Тема: Выбор условий газоадсорбционного концентрирования летучих органических веществ в процессе их хроматомембранной газовой экстракции из водных растворов

Трудно переоценить физиологическое и гигиеническое значение воды для организма человека, так как вода - обязательный участник обмена веществ в организме, с ее помощью растворяются все питательные вещества, попадающие в организм - белки, сахара, витамины, минеральные соли. Вода - единственный ресурс природы, который не имеет заменителя. По мере развития общества потребности в ней увеличиваются всюду, где существуют земные формы жизни. Основными законодательными актами по охране водных ресурсов являются закон «Об охране окружающей природной среды», Основы водного законодательства РФ и система государственных стандартов по охране природы. Нормирование качества воды водного объекта состоит в определении совокупности допустимых значений показателей состава и свойств воды, в пределах которых надежно обеспечиваются охрана здоровья населения, благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие самого водного объекта [1]. Руководящие принципы и типичные методы определения летучих органических соединений (ЛОС) в воде определены соответствующими агентствами, такими как Агентство по охране окружающей среды США и Всемирная Организация Здравоохранения [2]. Основные подгруппы ЛОС включают галогенированные органические вещества, моноциклические ароматические углеводороды, органические сульфиды и сульфоксиды, бензол, толуол, ксилол, этилбензол, тригалогенметаны, ацетон и сложные эфиры. ЛОС могут иметь биогенное или антропогенное происхождение. Антропогенные источники вызывают большую озабоченность, чем природные источники. Основными антропогенными источниками ЛОС для водной среды являются краски и покрытия, бензин, растворители, промышленные и городские сточные воды, городские и сельские стоки и атмосферные осадки [3]. Сточная вода может быть загрязнена ЛОС в результате процессов дезинфекции с использованием хлора или его производных. ЛОС оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека даже при очень низких концентрациях, поскольку они обладают токсическими, канцерогенными или мутагенными свойствами.
Главный вклад в загрязнение воздушного бассейна вносят предприятия химической промышленности из-за неполных выходов продуктов реакций, выбросов примесей при переработке сырья, а также вследствие потерь соединений [4-5]. ЛОС способствуют истощению стратосферного озона, формированию тропосферного озона и т.д. [6-7].
По этой причине определение ЛОС в воде и воздухе на уровне предельно допустимых и фоновых концентраций является предметом активного исследования на сегодня [8]. Предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых органических токсикантов приведены в табл.1 и табл.2. [9,10-11].
Таблица 1. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования [9]
Название
Формула
ПДК, мг/л
Дихлорметан (ЕС*)
СН2С12
0,02
Метанол
СН3ОН
3
Ацетон
(СНз)2СО
2,2
Метилэтилкетон
С3Н8СО
1
Пропиловый спирт
С3Н7OH
0,25
Изопропиловый спирт
С3Н7OH
0,25
Изопропилбензол (ЕС)
C9H12
0,1
Конец табличных данных.
* - ЕС означает, что данное соединение включено в список Европейского Сообщества приоритетных загрязнителей
Таблица 2. ПДК и фоновые концентрации ЛОС в воздухе [10-11]
Компонент
ПДК рабочей зоны, мг/м3
ПДК атмосферного воздуха населенных мест. Макс. разовая, мг/м3
ПДК атмосферного воздуха населенных мест. Среднесут., мг/м3
Фоновая концентрация в атмосферном воздухе, мкг/м3[7]
Метанол
5
1
0,5
2,6 ± 0,9
Этанол
100
5
5
3 ± 1
Пропанол
10
0,3
0,3
-
Бутанол
10
0,1
0,1
0,06 ± 0,03
Ацетон
200
0,35
0,35
1,5 ± 0,6
Метилэтилкетон
200
0,35
0,35
1,5 ± 0,6
Конец табличных данных.
Ввиду физико-химических свойств основным методом определения ЛОС в воде и воздухе является капиллярная газовая хроматография (ГХ) благодаря своим уникальным особенностям, таким как чрезвычайно высокая эффективность разделения и возможность однозначной идентификации и количественной оценки при сочетании с масс-спектрометрией (ГХ - МС). Помимо ГХ - МС для обнаружения ЛОС используют электронозахватный (ЭЗД) и пламенно­ионизационный детекторы (ПИД). Не так давно появилась возможность использования атомно-эмиссионного детектора (АЭД) в качестве чувствительной и высокоселективной системы обнаружения. В ограниченном числе случаев используется высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) или ионная хроматография (ИХ), в частности, для анализа карбоновых кислот. Низкий уровень концентраций ЛОС в питьевой и природной водах (10-9 - 10-6 г/л) делает невозможным осуществления схемы прямого хроматографического анализа, требуя предварительного концентрирования аналитов [12].
К наиболее эффективным методам концентрирования, обеспечивающим самые высокие коэффициенты концентрирования аналитов, относится гибридный метод, основанный на сочетании динамической газовой экстракции аналитов с их газоадсорбционным концентрированием из потока газа-экстрагента и последующей термодесорбцией. В англоязычную литературу подобное сочетание вошло под названием purge and trap preconcentration (PATP). Однако, относительно невысокая эффективность массообмена при осуществлении традиционного варианта динамической газовой экстракции, основанного на барботировании, не позволяет в полной мере реализовать достоинства этого метода. Новые возможности для PATP открыл хроматомембранный вариант газовой экстракции, реализуемый в гидрофобной бипористой матрице из политетрафторэтилена (ПТФЭ) при одновременном или последовательном движении через нее потоков водной пробы и газа-экстрагента. [13].
Цель настоящей работы:
Выбор условий газоадсорбционного концентрирования летучих органических веществ при осуществлении их хроматомембранной газовой экстракции из водных растворов.
Задачи, поставленные в работе:
1. Выбрать условия хроматомембранной газовой экстракции в сочетании с газоадсорбционным концентрированием;
2. Сравнить эффективность углеродных сорбентов для концентрирования летучих органических соединений из влажных газовых сред для их последующего газохроматографического определения;
3. Разработать схемы определения летучих органических соединений в воде и воздухе с использованием хроматомембранной газовой экстракции и поверхностно-слойных сорбентов.
Купить

ВЫВОДЫ
1. Выбраны оптимальные параметры (пористая структура, конфигурация и размеры) хроматомембранной матрицы для газовой экстракции летучих органических соединений из водных растворов в сочетании с газоадсорбционным концентрированием;
2. Проведено сравнение эффективности углеродных сорбентов для концентрирования аналитов из влажных газовых сред для их последующего газохроматографического определения. Лучшие результаты показал активный уголь ФАД, на основе которого был получен поверхностно-слойный угольно-фторопластовый сорбент, содержащий 32 % угля.
3. Разработаны схемы определения низших спиртов, кетонов и хлоруглеводородов в питьевой воде и атмосферном воздухе на уровне ПДК, превосходящие по экспрессности известные аналоги в 2-3 раза.
Купить