Geum.ru

Алексеенок Д. А.; Герасимова С. А. Михайлик Ю. В

Вид материалаДокументы

Содержание


Экспериментальная часть
Реактивы и оборудование
Результаты и их обсуждение
Подобный материал:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЕНЗ(α)ПИРЕНА В ПОЧВАХ И ГРУНТАХ МЕТОДОМ ВЭЖХ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОНЦЕНТРИРУЮЩИХ ПАТРОНОВ «ДИАПАК-С»


Алексеенок Д.А.; Герасимова С.А. Михайлик Ю.В.

ООО «НИ и ПИ Экологии города»; г. Москва, lab@ecocity.ru


ВВЕДЕНИЕ


Бенз(а)пирен (3,4-бензпирен) относится к классу полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и является приоритетным токсикантом окружающей среды во всех развитых странах. Это обусловлено устойчивостью ПАУ в окружающей среде и их высокими мутагенными и канцерогенными свойствами.

Данное вещество является продуктом неполного сгорания органических соединений, присутствует в продуктах переработки угля, нефти. Основными источниками эмиссии техногенных ПАУ в окружающую природную среду являются предприятия энергетического комплекса, автомобильный транспорт, химическая и нефтеперерабатывающая промышленность.. Бенз(а)пирен вместе с другими ПАУ оседает в частицах сажи и смолы на поверхности почвы. Мониторинг его содержания осуществляется в почве, воде, воздухе, пищевых продуктах и продовольственном сырье. Предельно допустимая концентрация бенз(а)пирена в почве составляет 0,02 мг/кг.

Наиболее распространенным инструментальным методом определения бенз(а)пирена в почве является метод высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуориметрическим или ультрафиолетовым детектированием. Менее распространены газохроматографический и криоскопический методы анализа.

Самым длительным этапом анализа содержания бенз(а)пирена в почве является пробоподготовка, которая включает следующие стадии:
  • экстракция бенз(а)пирена из образца органическим растворителем;
  • очистка экстракта от примесей, мешающих определению целевого компонента;
  • концентрирование экстракта.

Для целей экологического мониторинга на сегодняшний день широко применяются следующие аттестованные методики: «Методика выполнения измерений массовой доли бенз(а)пирена в продовольственном сырье, пищевых продуктах и почве методом ВЭЖХ» - БСТ-МВИ-03-03 ПАУ, «МУК по отбору проб из объектов внешней среды и подготовка их для последующего определения канцерогенных ПАУ» №1424-76 и «Методика выполнения измерений массовой доли бенз(а)пирена в пробах почв, грунтов, донных отложений и твердых отходах методом ВЭЖХ с использованием анализатора жидкости «Флюорат-02 в качестве флуориметрического детектора» - ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03.

Общим недостатком всех этих методик является большой расход экстрагентов, образование в процессе анализа больших объемов отработанных растворителей, требующих специфической утилизации, и длительность процедуры пробоподготовки.

По методике БСТ-МВИ-03-03 ПАУ полученный экстракт очищается последовательным использованием трех видов специальных концентрирующих патронов («Диапак-С», «Диапак А-3» и «Диапак П-3»), что делает анализ очень трудозатратным и дорогим.

Недостатками МУК 1424-76 является низкая селективность, большие временные затраты, потери целевого вещества в ходе пробоподготовки, низкая воспроизводимость и невозможность работы с высокими концентрациями ПАУ.

Методика ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03 предполагает очистку и концентрирование экстракта от примесей в статическом режиме на стеклянной хроматографической колонке, заполненной специально подготовленным оксидом алюминия. Недостатком этой методики является трудоемкий процесс подготовки и эксплуатации концентрирующей колонки, возможное загрязнение последующей пробы, длительное выпаривание больших объемов экстракта на стадии замены растворителя.

Выбор того или иного метода определения бенз(а)пирена обусловлен рядом причин, таких как наличие соответствующего оборудования, удовлетворение метрологических характеристик требованиям поставленных задач, селективность при анализе, трудоемкость, финансовые затраты.


ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ


Учитывая массовость анализов почв и грунтов на содержание бенз(а)пирена, выполняемых в лаборатории ООО «НИиПИ экологии города», была поставлена задача оптимизации процесса пробоподготовки в целях снижения временных затрат, уменьшения трудоемкости, экономичного расхода реактивов и уменьшения объема отработанных растворителей. Для достижения поставленной задачи в процедуру пробоподготовки и в режим хроматографирования по методике ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03 были внесены следующие изменения:
  • уменьшен объем хлористого метилена до 15мл на стадии экстракции;
  • на стадии очистки экстракта применили концентрирующие патроны «Диапак-С» с силикагелем вместо стеклянных набивных колонок с оксидом алюминия;
  • учитывая высокий уровень содержания бенз(а)пирена в городских почвах и грунтах, на патрон наносится аликвотная часть экстракта, что избавило от длительного выпаривания больших объемов экстракта на стадии замены растворителя;
  • использование более короткой хроматографической колонки длиной 50 мм, диаметр – 4,6 мм, сорбент HYPERSIL, зерно – 3мкм.

Загрязнение почв/грунтов городских территорий 3,4-бенз(а)пиреном характеризуется очень высокой пространственной неоднороднос­тью, что серьезно осложняет отбор репрезентативной навески пробы для проведения химического анализа. Поэтому была проведена работа по определению оптимальной массы навески для обеспечения необходимой воспроизводимости анализа.

