Требования к оформлению отчета
Отчет по лабораторной работе оформляет каждый студент индивидуально. Отчет должен включать:
1) Цель работы.
2) Краткое содержание работы.
3) Принцип проведения идентификации методом ИК-спектрометрии.
4) Заключение об идентичности (или не идентичности) проб.
2. Идентификация источников загрязнения водных объектов нефтью методом газожидкостной хроматографии
Хроматография – метод разделения компонентов смеси, основанный на различии в равновесном распределении их между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна, а другая - подвижна.
Подвижная фаза – поток газа или жидкости, перемещающий компоненты разделяемой смеси вдоль неподвижной фазы.
Неподвижная фаза – твердый сорбент или тонкая пленка жидкости, адсорбированная на твердом теле, на которых осуществляется дифференциальное удерживание и разделение компонентов смеси.
Сорбент – твердое вещество, жидкость или их смеси, способные поглощать или удерживать газы, пары или растворенные вещества и используемые в хроматографии в качестве неподвижной фазы.
Элюент – газ или жидкость, используемые в качестве подвижной фазы. Элюат – выходящий из колонки поток подвижной фазы с компонентами разделяемой смеси.
Если подвижной фазой является газ, то хроматография называется газовой.
В газовой хроматографии определяемые вещества испаряют и пропускают через колонку при помощи газа, являющегося подвижной фазой.
Разделение компонентов пробы можно проводить на насадочных или капиллярных колонках. Насадочные колонки изготавливают из стекла или нержавеющей стали диаметром 2-4 мм и длиной 0,5-3 м и заполняют насадкой – неподвижной жидкой фазой, нанесенной на твердый носитель. Разделение компонентов в колонке ведется при определенной температуре. Она может быть постоянной – изотермический режим разделения или повышаться с определенной скоростью – режим программирования температуры. Программирование температуры необходимо при анализе сложных смесей, содержащих компоненты с большой разницей в температурах кипения.
Для обнаружения и измерения компонентов анализируемой пробы служит детектор, действие которого основано на преобразовании в электрический сигнал изменений различных свойств (химических, физических, физико-химических) подвижной фазы, выходящей из колонки.
В хроматографическом анализе пробу, растворенную в подвижной фазе, помещают на вершину колонки. Затем через колонку пропускают подвижную фазу до тех пор, пока все компоненты не выйдут из колонки и не будут зарегистрированы на выходе из нее.
Хроматографическое разделение возможно только в том случае, если компоненты образца, попадая в колонку при вводе пробы, во-первых, будут растворены в подвижной фазе, и, во-вторых, будут взаимодействовать с неподвижной фазой. Если какие-то компоненты анализируемой пробы не растворяются в подвижной фазе, то они не участвуют в хроматографическом процессе; а те компоненты, которые не взаимодействуют с неподвижной фазой, пройдут через колонку, не разделяясь на отдельные компоненты.
Прибор для хроматографического разделения называется хроматографом.
Хроматограмма – это зависимость площади (или высоты) пика от времени удерживания (рис. 20).
Р
1
1 – этилбензол (tуд.=4.35 мин), 2 - м,п-ксилол (tуд.=4.45 мин),
3 - о-ксилол (tуд.=4.69 мин)
Хроматограмма имеет вид кривой, содержащей один или несколько хроматографических пиков над нулевой линией. Каждый хроматографический пик соответствует выходу из колонки какого-либо компонента пробы и характеризуется временем удерживания. По хроматограмме определяется качественный и количественный состав смеси, степень разделения компонентов (рис. 21).
Рис. 21. Взаимосвязь качественной и количественной характеристик компонента
Положение пика на хроматограмме (А, Б, В или его время удерживания – tуд.) используется для качественного анализа.
Высота или площадь пика пропорциональна количеству введенного в хроматограф вещества и служит для количественной оценки.
Высота пика (h) – длина вертикального отрезка между максимумом пика и его основанием.
Площадь пика (S) – площадь хроматографического пика до его основания (отрезка, соединяющего крайние точки пика), равная произведению высоты пика на его ширину на половине высоты (h0,5).
Качественный анализ или идентификация заключаются в том, чтобы установить принадлежность данного пика на хроматограмме данному веществу. Для идентификации используют различные характеристики удерживания, в частности, время удерживания – время от момента ввода пробы в колонку до момента регистрации максимума (вершины) пика на хроматограмме.
Идентификации источника загрязнения водных объектов нефтью основана на исследовании проб методом капиллярной газожидкостной хроматографии, позволяющей достигать высокого разрешения компонентов пробы. Она позволяет провести сравнение соотношения площадей пиков н-алканов и изопреноидных (реликтовых) углеводородов (С17/пристан, С18/фитан), что увеличивает надежность идентификации источника загрязнения.
Приборы и реактивы
Газовый хроматограф, снабженный пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой (25-50 м).
Неподвижная жидкая фаза SE-30 или OV-101.
Хлороформ, х.ч.
н-Гексан, х.ч.
Натрий сернокислый безводный, "х.ч."
Фильтры бумажные обеззоленные
Фитан, пристан – изопреноидные (реликтовые) углеводороды
Смесь н-алканов С12-С24 составляется из индивидуальных углеводородов, взятых в объемах 0,25-0,5 мг и разбавленных гексаном до 10 %-ной концентрации.
Подготовка проб к анализу
Пробу воды объемом 0,5 л экстрагируют 25 мл н-гексана и отделяют от воды в делительной воронке.
Образцы нефтепродуктов из предполагаемого источника загрязнения перед хроматографированием растворяют в н-гексане до 5 % концентрации (по объему).
Условия хроматографирования:
Колонка капиллярная кварцевая длиной 25 м и внутренним диаметром 0,25 мм; температура детектора – 350 ºС, газ-носитель – гелий; расход воздуха – 500 мл/мин; расход водорода – 30 мл/мин.
Температура термостата колонок программируется со скоростью термостатирования 2 ºС/мин в интервале 90-280ºС.
Перед началом работы хроматограф выводят на режим работы. Устанавливают заданную программу температур.
Перед выполнением анализа пробы проводят хроматографирование стандартной смеси н-алканов, фитана и пристана, затем полученные хроматограммы обрабатывают (рассчитывают площади пиков, определяют времена их удерживания) и заполняют табл. 15.
Таблица 15
Результаты хроматографирования стандартной смеси н-алканов, фитана и пристана
Наименование углеводорода, Сi |
Время удерживания, сек |
Среднее tcрi |
S1 |
Ez1, % |
||
t1 |
t2 |
t3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При тех же условиях вводят в хроматограф 1-2 мкл экстракта анализируемой пробы воды, загрязненной нефтью, и пробы нефти из предполагаемого источника загрязнения. Проводят обработку полученных хроматограмм. Результаты заносят в табл. 16.
Таблица 16
Результаты обработки хроматограммы пробы нефтепродукта
Углеводород, Сi |
Номер пика на хромато-грамме |
Время удерживания пика, сек |
Средняя высота пика, мм |
Средняя ширина пика, мм |
Площадь пика, Si, мм2 |
C15 |
1 |
|
Н1 |
В1 |
F1 |
C16 |
2 |
|
Н2 |
В2 |
F2 |
C17 |
3 |
|
Н3 |
В3 |
F3 |
Пристан |
|
|
|
|
|
С18 |
|
|
|
|
|
Фитан |
|
|
|
|
|
С19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
Hn |
Bn |
Fn |
С24 |
n+1 |
|
Hn+1 |
Bn+1 |
Fn+1 |