АНАЛИЗ ВОЗДУХА Методы пробоотбора и пробоподготовки Лекция 6

АНАЛИЗ ВОЗДУХА. Методы пробоотбора и пробоподготовки Лекция 6 -7. ГОСТ 17. 2. 6. 01 -86 «Охрана природы. Атмосфера. Приборы для отбора проб воздуха населенных пунктов. Общие требования» . АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф.

ЛИТЕРАТУРА АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 2

Аэрозоли – дисперсные системы, состоящие из мелких твердых или жидких частиц, взвешенных в воздухе. Размеры частиц 0, 1100 мкм. Воздушные аэрозоли: Пыль состоит из твердых частиц (10 -100 мкм), диспергированных в воздухе; Дым состоит из твердых частиц (0, 1 -5, 0 мкм); Туман состоит из капелек жидкости (10 мкм); Смог – это система аэрозолей, образующаяся из природного тумана, выбросов из труб. Образование аэрозолей происходит двумя АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 3 путями: диспергированием и конденсацией.

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 4

Улавливание аэрозолей Концентрирование аэрозольных композиций затруднено тем, что в этих смесях есть еще и газовая и парообразная фазы вещества, образующего аэрозоль. Следует одновременно улавливать газы или пары и аэрозоли. Применимы: Ш импрегнированные фильтры; Ш комбинация аэрозольного фильтра с жидкостным поглотителем; АООС. Хим. полимерным фильтром. 5 Ш охлаждаемая ловушка с. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф.

Улавливание аэрозолей. Фильтры. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 6

Аспираторы АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 7

Фильтры для химического анализа аэрозолей марки АФА-ХП (изготовлены из трех видов ультратонких волокон): Ш Перхлорвиниловые фильтры (типа АФА-ВП), называемые фильтрами Петрянова. Они имеют небольшую массу и гидрофобны, стойки к агрессивным химическим средам и хорошо растворяются в ацетоне и дихлорэтане. Вещества с них извлекают растворяя фильтр в кислоте; Ш Ацетилцеллюлозные фильтры (типа АФА-ХА). Вещества с них извлекают сжигая фильтр в смеси кислот. Ш Полистирольные фильтры (типа АФА-ХС). Вещества с них извлекают растворяя фильтр в щелочи. Фильтры из ультратонкого стекловолокна (ФСВ/А). Они устойчивы ко всем химическим реагентам, кроме HF горячих концентрированных щелочей, их можно использовать до t=5000 С; Мембранные фильтры на основе нитроцеллюлозы, тефлона, найлона, полисульфона, полипропилена, АООС. политетрафторэтилена, 8 поливинилхлорида, Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. боросиликатного стекла и эфиров целлюлозы.

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 9

Мембранные фильтры Главные достоинства мембранных фильтров: 1. Механическая прочность и эластичность. 2. Малая масса. 3. Незначительная гигроскопичность. 4. Задерживание веществ на поверхности фильтра без изменений. 5. Широкий диапазон рабочих температур. 6. Устойчивость к агрессивным средам. 7. Легкость минерализации и растворения в подходящих растворителях. Кассеты с мембранными АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. фильтрами 10

Комбинированные ловушки Если воздух содержит одновременно газы, пары, аэрозоли вредных веществ для получения представительной пробы используют комбинацию : фильтров и ловушек с сорбентом; Фильтров и блоков из пенополиуретана; стекловолокнистые фильтры с насадкой из пенополиуретана. Это позволяет извлекать из воздуха 90% вредных веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 11

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 12

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 13

Приготовление концентрационных трубок с сорбентом Твердые сорбенты должны быть активированы, то есть обработаны для удаления соединений, занимающих активные центры на поверхности сорбента, т. к. они понижают сорбционную емкость и могут привести к появлению в пробе новых (ложных) соединений, искажающих АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. результаты анализа. 14

Способы активации сорбентов Чаще всего сорбенты нагревают в токе инертного газа: Активные угли – от 10'-16 час. при t=1206000 C. Полезна обработка 1 N HCl или гидрохиноном для предотвращения полимеризации компонентов пробы. Силикагель - 15‘-24 час. При 120 -3500 С продувая азотом. Нужна предварительная обработка HCl. Молекулярные сита – 24 час. при 350 -4000 С в вакууме. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 15

Способы активации сорбентов Силикагель, Al 2 O 3 и ПС продувают сутки чистым гелием при 150 -2000 С. ППС – 1 -24 час. при 180 -4500 С. Иногда температурной обработке предшествует экстракция растворителями органических примесей: Ш Парапаки, амберсорбы, ХАД-2 – ацетон, петролейный эфир (часы); Ш Тенаксы – метанол, этилацетон, н-пентан или петролейный эфир (Сокслет); Ш Пенополиуретаны - ацетон, сушат, петролейный эфир. № 6 -7. Попова Л. Ф. АООС. Хим. ЛК. 16