Предварительная подготовка проб выполнялась в соответствии с методикой ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03. Концентрирующие патроны «Диапак-С» предварительно насыщались гексаном, каждый патрон использовался однократно.

Оптимизированная схема процесса пробоподготовки представлена на рис. 1.


3 г почвы + 15 мл хлорметилена

↓

Экстрагирование 30 мин

↓

Отбор аликвоты

↓

Упаривание аликвоты

↓

Замещение хлористого метилена на гексан

↓

Очистка на концентрирующем патроне «Диапак-С»

↓

Упаривание элюата досуха

↓

Растворение осадка в ацетонитриле

↓

Выдерживание в течение 15 мин

↓

Проведение хроматографического анализа



Рис. 1. Блок-схема определения Б(а)П в почве

Реактивы и оборудование


Хроматографический анализ проводился на жидкостном хроматографе высокой эффективности фирмы Shimadzu с флуориметрическим детектором RF-10АXL, колонка для ВЭЖХ длинна - 50 мм, диаметр – 4,6 мм, сорбент HYPERSIL, зерно – 3мкм. Режим хроматографирования: в термостатических условиях при температуре 40˚С, скорости потока 1 мл/мин, в качестве подвижной фазы использовалась смесь ацетонитрила с водой в градиентном режиме разделения. В приведенных условиях выход пика бенз(а)пирена наблюдался на пятой минуте, при общем времени анализа 11 минут.

Для градуировки прибора использовалась тестовая смесь «EPA 610 Polynuclear Aromatic Hydrocarbons Mixture, Supelco».


РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ


Для определения оптимальной массы навески был проведен сравнительный анализ двух образцов городской почвы. Результаты данного эксперимента приведены в табл. 1. Из приведенных в таблице значений видно, что повторяемость результатов при навеске массой 1 г. ниже, чем при массах навески 3 и 5 г, а для навесок массой 3 и 5 г результаты практически совпадают. Поэтому целесообразнее брать навеску – 3г., так как в этом случае больше соотношение почва-экстрагент.


Таблица 1. Результаты анализа проб с различной массой навески.
Образец № 1
Образец № 2

Масса навески (г)
1
3
5
1
3
5

Среднее арифметическое (мг/кг)
0,073
0,057
0,046
0,064
0,069
0,066

Среднее квадратичное отклонение (мг/кг)
0,026
0,016
0,014
0,034
0,014
0,012

Коэффициент

вариации %
35,6
28,6
30,1
52,5
19,8
17,5


Были проведены 40 серий анализов стандартного образца индустриальной почвы CRM 524(certification reference material, European Comission) д

ля определения правильности предложенного метода пробоподготовки и режима хроматографирования. Характерная хроматограмма стандартного образца почвы представлена на рис. 2.

Рис. 2. Характерная хроматограмма анализа стандартного образца CRM 524.


Пробоподготовка образцов проводилась как по схеме, предложенной в методике ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03, так и согласно описанной выше процедуре с использование концентрирующих патронов «Диапак С». Сравнительные результаты эксперимента приведены в табл. 2.


Таблица 2. Результаты анализа стандартного образца.

Пробо-подготовка
Аттесто-

ванное

значение
Среднее арифметическое значение
Min.

полученное значение
Max. полученное значение
Среднее квадратичное отклонение
Коэффи-циент вариации

По методике ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03.
8,6 мг/кг
7,7 мг/кг
6,7мг/кг
8,5мг/кг
0,71 мг/кг
9,3%

С применением патронов «Диапак С»
7,3 мг/кг
6,5 мг/кг
8,4 мг/кг
0,65 мг/кг
8,3%


Полученные результаты анализа стандартного образца укладываются в интервал погрешностей, требуемых методикой ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03 (±25%), т.е для изучаемого образца допускаемый диапазон значений от 6,5 мг/кг до 10,2 мг/кг, что свидетельствует о правильности полученных результатов. Данные полученные с использованием колонок и патронов практически совпадают, степень извлечения бенз(а)пирена составила в среднем 85%. Следует заметить, что определение аттестованного значения в стандартном образце изготовителем проводилась в более жестких условиях (to,P) которые позволяют добиться экстракции порядка 98%, но при проведении массовых анализов для экологического мониторинга почв степень извлечения бенз(а)пирена по предлагаемой методике пробоподготовки является приемлемой.

ВЫВОДЫ
  1. Предлагаемая процедура пробоподготовки обеспечивает получение удовлетворительных результатов анализа, позволяет повысить скорость и снизить трудоемкость проведения анализа, существенно снижаются объемы расходуемых растворителей (хлористого метилена в три раза), а следовательно уменьшается объем отработанных токсичных растворителей и затраты на их последующую утилизацию.
  2. Применение колонки длиной 50мм с зерном 3мкм обеспечивает хорошее разделение пиков и выход пика бенз(а)пирена на пятой минуте, то есть в три раза быстрее, чем на колонке 150мм с зерном 5мкм.
  3. Для получения хорошей воспроизводимости анализа для почв городских и промышленных территорий оптимальной является масса навески 3г.
  4. Полученные результаты укладываются в доверительные интервалы и отвечают допустимым значениям погрешностей методики ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03.