Курсовая работа: Высокоэффективная жидкостная хроматография загрязнителей атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны

Для измерения концентрации диоксида серы, , в воздухе помещений применяется спектрофотометрический метод. Образец воздуха пропускается через раствор калия тетрохлоромеркуриата (tetrachloromercuriate), в результате чего образуется устойчивое соединение, которое после реакции с параросанилином (pararosaniline) подвергается спектрофотометрическому анализу. Другие способы используют метод пламенной фотометрии и измерение пульсаций ультрафиолетового излучения, а также проведение дополнительных измерений перед спектральным анализом. Эти способы обнаружения диоксида серы не подходят для анализа воздуха помещений из-за отсутствия необходимых методик и из-за необходимости вентиляционной системы для удаления вырабатываемых при их работе газов. Поскольку в последнее время выделение значительно уменьшилось, диоксид серы больше не рассматривается в качестве существенного загрязнителя воздуха помещений, и поэтому усовершенствование приборов для его обнаружения продвинулось не очень далеко. Тем не менее, на рынке имеются переносные измерительные приборы для обнаружения , принцип действия которых основан на детектировании параросанилина (pararosaniline) (Freixa 1993).

Озон

Озон, , может быть обнаружен только в воздухе специальных помещений, где происходит его непрерывная генерация, так как он быстро разрушается. Его концентрация измеряется непосредственно при помощи колориметрических трубок или методами хемилюминисценции. Его также можно обнаружить посредством методов, используемых в промышленной гигиене, поскольку они легко адаптируются к условиям непромышленных помещений. Образец, полученный при помощи абсорбирующего раствора йодида калия, затем подвергается спектрофотометрическому анализу.

Формальдегид

Формальдегид является одним из значимых загрязнителей воздуха в помещении. Из-за его химических и токсичных свойств рекомендуется проводить индивидуальный анализ его присутствия. Существуют различные методы определения присутствия формальдегида в воздухе, и все они основаны на отборе проб для последующего анализа с использованием активного связующего вещества или диффузии. Наиболее подходящий способ связывания определяется на основе типа пробы (эмиссионная или иммиссионная) и чувствительности аналитического метода. Традиционные методы основаны на пропускании образца воздуха через дистиллированную воду или 1% раствор бисульфата натрия при температуре с последующим его анализом спектрофлюорометрическими методами. Храниться образцы должны также при температуре , а на результаты измерения могут влиять вещества, содержащиеся в табачном дыме. Для анализа воздуха помещений чаще используются активные системы или методы сбора загрязнителей посредством твердых адсорбентов. Основой всех их служит фильтр или пропитанное реагентом типа бисульфата натрия или 2-4-дифенилгидразина твердое вещество. Методы, в основе которых лежит диффузия загрязнителя, наряду с другими преимуществами обладают большей чувствительностью, поскольку время, требуемое для получения образца, у них дольше (Freixa 1993).

Обнаружение летучих органических соединений

Методы, используемые для контроля органические паров в воздухе помещений, должны отвечать ряду критериев: они должны иметь чувствительность порядка миллиардных и триллионных долей по объему, инструменты для взятия проб или проведения непосредственных измерений должны обладать достаточной точностью, быть портативными и удобными в транспортировке, а полученные результаты точны и воспроизводимы. Существует большое количество методов, отвечающих этим критериям, но
наиболее часто для контроля воздуха помещений используется отбор проб с последующим анализом. Методы непосредственного измерения реализованы на основе портативных газовых хроматографов с различными принципами действия. Эти приборы дороги и сложны в обращении, и с ними может работать только специально обученный персонал. Для полярных и неполярных органических соединений, которые имеют точку кипения от до , наиболее широко применяются активные и пассивные системы с активированным углем. Также используются пористые полимеры и полимеризованная резина типа Tenax GC, XAD-2 и Ambersord. Чаще всего применяется Tenax. Адсорбированные активированным углем образцы выделяются при помощи дисульфида углерода, а затем анализируются газовыми хроматографами методами пламенной ионизации, электронного захвата или масс-спектрометрии с последующим количественным и качественным анализом. Образцы, адсорбированные при помощи Tenax, обычно выделяются посредством тепловой десорбции с гелием и конденсируются в азотной охлаждаемой ловушке, а затем помещаются в хроматограф. Другие распространенные методы включают в себя непосредственный сбор проб воздуха при помощи мешков или инертных контейнеров с последующей прямой подачей воздуха в газовый хроматограф или предварительной концентрацией при помощи адсорбента или охлаждаемой ловушки. Чувствительность этих методов зависит от типа анализируемого соединения, от объема пробы, от уровня фонового загрязнения и чувствительности используемых приборов. Поскольку квантификация всех встречающихся летучих органических соединений невозможна, ее выполняют по группам, используя вещества, являющиеся характерными представителями группы. При определении наличия летучих органических соединений в воздухе помещения особое внимание следует обращать на чистоту растворителей. При применении тепловой десорбции очень важна также чистота используемых газов.

Обнаружение пестицидов

Методы обнаружения пестицидов в воздухе помещений обычно включают в себя отбор проб при помощи твердых адсорбентов, хотя не исключено применение барботеров и смешанных систем. В качестве твердого адсорбента чаще всего применяется пористый полимер Хромосорб (Chromosorb) 102, хотя в последнее время все большее распространение получают пенополиуретаны, способные захватывать более широкий спектр пестицидов. Методы анализа зависят от способа сбора образцов и типа пестицида. Обычно используются газовые хроматографы с различными датчиками, от детекторов захвата электронов до масс-спектрографических. Последние обладают большим потенциалом в отношении анализа сложных соединений. При анализе подобных соединений приходится сталкиваться с определенными проблемами, связанными с загрязнением стеклянных частей приборов для отбора проб следами полихлорированных бифенилов, фталатов и пестицидов.

