Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Литературный обзор JO
1.1. Распространение полициклических аромати ческих углеводородов антропогенного
происхождения в окружающей природной среде Ю
1.2. Методы определения полициклических ароматических углеводородов в объектах окружающей природной среды 17
1.2.1. Спектральные методы анализа 17
1.2.2. Бумажная, тонкослойная, жидкостная адсорбционная хроматография 20
1.2.3. Жидкостная хроматография высокого разрешения- (ЖХВР) 25
1.3. Газо-жидкостная хроматография полицикли- ческих ароматических углеводородов 28
1.3.1. Неподвижные фазы 29
1.3.2. Неорганические соли и графитированная сажа 31
1.3.3. Жидкие кристаллы 32
1.3.4. Наполненные колонки 34
1.3.5. Капиллярная хроматография 38
1.3.6. Детекторы 42
1.4. Взажлосвязь структуры с хрома тографическим удерживанием и идентификация в газовой хроматографии полициклических ароматических углеводородов 47
1.5. Источники выделения полициклических ароматических углеводородов 57
1.6. Задачи дальнейших исследований в области газохроматографического анализа полициклических зроматическихууглеводородов 59
Глава 2. Разработка воспроизводимой техники приго товления высокоэффективных наполненных колонок с селективными неподвижными фазами для газо-хроматографического анализа полициклических ароматических углеводородов 62
2.1. Особенности газо-хроматографического анализа многокомпонентных смесей полициклических ароматических углеводородов 62
2.2. Изучение влияния селективности неподвижных фаз на эффективность и разделительные свойства наполненных колонок 64
2.3. Изучение влияния твердого носителя и модифицирования неподвижных полисилок-СЗНОЕЫХ фаз на газохроматогрзфические параметры при разделении полициклических ароматических углеводородов 74
Выводы по главе 2 79
Глава 3. Разработка методики определения полициклических ароматических углеводородов в отработавших газах автомобилей с применением газовой хроматографии на наполненных колонках 80
3.1. Отбор проб отработавших газоЕ автомобилей для газо-хроматографического анализа полициклических ароматических углеводородов 82
3.2. Разработка условий выделения полицикли-ческих ароматических углеводородов из проб отработавших газов автомобилей 85
3.3. Газохроматографический анализ полицик лических ароматических углеводородов на высокоэффективных наполненных ко лонках 90
3.4. Идентификация и количественный анализ полициклических ароматических углево
дородов, регистрируемых на хромато- граммах, при исследовании отработавших газов автомобилей 94
Глава 4. Изучение анализа сложных смесей полициклических ароматических углеводородов с помощью капиллярной газо-жидкостной хроматографии 106
4.1. Газо-жидкостная хроматография полициклических ароматических углеводородов на металлических капиллярных колонках с полисилоксановыми неподвижными фазами 106
4.2. Газо-жидкостная хроматография полициклических ароматических углеводородов, выделенных из отработавших газов автомобилей, на стеклянных и кварцевых капиллярных колонках с полисилоксановыми неподвижными фазами 112
Выводы по главе 4 123
Глава 5. Взаимосвязь структуры и свойств полициклических ароматических углеводородов 122
5.1. Структурные особенности полициклических ароматических углеводородов 123
5.2. Теоретические аспекты корреляции структуры и свойств полициклических ароматических углеводородов 125
5.3. Топологические методы описания структур полициклических ароматических углеводородов 131
5.4. Исследование взаимосвязи структурных параметров органических соединений, вычисленных с применением теории графов, и основных элементов теории молекулярных орбиталей Хюккеля (МОХ) 137
5.5. Взаимосвязь структурных параметров и физико-химических свойств полициклических ароматических углеводородов 140
5.6. Изучение корреляций рассчитанных индексов связанности с экспериментальными параметрами, характеризующими особенности структур полициклических ароматических углеводородов 148
Выводы по главе 5 162
Глава 6. Применение разработанной методики газохроматографического анализа для изучения полициклических арома тических углеводородов в отработавших газах автомобилей 164
6.1. Изучение качественного состава полицик лических ароматических углеводородов в отработавших газах автомобилей 165
6.2. Количественный состав полициклических ароматических углеводородов в пробах отработавших газов автомобилей 167