Размеры пробоотборных трубок Активные угли – трубка стеклянная (l=710 см; Ø=4 -6 мм). ПС – трубка стеклянная, Al, нержавеющая сталь (l=7 -10 см; Ø=4 -6 мм). Пенополиуретан – в разрезе вид цилиндрической пробки (l=0, 5 -5, 0 см; Ø=2 -10 мм). Силикагель – трубка стеклянная (l=15 -20 см; Ø=6 -7 мм). Молекулярные сита – трубки более длинные, но с меньшим диаметром. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 17

Конструкции пробоотборных трубок АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 18

Зернение сорбента Должно создавать оптимальное соотношение между эффективностью адсорбции и сопротивлением потоку воздуха: Силикагель – 0, 42 -0, 84 мм (за рубежом) и 0, 15 -0, 20 мм (Россия); Активные угли – 0, 42 -0, 84 мм (за рубежом) и 0, 25 -0, 5 или 0, 8 -1, 0 мм (Россия); Молекулярные сита – 0, 25 -0, 42 мм или 0, 21 -1, 68 мм; ППС – 0, 125 -0, 150 ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. АООС. Хим. мм. 19

Возможные артефакты адсорбционного пробоотбора Значительно (сотни и тысячи раз) возрастает концентрация примесей. Одновременно сорбируются соединения различной полярности и реакционной способности, подверженные окислению, гидролизу, полимеризации и др. превращениям. Возрастает возможность нежелательных химических реакций в концентраторе при хранении пробы. Происходит взаимодействие сорбента и сорбата с образованием новых соединений, АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 20 отсутствующих в воздухе.

Реакционно-сорбционное концентрирование (РСК) – способ избежать артефактов АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 21

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 22

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 23

Требования к форколонкам Эффективное поглощение примесей за счет адсорбции или хемосорбции. Селективное удерживание сопутствующих примесей и беспрепятственное пропускание в концентратов контролируемых компонентов. Физические и химические свойства сорбентов и реагентов форколонки должны быть хорошо известны. Сорбенты и реагенты форколонки должны быть доступны. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 24

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 25

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 26

Твердофазная микроэкстракция АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 27

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 28

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 29

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 30

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 31

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 32

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 33

Новые отечественные пробоотборники - микросорберы АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 34

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 35

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 36

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 37

Влияние условий пробоотбора на эффективность сорбции примесей Свойства соединения. Природа сорбента. Скорость потока воздуха. Объем отобранного воздуха. Температура концентрирования. Влажность воздуха. Соадсорбция. Концентрация. См. «Пробоподготовка в экологическом анализе» (Другов, Родин), с. 196 -218. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 38

Десорбция примесей из сорбента Десорбция – это извлечение сорбированных примесей с сорбентов. Способы десорбции: Термодесорбция. Экстракция растворителем. Экстракция в аппарате Сокслета. Вакуумная десорбция. Десорбция паром. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 39

Термодесорбция Преимущество – отсутствие разбавления пробы. Современные разновидности термодесорбции: Ш Быстрая десорбция пробы с угля с помощью пиролизера; Ш Микроволновая термодесорбция. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 40

Термодесорбция АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 41

Термодесорбция АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 42

Оборудование для термодесорбции АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. Пиролизеры и термодесорберы 43

Экстракция растворителем Сорбент из трубки высыпают в измеренный объем растворителя и оставляют в закрытой колбе в течение времени, необходимого для полного извлечения примесей, после чего экстракт анализируют. Недостаток метода – разбавление пробы. Основные экстрагенты: Ш Сероуглерод (токсичен); Ш Сероуглерод: метанол (95: 5). При десорбции более 4 -х часов появляются новые соединения; Ш Бензиловый спирт (плохо очищается); Ш Другие экстрагенты (ацетон, метиленхлорид, гексан, петролейный эфир, диэтиловый эфир, ксилол, DMSO, хлороформ, вода). АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 44

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 45

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 46

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 47

а – делительные воронки; б, в – приборы для непрерывной экстракции: 1 – холодильник; 2 – экстрагируемая жидкость; 3 – трубка возврата экстрагента; 4 – резервуар для экстрагента; 5 – воронка для диспергирования растворителя; АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 48 6 – пористый стеклянный диск

Экстракция в аппарате Сокслета Применяют для извлечения примесей из сорбентов и фильтров. Недостаток метода – длительность процесса экстракции (8 -24 час. ). Значительно ускоряет процесс экстракции пробы использование ультразвука. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 49

Аппарат Сокслета 1 – экстрактор; 2 – колба с растворителем; 3 – обратный холодильник; 4 – сильфон; 5 – сливная трубка АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 50

Экстракция горячим растворителем Этот способ пробоподготовки более эффективен, чем традиционная экстракция. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 51

Влияние условий экстракции на полноту извлечения примесей Основные факторы: Температура; Влажность; Соадсорбция; Время десорбции; Выбор растворителя. См. «Пробоподготовка в экологическом анализе» (Другов, Родин), с. 227 -236. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 52

Выбор экстрагента АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 53

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 54

Общие требования к растворителям-экстрагентам Соответствовать аналитической методике; Не реагировать с анализируемой пробой; Быть совместимым с используемым сорбентом; Быть по возможности нетоксичным. АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 55

Вакуумная десорбция и десорбция паром АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 56

АООС. Хим. ЛК. № 6 -7. Попова Л. Ф. 57