Реферат: Экологический мониторинг состояния природных вод в зоне техногенного воздействия
При определении летучих веществ можно использовать для целей
концентрирования также парофазный анализ . Его применяют в двух
вариантах: статическом и динамическом . В статическом варианте пробу
воды помещают в специальный сосуд, плотно закрывают и термостатируют для того,
чтобы перевести летучие компоненты в газовую фазу. Анализ полученной газовой
фазы проводят с помощью метода хроматографии с использованием насадочных или
капиллярных колонок. Проба отбирается после установления равновесия между
газовой и жидкой фазой.
Для увеличения чувствительности применяют динамический
вариант парофазного анализа. В этом случае фазовое равновесие постоянно
нарушается вследствие продувки сосуда с образцом инертным газом. Выдуваемые
компоненты собирают на адсорбенте (например, на тенаксе) или улавливают в
криогенной ловушке и после десорбции вводят в газовый хроматограф. Статический
вариант парофазного анализа позволяет определять летучие примеси на уровне
мкг/мл, динамический – на уровне мкг/л. Предварительная обработка пробы
(высаливание примесей сульфатом натрия или изменение рН пробы) часто
увеличивает чувствительность и воспроизводимость результатов анализа.
Методы анализа
Загрязнители обычно присутствуют в воде на уровне следов в
диапазоне от 1 мкг/л до 1 нг/л. Пределы обнаружения большинства методов близки
к значениям предельно допустимых концентраций, поэтому для определения примесей
требуется самая высокая чувствительность аналитических приборов. Задача выбора
оптимальной аналитической методики и прибора в мониторинге решается с учетом
типа определяемых веществ и требуемых пределов обнаружения.
Методы анализа, используемые в современных лабораториях,
занимающихся контролем окружающей среды, включают:
1. Различные варианты оптических методов анализа (например,
спектрофотометрия в видимой УФ- и ИК-областях, атомно-абсорбционная и
эмиссионная спектрометрия);
2. Хроматографические методы (газовая, жидкостная,
сверхкритическая);
3. Электроаналитические методы (вольтамперометрия, ионометрия
и другие).
Ни один из перечисленных методов не является универсальным,
некоторые из них пригодны для определения только органических веществ, другие –
неорганических.
Оптические методы, в частности, классические фотометрические и
спектрофотометрические методы, основанные на образовании определяемыми
компонентами окрашенных соединений с разнообразными реагентами, издавна и
широко применяются для целей мониторинга окружающей среды. В последние
десятилетия все большее значение приобретают также атомно-абсорбционная и
эмиссионная (флуоресцентная) спектрометрия, методы, позволяющие определить
большое число химических элементов в неорганических матрицах с крайне низкими
пределами обнаружения (при абсолютных содержаниях приблизительно 10-14
нг). Повышению чувствительности определений этими методами способствуют
простейшая предварительная пробоподготовка или концентрирование (экстракция, упаривание
проб воды и т.п.).
Хроматографические методы часто оказываются незаменимыми для
идентификации и количественного определения органических веществ со сходной
структурой. При этом наиболее широко используемыми для рутинных анализов
загрязнителей окружающей среды являются газовая и высокоэффективная жидкостная
хроматография. Газохроматографический анализ органических загрязнителей в
питьевой и сточных водах сначала основывался на использовании насадочных
колонок, позднее распространение получили и кварцевые капиллярные колонки.
Внутренний диаметр капиллярных колонок составляет обычно 0,20-0,75 мм, длина - 30-105 м. Оптимальные результаты при анализе загрязнителей в воде достигаются чаще
всего при использовании капиллярных колонок с различной толщиной пленки из
метилфенилсиликонов с содержанием фенильных групп 5 и 50%. Уязвимым местом
хроматографических методик с использованием капиллярных колонок часто
становится система ввода пробы. Системы ввода пробы можно подразделить на две
группы: универсальные и селективные. К универсальным относятся системы ввода с
делением и без деления потока, “холодный” ввод в колонку и испарение при
программировании температуры. При селективном вводе используют продувку с промежуточным
улавливанием в ловушке, парофазный анализ и т.д. При использовании
универсальных систем ввода в колонку поступает вся проба полностью, при
селективной инжекции вводится только определенная фракция. Результаты,
получаемые при селективном вводе, являются существенно более точными, поскольку
попавшая в колонку фракция содержит только летучие вещества, и техника при этом
может быть полностью автоматизирована.
Газохроматографические детекторы, используемые в мониторинге
загрязнителей, часто подразделяют на универсальные, откликающиеся на каждый
компонент в подвижной фазе, и селективные, реагирующие на присутствие в
подвижной фазе определенной группы веществ со сходными химическими
характеристиками. К универсальным относятся пламенно-ионизационный, атомно-эмиссионный,
масс-спектрометрический детекторы и инфракрасная спектрометрия. Селективными
детекторами, используемыми в анализе воды, являются электронно-захватный
(селективен к веществам, содержащим атомы галогенов), термоионный (селективен к
азот- и фосфорсодержащим соединениям), фотоионизационный (селективен к
ароматическим углеводородам), детектор по электролитической проводимости
(селективен к соединениям, содержащим атомы галогенов, серы и азота).