6.3. Оценка результатов количественного анализа полициклических ароматических углеводородов, выделенных из проб отработавших газов автомобилей, методом математической статистики 176
6.4. Проверка правильности и воспроизводимости метода газо-жидкостной хроматографии на высокоэффективных наполненных колонках 177
Выводы по ГЛЗЕЄ 6 183
Выводы
- Методы определения полициклических ароматических углеводородов в объектах окружающей природной среды
- Изучение влияния селективности неподвижных фаз на эффективность и разделительные свойства наполненных колонок
- Разработка условий выделения полицикли-ческих ароматических углеводородов из проб отработавших газов автомобилей
- Топологические методы описания структур полициклических ароматических углеводородов
Введение к работе
Исследования, проведенные в различных странах мира, указывают на то, что в результате техногенной деятельности человека образуется широкая гамма канцерогенных (биологически активных) полициклических ароматических углеводородов (ЇЇАУ), концентрация которых может достигать опасного для человека уровня.
Советский Союз является высокоразвитой индустриальной страной с развитой промышленностью и большой долей городского населения.
Забота об охране окружающей среды в СССР органически связана с генеральной концепцией развития социалистического общества.Втер-вые положения об охране окружающей среды введены в Советскую Конституцию / I / и решения ГОТ съезда КПСС, являющиеся руководящими материалами для всего советского народа и предписывающие "Совершенствовать технологические процессы и транспортные средства с целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду и улучшения очистки отходящих газов от вредных пршесей" / 2 /.Охрана чистоты воздушных бассейнов также обеспечивается законодательно/3 /.
Включение тех или иных веществ в перечень контролируемых загрязняющих агентов основывается на их распространенности, токсичности, возможности миграции и способности наносить ущерб на уровне экосистем. К таким веществам относится и большая группа канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, нзи-.. более известным и канцерогеноопасным из которых является бенз(а)-
пирен.
Антропогенными источниками образования ПАУ являются процессы сжигания различных органических топлив (угля, кокса, каменноугольной смолы, леса, продуктов переработки нефти, моторных топлив, торфа, сланца и мн. других).
Программа контроля за состоянием природной среды и глобального мониторинга предусматривает определение в различных объектах окружающей среды только одного бенз(а)пирена / 4 /. Однако современные представления о токсичных и канцерогенных действиях ПАУ требуют выявления возможно большего числа представителей этой группы для определения их суммарного канцерогенного эффекта.
Определение и идентификация ПАУ в сложных смесях органических веществ, выделенных из продуктов сгорания моторных топлив, представляет весьма трудную задачу, сложность которой определяется большим числом компонентов и необходимостью определения микрограммовых концентраций.
Целью настоящей работы явилась разработка и применение метода определения ПАУ в продуктах сгорания моторных топлив и, в част- i ности, в отработавших газах автомобилей.
Изучение литературных данных по вопросам определения ПАУ в различных объектах загрязнения приводит к однозначному выводу -наиболее действенным методом анализа ПАУ, является газо-жидкост-ная хроматография, универсальный и высокочувствительный метод анализа многокомпонентных смесей.
В основу разработанной методики положена техника газо-жид-костной хроматографии с использованием высокоэффективных наполненных колонок с высокоселективными и термостабильными неподвижными фазами.
Для создания газо-хроматографической системы, предназначенной, для анализа ПАУ, выделенных из отработавших газов автомобилей, было необходимо провести ряд предварительных исследований, направленных на разработку способов приготовления высокоэффективных наполненных колонок с достаточной воспроизводимостью, которые включали выбор наиболее селективных и термостабильных неподвижных фаз, разработку мер подавления адсорбционной активности твердых
носителей, отыскание оптимальных условий анализа, способов повышения длительности эксплуатации колонки.
