ (по .бензольных колец в молекулярной структуре)3 оптимальным давлением.является 5-7 атм при котором скорость потока в первой колонке 1,6 а во второй колок- ке 0,6 m/мин, При давлении 4 атм в первой колонке происходит уменьшение скорости потока элюента и непол нее отделение ПАУ ст сопутствующих компонентозг во второй колонке при этом давление проис5 одит неполное разделение отдельньв{ фра:к1д.ий ПАЗ , При ув:еличении давления до 8 атн и еоот- ветствугощем увеличении civOpocTH потока элюента наблкдается эффект анало гкчный списанному выше о

Для отделения суммарной фракцш-з ПАУ от сопутствующих им KoivmoHeHTOB целесообразно использовакие первой колонки с эффективностью 15РО-2000 колонки с эффективностью 1500-2000 т,т., Использование колонок с эффективно- - стью менее 1500 т.-.т. ирИЕо.дат к. ухудшению отделения ПАЗ от ссггутствуюш.их им в слоикых смесях компснентой. Использование более 2000 г%т« в.печет за собой неэффективное н наэксцессное вьщеление суммарной фракциил а час™ I г ичное разделение смеси по мо I лекулярньк структур с нежелатш1ьнь&ч ; эффектом размазывания молекзтаяонь Х :структур ПАУ при анализе реальных Iприродных объектов : Для эффективного разделения от- Сдельных фракций ПА}/ на эторой колон™ 1ке ее эффективность целесообразна в пределах не менее 5-10 тЬйС,,ТоТо Мож-- но пр1-тменять и более эффек-тизггые лонки (11000 т,т, и более) J, однако при этом будет возрастать , зат раченное на фракционирование, Кроме .того, такого рода колонки имешт очень высокую стоимость. Использование при фракционировании ПАУ на отдельные структурные группы колонок с эффективностью менее 5000 т-,т неприемле -го в связи с ухудшением качества раэде™

0

0

0

5

ления отдельных фракций и. шс смешиванием,, В качестве адсорбента можно применять не только Silasor-CNg но и другие полярные адсорбенты, например.. силикагаль„ Предлагаемьй способ позволяет экспрессно, с высокой точно™ стью (2-5%), воспроизводимостью 92% и чувствительностью (0,1-1,0 нг/мл) проводить количественный анализ большой гаммы ПАУ в различных сложных природных и техногенных объектах и являясь наиболее формализованным, может быть использован для целей массовых определений сопоставляемых данных, напримерэ в системе мониторинга канцерогенных углеводородов во всех объектах окружающей природной средыд особенно фонового, в различных геохимических исследованиях, в том числе и при поисках ископаемых, для контроля технологическшс процессов, связанных с переработкой углеводородного

сырья н ТоДс,

Формула изобретения

Способ определения состава доли- 1диклических ароматических углеводородов j включающий фракционирование раствора анализируемого вещества в н-гексанез охлаждение и регистрацию квазилинейчатого спектра люминесцен- щта каждой фракции, отличающийся TeMj что, с целью повыше- .ния точности и чувствительности определения, раствор анализируемого.вещества и н гексане обрабатывают 2-3% ным раствором зммиака при объемном соотношении гексанового раствора к водному раствору аммиака, равном 255-3,0;15 отделяют слой гексана пропускают его через колонку, заполнен- щпо адсорбентом элюируют н-гексаном, элюат концентрируют 5 пропускают снова: через колонкуJ отбирают раздельно полученные при элюировании фракции н регистрируют квазилинейчатьй спектр люм:инесценции каждой фракции.

Сум1 арнай срракция ПАУ

мин

Изобретение касается 1налитичес- кой химии, в частности способа определения состава полициклических ароматических углеводородов в сложных смесях, что может быть использовано для анализа природных и техногенных объектов. Цель - повьшение точности и чувствительности способа. Процесс ведут обработкой гексанового раствора анализируемого вещества 2-3%-ным водным раствором аммиака при их объ емном соотношении (2,,0);1. Затем гексановьй слой отделяют, два раза пропускают его через колонку, заполненную адсорбентом, элюируют н-гек саном, элюат кондентрируют и снова пропускают через колонку. Полученные при элюировании фракции отбирают раздельно и регистрируют квазилинейчатый спектр люминесценции каждой фракции. Способ позволяет проводить эк спресс-анализ с точностью 2-5%, воспроизводимостью 92%, при чувствительности 0,1-1,0 нг/мл, 3 ил. ю ел с ю сю

оглощете / ZS4HM

t В тг nvM

Фиг г

отн.

Ui/peH

ризен

,Ч Щ5 383,Э . Ф1/е.З

1етрафен

U2 ргзг рилен

ныО стандарт

419,2 61,7 ,нм