Обнаружение проникающих из окружающей среды пыли или частиц . Для захвата и анализа содержащихся в воздухе частиц известно большое число методов и оборудования, подходящих для оценки качества воздуха помещений.

В контрольно-измерительных устройствах для непосредственного измерения концентрации взвешенных в воздухе частиц применяются детекторы световой диффузии, а методы сбора проб и последующего анализа используют взвешивание и анализ при помощи микроскопа.

В этом случае необходимо наличие циклонного или инерционного сепаратора, чтобы до фильтра отсеять наиболее крупные частицы.

Методы, в которых применяется циклонный сепаратор, могут работать с небольшими объемами, что приводит к увеличению времени взятия проб.

Пассивные контрольно-измерительные устройства обладают высокой точностью, но их показания зависят от температуры, и эти приборы имеют тенденцию завышения результатов при работе с частицами небольших размеров.[1-6]

ГЛАВА 2. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Хроматографическое разделение смеси на колонке вследствие медленного продвижения ПФ занимает много времени. Для ускорения процесса хроматографирование проводят под давлением. Этот метод называют высокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЖХ)

Модернизация аппаратуры, применяемой в классической жидкостной колоночной хроматографии, сделала ее одним из перспективных и современных методов анализа. Высокоэффективная жидкостная хроматография является удобным способом разделения, препаративного выделения и проведения качественного и количественного анализа нелетучих термолабильных соединений как с малой, так с большой молекулярной массой.

В зависимости от типа применяемого сорбента в данном методе используют 2 варианта хроматографирования: на полярном сорбенте с использованием неполярного элюента (вариант прямой фазы) и на неполярном сорбенте с использованием полярного элюента - так называемая обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография (ОфВЖХ).

При переходе элюента к элюенту равновесие в условиях ОфВЖХ устанавливается во много раз быстрее, чем в условиях полярных сорбентов и неводных ПФ. Вследствие этого, а также удобства работы с водными и водно-спиртовыми элюентами, ОфВЖХ получила в настоящее время большую популярность. Большинство анализов при помощи ВЖХ проводят именно этим методом.

Аппаратура для ВЖХ

Колонки для ВЖХ выполняют из нержавеющей стали с внутренним диаметром 2-6 мм и длиной 10-25 см. Колонки заполняют сорбентом (НФ). В качестве НФ используются силикагель, оксид алюминия или модифицированные сорбенты. Модифицируют обычно силикагель, внедряя химическим путем в его поверхность различные функциональные группы.

Детекторы. Регистрация выхода из колонки отдельного компонента производится с помощью детектора. Для регистрации можно использовать изменение любого аналитического сигнала, идущего от подвижной фазы и связанного с природой и количеством компонента смеси. В жидкостной хроматографии используют такие аналитические сигналы, как светопоглощение или светоиспускание выходящего раствора (фотометрические и флуориметрические детекторы), показатель преломления (рефрактометрические детекторы), потенциал и электрическая проводимость (электрохимические детекторы) и др.

Непрерывно детектируемый сигнал регистрируется самописцем. Хроматограмма представляет собой зафиксированную на ленте самописца последовательность сигналов детектора, вырабатываемых при выходе из колонки отдельных компонентов смеси. В случае разделения смеси на внешней хроматограмме видны отдельные пики. Положение пика на хроматограмме используют для целей идентификации вещества, высоту или площадь пика - для целей количественного определения.

Качественный анализ

Важнейшие характеристики хроматограммы - время удерживания t_r и связанный с ней удерживаемый объем -- отражают природу веществ, их способность к сорбции на материале неподвижной фазы и, следовательно, при постоянстве условий хроматографирования являются средством идентификации вещества. Для данной колонки с определенными скоростью потока и температурой время удерживания каждого соединения постоянно (рис), где t_R(a) - время удерживания компонента А анализируемой смеси с момента ввода в колонку до появления на выходе из колонки максимума пика, t_R(BC) - время удерживания внутреннего стандарта (первоначально отсутствующее в анализируемой смеси вещество), h - высота пика (мм), a_1/2 -- ширина пика на половине его высоты, мм.

Для идентификации вещества по хроматограмме обычно используют стандартные образцы или чистые вещества. Сравнивают время удерживания неизвестного компонента t_Rx с временем удерживания t_RCT известных веществ. Но более надежна идентификация по измерению относительного времени удерживания

При этом в колонку сначала вводят известное вещество (внутренний стандарт) и измеряют время его удерживания t_R(BC) , затем хроматографически разделяют (хроматографируют) исследуемую смесь, в которую предварительно добавляют внутренний стандарт.

Количественный анализ

В основе этого анализа лежит зависимость высоты пика h или его площади S от количества вещества. Для узких пиков предпочтительнее измерение h, для широких размытых - S. Площадь пика измеряют разными способами: умножением высоты пика (h) на его ширину (а_1/2 ), измеренную на половине его высоты; планиметрированием; с помощью интегратора. Электрическими или электронными интеграторами снабжены современные хроматографы.