Применение разработанной техники приготовления высокоэффективных наполненных колонок позволило обеспечить разделение структурных изомеров ПАУ на уровне капиллярных систем.
Кроме того были проработаны варианты капиллярной газо-жид-костной хроматографии ПАУ с использованием колонок из различных материалов: металлических, стеклянных, кварцевых. В ходе исследований была проведена оценка возможностей такой методики в анализе ПАУ, выделенных из проб отработавших газов автомобилей.
Применение капиллярной хроматографии позволило установить ряд преимуществ стеклянных и кварцевых капиллярных колонок и ограничения металлических капилляров в анализе ПАУ.
Для выделения углеводородов группы ПАУ из проб отработавших газов автомобилей была разработана методика фракционирования, включающая этапы экстрагирования е органических растворителях с использованием ультразвука и последующей жидкостно-жидкостной экстракции в системе органических растворителей различной полярности. -
После заключительного концентрирования экстракт вводили в аналитическую колонку микрошприцем. Детектирование компонентов ПАУ проводили пламенно-ионизационным детектором (ІЩ).
Отбор проб при испытании автомобилей по переменному ездовому циклу осуществляли путем фильтрации части отработавших газов через перхлорвиниловые фильтры из ткани Петрянова.
Качественная идентификация ПАУ в сложных органических смесях представляла достаточно сложную задачу. Для идентификации ПАУ были использованы линейные зависимости параметров удерживания на различных неподвижных фазах от температур кипения ПАУ. Кроме того была изучена возможность использования для той же цели
- 8 -корреляционных зависимостей индексов удерЕивания на полисилокса-новых неподвикных фазах от параметров связанности, количественно, в математической форме, отракавдих структурные особенности исследуемых ПАУ. При этом параметры связанности порядка выше I были рассчитаны и использованы в корреляционных уравнениях впервые. Такие корреляционные уравнения были использованы для идентификации ПАУ в слоеных органических смесях.
С помощью разработанной методики были проведены исследования по анализу ПАУ в серии проб отработавших газов автомобилей, в ходе которых установлены особенности газохроматографического удерживания ПАУ на полисилоксановых неподвишшх фазах, выявлены области удерЕивания трех-, пятиядерных ПАУ, определен качественный и количественный состав ПАУ на хроматограммах проб отработавших газов автомобилей.
В главе I изложены литературные данные о механизмах образования ПАУ в результате антропогенной деятельности человека и методах их определения, известных ко времени проведения настоящего исследования. В главе 2 изложены вопросы техники приготовления высокоэффективных наполненных колонок. Разработка методики газо-Еидкостной хроматографии ПАУ, включающей отбор, фракционирование, качественное и количественное определение ПАУ описана в главе 3. Методика капиллярной газо-жидкостной хроматографии ПАУ на металлических, стеклянных и кварцевых колонках приведена в главе 4, взаимосвязи структурных и физико-химических свойств ПАУ изложены в главе 5. Результаты применения разработанной методики в регулярном анализе ПАУ, выделенных из отработавших газов автомобилей и оценка ее воспроизводимости изложены в главе 6.
На защиту диссертации выносятся следующие положения:
I. Методы воспроизводимого приготовления высокоэффективных наполненных колонок с полисилоксановыми неподвижными фазами.
Результаты исследований по подавлению адсорбционной активности сорбента путем введения модифицирующих добавок к неподвижным фазам.
Результаты применения капиллярной газо-жидкостной хроматографии с использованием металлических, стеклянных и кварцевых колонок с полисилоксановыми неподвижными фазами в анализе проб ПАУ и данные по удерживанию ПАУ.