Минимально детектируемые количества веществ - от нанограммов до пикограммов в
секунду.
Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) является идеальным методом для
определения большого числа термически неустойчивых соединений, которые не могут
быть проанализированы с помощью газовой хроматографии. Объектами анализа
методом жидкостной хроматографии в настоящее время часто становятся современные
агрохимикаты, в число которых входят метилкарбонаты и фосфорорганические
инсектициды, другие нелетучие вещества. Высокоэффективная жидкостная
хроматография получает все большее распространение среди других методов,
применяемых в мониторинге окружающей среды, еще и потому, что имеет блестящие
перспективы в плане автоматизации пробоподготовки.
Колонки для ВЭЖХ, которые чаще всего используют в анализах
загрязнителей окружающей среды, имеют длину 25 см и внутренний диаметр 4,6 мм, заполняются они сферическими частицами силикагеля размером 5-10 мкм с привитыми
октадецильными группами. В последние годы появились колонки с меньшим
внутренним диаметром, заполненными частицами меньшего размера. Использование
таких колонок приводит к уменьшению расхода растворителей и продолжительности
анализа, увеличению чувствительности и эффективности разделения, а также
облегчает проблему подключения колонок к спектральным детекторам. Колонки с
внутренним диаметром 3,1 мм снабжают предохранительным картриджем (форколонкой)
для увеличения срока службы и улучшения воспроизводимости анализов.
В качестве детекторов в современных приборах для ВЭЖХ
используются обычно УФ-детектор на диодной матрице, флуоресцентный и
электрохимический.
Электроаналитические методы, которые обычно применяют в
анализе воды для определения неорганических компонентов, часто уступают по чувствительности
методам газовой и жидкостной хроматографии, атомно-адсорбционной спектрометрии.
Однако здесь используется более дешевая аппаратура, иногда даже в полевых
условиях. Основными электроаналитическими методами, применяемыми в анализе
воды, являются вольтамперометрия, потенциометрия и кондуктометрия . Наиболее
эффективными вольтамперометрическими методами являются дифференциальная
импульсная полярография (ДИП) и инверсионный электрохимический анализ (ИЭА).
Сочетание этих двух методов позволяет проводить определение с очень высокой
чувствительностью - приблизительно 10-9 моль/л, аппаратурное
оформление при этом несложно, что дает возможность делать анализы в полевых
условиях. На принципе использования метода ИЭА или сочетания ИЭА с ДИП работают
полностью автоматизированные станции мониторинга. Методы ДИП и ИЭА в прямом
варианте, а также в сочетании друг с другом используют для анализа
загрязненности воды ионами тяжелых металлов, различными органическими
веществами. При этом часто способы пробоподготовки являются гораздо более
простыми, чем в спектрометрии или газовой хроматографии. Преимуществом метода
ИЭА является (в отличие от других методов, например, атомно-адсорбционной
спектрометрии) также способность “отличать” свободные ионы от их связанных химических
форм, что важно и для оценки физико-химических свойств анализируемых веществ, и
с точки зрения биологического контроля (например, при оценке токсичности вод).
Время проведения анализа иногда сокращается до нескольких секунд за счет
повышения скорости развертки поляризующего напряжения.
Потенциометрия с применением различных ионоселективных электродов
используется в анализе воды для определения большого числа неорганических
катионов и анионов. Концентрации, которые удается определить таким способом, 100
-10-7 моль/л. Контроль с помощью ионоселективных электродов
отличается простотой, экспрессностью и возможностью проведения непрерывных
измерений. В настоящее время созданы ионоселективные электроды, чувствительные
к некоторым органическим веществам (например, алкалоидам),
поверхностно-активным веществами и моющим веществам (детергентам). В анализе
воды используются компактные анализаторы типа зондов с применением современных
ионоселективных электродов. При этом в ручке зонда смонтирована схема, обрабатывающая
отклик, и дисплей.
Кондуктометрия используется в работе анализаторов детергентов в сточных
водах, при определении концентраций синтетических удобрений в оросительных
системах, при оценке качества питьевой воды. В дополнение к прямой
кондуктометрии для определения некоторых видов загрязнителей могут быть
использованы косвенные методы, в которых определяемые вещества взаимодействуют
перед измерением со специально подобранными реагентами и регистрируемое
изменение электропроводности вызывается только присутствием соответствующих
продуктов реакции. Кроме классических вариантов кондуктометрии применяют и ее
высокочастотный вариант (осциллометрию), в котором индикаторная электродная
система реализуется в кондуктометрических анализаторах непрерывного действия.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 |