Результаты расчетов индексов связанности 0-4 порядков, отражающих структурные особенности изучаемых ПАУ, и установление высокой значимости корреляций индексов связанности с физико-химическими свойствами и квантово-химическими параметрами ПАУ.
Результаты исследований по использованию линейных корреляций индексов удерживания ПАУ на полисилоксановых неподвижных фазах с их индексами связанности 0-4 порядков для расшифровки ПАУ, выделенных из проб отработавших газов автомобилей.
Результаты исследований по разработке методики газохрома-тографического анализа ПАУ, выделенных из отработавших газов автомо билей, оценке воспроизводимости и точности результатов анализа.
Результаты исследований по использованию разработанной методики в анализе серии проб отработавших газов автомобилей, установление особенностей и зон удерживания на полисилоксановых неподвижных фазах углеводородов группы ПАУ. Изучение качественного и количественного состава ПАУ в изучаемых пробах.
Методы определения полициклических ароматических углеводородов в объектах окружающей природной среды
Отсюда, со всей очевидностью, вытекает важность исследования более широкой геммы углеводородов.класса ПАУ в объектах загрязнения окружающей среды, в том числе, отработавших газах автомобильных двигателей.
Развитие и усовершенствование все более точных и универсальных методов исследования и.анализа ПАУ и внедрение их в повседневную аналитическую практику, позволит решить сложную и актуальную задачу анализа сложных смесей ПАУ с целью разработки мероприятий по их ограничению в изучаемых объектах загрязнения окружающей среды.
До начала 70-х годов в анализе ПАУ наиболее распространенными были спектральные методы анализа, в первую очередь, спектрофото- . метрия в видимой и ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Зтот. метод применяли при определении индивидуальных ароматических соединений / 28, 29./, а также для изучения группового состава из смесей / 30, 31 /.
Значительная ширина полос в спектрах поглощения и их перекрывание при анализе сложных смесей ПАУ требует предварительного разделения таких смесей. При этом оказывается возможным осуществить раздельную идентификацию изомерных соединений / 32, 33 /.
Достоинствами спектрофотометрического метода являются сравнительная простота аппаратуры и легкость градуировки приборов. К недостаткам метода относятся значительная ширина полос, их перекрывание при анализе сложных смесей, относительно невысокая чувствительность определения, которая обычно на несколько порядков ниже, чем у лкминесцентных методов анализа / 34 /. Спектрофотометрия при меняется либо как самостоятельный метод, либо в комбинации с методами газовой хроматографии / 35 / и масс-спектрометрии / 36 Л Методы колебательной спектроскопии (инфракрасной и комбина ционного рассеивания) малоэффективны,в анализе индивидуальных форм ароматических соединений / 37 /. В последнее время в этих спектральных методах отмечается расширение использования интерфе рометров, математического аппарата Фурье-преобразования, лазерной и компьютерной техники, что позволяет расширить возможности этой группы методов анализа / 38 /. .
Наиболее эффективен в анализе сложных смесей ЇЇАУ метод люминесцентной спектрометрии, или спектр офдуориметрии / 34 /. Такой метод имеет два преимущества: высокую чувствительность и селективность. При комнатной температуре спектры люминесценции ПАУ, содержат диффузные полосы шириной, примерно 1000 см и более, что приводит к их перекрыванию даже в малокомпонентных смесях. Несмотря на это, спектры люминесценции при комнатной температуре . используются в сочетании с УФ-спектрами поглощения после многоступенчатого хроматографического разделения, а также для флуоресцентного детектирования в газо-жидкостной хроматографии./ 39, 40 / и в жидкостной хроматографии высокого разрешения / 41, 42../.
Спектры испускания при комнатной температуре целесообразно изучать после тщательного хроматографического разделения экстрактов и дегазации растворов для устранения опасности кислородного тушения. Совершенствование этой области анализа требует дальнейшего развития непрерывных и импульсных источников излучения (лазеров), бездисперсных оптических систем (интерферометров), детекторов, флуоресцентных спектрометров быстрого сканирования, а также устройств для автоматической регистрации и обработки данных / 34 /.
Новое направление в молекулярной спектрометрии связано с открытием в 1952 г. "эффекта Идольского" - резкого сужения полос лгали несценции ПАУ, образующих, своего рода, "замороженный ориентированный газ" в кристаллической матрице растворителя / 43, 44 Л Используемые растворители - н-алканы, легко кристаллизующиеся при замерзании, не взаимодействуют с внедренными молекулами ПАУ и оптически прозрачны в области поглощения и излучения внедренных молекул.
Метод обладает рядом важных достоинств, прежде всего высокой чувствительностью определения, соответствующей пределу обнаружения ПАУ ІСГ11 г в чистых растворителях и 1(Г9 1(Г10 г в слож- . ных смесях ПАУ, а также большой спектральной избирательностью /37/. В настоящее время анализы ПАУ, главным образом, бенз(а)пирена,. проводятся именно спектрально-люминесцентным методом / 45-52 /.
Появление мощных современных спектрофлуориметров существенно расширило возможности спектрально-люминесцентных методов /53, 54 /, позволяя изучать различные спектры испускания (флуоресценции, фОСфореНЦИИ, ЛШШЄСЦЄНЦИІЇ) .
Однако метод люминесцентной спектрометрии имеет ряд недостатков, затрудняющих его использование для повседневных анализов. К числу таких недостатков следует отнести большую сложность и высокую стоимость оборудования, необходимость квалифицированного обслуживания. Это делает метод люминесцентной спектрометрии труднодоступным для рядовых лабораторий.
Изучение влияния селективности неподвижных фаз на эффективность и разделительные свойства наполненных колонок
Особенности смесей ПАУ, рассмотренные в предыдущем разделе, требуют использования неподвижных фаз с возможно более высокой селективностью, стабильно работающих при температуре порядка (250 300)С.
В настоящее время при использовании наполненных газохроматографическнх колонок обеспечить эффективность порядка 10-15 тыс.т.т. можно только при их длине более 6-7 м (при значениях ВЭТТ 0,5-0,6 мм Дальнейшее увеличение длины колонки приводит к значительным техническим затруднениям из-за большого перепада давлений газа-носителя на входе и выходе колонки, что затрудняет ввод проб и усложняет аппаратуру.
Поэтому при разработке методики газохроматографического анализа ПАУ селективность неподвижной фазы должна быть достаточной для обеспечения разделения ПАУ на колонках длиной не более 5-7 м.
Весьма важно установить оптимальное количество неподвижной фазы, наносимой на твердый носитель.
В высокотемпературной газо-жидкостной хроматографии ПАУ с большими молекулярными массами, целесообразнее использовать малые количества неподвижной фазы для уменьшения времен удерживания.
Однако при малых количествах неподвижной фазы начинают играть существенную роль адсорбционные эффекты на межфазных границах.
Влияние адсорбционных эффектов на удерживание сорбатов в газо-жидкостной хроматографии может быть учтено, если величину общего коэффициента Генри записать в виде / 175 /. где Го - общий коэффициент Генри, Г - истинный коэффициент Генри, tdj и и)% - доля объема колонки, занятая соответственно жидкой и газовой фазами, , Г2 , Г$ - коэффициенты адсорбции на межфазных границах газ - твердое тело, газ - жидкость, жидкость - твердое тело, S , g2, 5 - соответствующие значения удельной поверхности на единицу объема сорбционного слоя.
Третье слагаемое правой части уравнения играет существенную роль при малом количестве неподвижной жидкости, не покрывающей полностью поверхность твердого носителя.
По данным опубликованных работ / 168 / оптимальное содержание неподвижной фазы на твердом носителе, позволяющее осуществлять разделение ПАУ за достаточно короткое время при сравнительно небольшом проявлений адсорбционных эффектов, составляет 2-3 %.
В настоящем исследовании изучение избирательности полисилокса-новых неподвижных фаз проверялось по возможности разделения классически трудно разделяемых изомерных пар бенз(а)антрацена-хризена и бенз(е)пирена-бенз(а)пирена. Эффективность полученных наполненных колонок проверяли по результатам хроматографического разделения следующих веществ: а) смеси нормальных углеводородов CJQ - Cj » б) смеси полициклических ароматических углеводородов следующего состава: флуорен, фенантрен, пирен, бенз(а)антрацен, хризен, бенз(е)пирен, бенз(а)пирен, перилен.
Все хроматографические опыты, проведенные при изучении разделения ПАУ на наполненных колонках, были выполнены на хроматографе ЛЖ-8ВД с пламенно-ионизационным детектором в изотермическом режиме при (250 270)С в токе азота при давлении на входе от 0,18 до 0,4 МП: в зависимости от длины колонки.
Эффективность полученных наполненных колонок во всех случаях оценивали по числу чистых теоретических тарелок (по фактору разделения Пернелла), рассчитанному по формуле где 1У{ - исправленный объем удерживания сорбата; #// - ширина пика на середине высоты.
Адсорбционную способность колонки характеризовали показателем асимметричности пиков Jt , равным отношению горизонтальных отрезков, отсекаемых высотой и касательными к сторонам пика на уровне 0,1 и 0,5 полной высоты пика (рис.1).
Выбор оптимальной неподвижной фазы для хроматографирования ЇІАУ существенно ограничен вследствие необходимости обеспечения высокой селективности при высоких рабочих температурах порядка (250 280)С.
Основные эксперименты были проведены с малополярными неподвижными фазами, относящимися к группе полисилоксанов. Все эксперименты выполняли на наполненных колонках из нержавеющей стали внутренним диаметром 3 мм. Незаполненную колонку длиной 3 м промывали ацетоном, бензолом, хлороформом и тщательно высушивали в токе сжатого воздуха или азота.
Исследуемую неподвижную фазу в количестве 3 % от массы носителя растворяли в подходящем растворителе. Для ускорения процесса растворения смесь в течение 3-5 мин перемешивали стеклянной палочкой или обрабатывали ультразвуком с частотой 20 кГц. После полного растворения неподвижной фазы, ее раствором заливали взвешенный заранее твердый носитель в фарфоровой чашке. Для более равномерного распределения неподвижной фазы содержимое осторожно перемешивали шпателем до тех пор, пока сорбент не начинал прилипать к нему. Окончательно высушивали сорбент до сыпучего состояния под тягой при 20 С в течение 12 ч, а затем в сушильном шкафу при температуре (ІІ0+І0)С в течение 4-5 ч.
Заполнение колонки подготовленным сорбентом осуществляли порциями по 2-3 мл при включенном вакуум-насосе, присоединенном к выходному концу колонки. Во избежание образования пустот в колонке в процессе заполнения ее непрерывно постукивали деревянной палочкой.
Разработка условий выделения полицикли-ческих ароматических углеводородов из проб отработавших газов автомобилей
После отбора проб отработавших газов автомобилей дальнейшей обработке подвергался фильтрат, осажденный на фильтре пробоотборника. При полнопоточном отборе проб обработке, кроме фильтрата, подвергались конденсат и смыв с холодильной установки.
Для сведения к минимуму потерь ПАУ в процессе обработки пробы применяли тщательно промытую и высушенную стеклянную аппаратуру и хорошо обезвоженные и перегнанные растворители. Тщательно высушенные фильтры до испытания хранили в эксикаторах.
Во избежание разложения МУ применяли все меры для возможно более быстрой обработки проб.
Операции экстрагирования и концентрирования ПАУ проводили в затемненном помещении или в вытяжном шкафу в отсутствие источников ультрафиолетового света. Для экстракции ПАУ применяли растворители с низкой температурой кипения, для того, чтобы можно было проводить концентрирование растворов МУ при температуре не выше 45 С.
Для экстрагирования ПАУ применяли метод экстракции с применением ультразвука.
Экстракция в аппаратах Сокс-лета, несмотря на широкое распространение, не исключает возможности термического разложения МУ, требует больших затрат времени и не позволяет одновременно обрабатывать большое число проб / 269-270 /. Метод экстракции ЇЖУ с помощью ультразвука от таких недостатков свободен / 271-272 /. Поэтому в дальнейшей экспериментальной работе применяли экстракцию ПАУ с помощью ультразвука. Размеры ультразвуковой ванны позволяли одновременно обрабатывать более 10 проб.
Вопросы выбора растворителя для экстракции Ш7 из проб отработавших газов достаточно полно отражены в обзорной литературе / 273 - 274 /.
Установлено, что при экстракции малополярных ПАУ наилучшие результаты дает использование в экстракции растворителей с минимальной полярностью - бензола и менее токсичного циклогексана. Имеются сведения о том, что диметилсульфоксид, диэтиловый эфир, хлористый метилен и тетрагидрофуран также дают хорошие результаты при экстракции ПАУ / 273/
При ультразвуковой экстракции ПАУ применимы все указанные растворители, однако использование хлорированных растворителей нежелательно из-за возможных реакций галогенирования / 274 /.
В настоящей работе экстракцию ПАУ из фильтрата и конденсата осуществляли бензолом при соблюдении всех необходимых мер предосто рожности, связанных с его токсичностью
Выделение фракций ПАУ из полученных бензольных экстрактов, содержащих, наряду с углеводородами класса ПАУ, сложную смесь углеводородов других классов, осуществляли методом жидкостно-жидкостной экстракции в системе диметилформамид-вода-циклогексан.
Перед обработкой проб растворитель подвергали дополнительной очистке. Бензол перегоняли порциями по 0,5 л, отбрасывая первые 0,2 л и собирая фракцию с температурой кипения 80 С.
Циклогексан встряхивали 3 раза с дымящей серной кислотой, промывали дистиллированной водой и сушили твердым гидроксидом калия, после чего перегоняли порциями по 0,5 л, отбрасывая первые 0,2 л и собирали фракцию с температурой кипения 8Я с«
Фильтр с осааденным на нем фильтратом помещали в колбу и заливали 70-100 мл перегнанного бензола. Колбу с фильтратом помещали в ультразвуковую ванну установки "Дэйв" и проводили обработку ультразвуком в течение 30-40 мин при температуре воды в УЗ-ванне 20-30 С, при этом мощность УЗ-установки составляла 2 кВт, частота обработки была равна 25 + 1 кіц.
По окончании экстракции экстракт упаривали в роторном испарителе при температуре водяной бани 35-45 С до объема 0,3-0,5 мл при остаточном давлении 0,098 кїїа. После отгонки полученный экстракт фракционировали по следующей схеме: I - диметилформамид-вода.-циклогексан (9:1:5 v /v ) ( 1,8 : 0,2 : 1,0 мл ), циклогексановая фракция отбрасывается П - диметилформамид - вода - циклогексан (1:1:2 v/v ) ( 1,8 : 1,8 : 3,6 мл ), диметилформамидная фракция отбрасывается.
На первом этапе фракционирования Ш.У полученный экстракт распределялся в системе растворителей таким образом, что ПАУ связывались с диметилформамидом, а алифатические и неполярные соединения других классов растворялись в циклогексане и отбрасывались.
На втором этапе устанавливалось другое соотношение растворителей, при этом добавление воды увеличивало полярность азеотроп-ной системы диметилформамид-вода, вследствие чего Ш1У вытеснялись в верхний неполярный слой циклогексана, а более полярные соединения оставались в системе дтгетилформамид-вода. Верхний циклогексановый слой на втором этапе фракционирования имел келто-голубоватую окраску на свету и ярко флуоресцировал в УФ-свете.
Топологические методы описания структур полициклических ароматических углеводородов
На рис. 10 приведены калибровочные графики зависимости высот регистрируемых-пиков ПАУ от концентраций этих же веществ в стандартных растворах, полученные и построенные при использовании в газо-хроматографическом анализе наполненной колонки длиной 6 м с 3.,% полиметилфенилсилоксана ПФМС-6 на Хроматоне N Супер (0,125-0Д6)мм На рис. II приведены аналогичные калибровочные графики, полученные при использовании в газохроматографическом анализе наполненной колонки длиной 3 м с 3 % полиметилфенилсилоксана ПФМС-6, модифицированного 0,1 % п-диоксихинона.
Различный наклон калибровочных кривых для ПАУ свидетельствует о некоторых отличиях в величине отклика детектора на разные ПАУ, а также о различающихся,потерях этих углеводородов в процессе обработки проб / 208 /.
Полученные графики показывают хорошую линейность отклика . детектора на ПАУ во всех диапазонах чувствительности усилителя. Рабочие градуировочные кривые, построенные отдельно для каждого диапазона чувствительности усилителя, дали возможность определять предельно-обнаруживаемое количество трехъядерного фенантрена 0,0005 мкг во введенном объеме пробы. Предел обнаружения пяти-ядерного бенз(а)пирена равен 0,01 мкг во введенной пробе, что вполне достаточно для определения канцерогенных ПАУ в пробах отработавших газов автомобилей.
Воспроизводимость методики количественных определений ПАУ была проверена путем многократного анализа характерных проб отработавших газов автомобилей.
Величины относительных стандартных отклонений количественных измерений ПАУ, выделенных из проб отработавших газов автомобилей, при 4-х параллельных измерениях, находятся на уровне 0,1-0,3.
Результаты исследований в области разработки методики газохрома тогрефического анализа ПАУ опубликованы / 247, 275 /.
В газохроматографическом анализе ПАУ с применением высокоэффективных наполненных колонок, затруднение вызывает, как показано выше, разделение близких по свойствам изомеров и их идентификация на фоне соединений других классов. Весьма важным, поэтому является изучение возможностей капиллярной газо-жидкостной хроматографии на металлических, стеклянных и кварцевых капиллярных колонках в анализе сложных смесей ПАУ, позволяющих выработать рекомендации по использованию такого варианта газохроматографического метода в исследованиях ПАУ в объектах загрязнения природной среды.
Для проведения газо-хроматографических анализов ПАУ была приготовлена серия металлических капиллярных колонок с полисилоксановыми неподвижными фазами.
Для этой цели использовали капиллярные трубки из медных сплавов и нержавеющей стали длиной от 10 до 50 м с внутренним диаметром 0,2-0,5 мм. Перед нанесением неподвижной фазы колонки тщательно промывали, пропуская со скоростью 0,04-0,05 мл/мин бензол (2-3 порции по 10 мл), І 5&-ШЙ водный раствор детергента "Лотос" (10 мл), дистиллированную воду (3 раза по 10 мл), метанол или этанол, ацетон, этилацетат, хлороформ, бензол, гексан и растворитель неподвижной фазы (эфир, бензол) по одной порции объемом 10 мл.
После пропускания каждого растворителя колонку продували азотом в течение 15-20 мин, а после окончания цикла промывки сушили в токе сухого и чистого азота в течение 1-2 ч. при давлении на входе 2-4 кПа и температуре 20 С. Аналогичный метод промывки был применен в работе / 179 /.
Неподвижные фазы наносили на внутренние стенки капилляров динамическим способом, пропуская 2 мл раствора неподвижной фазы в подходящем растворителе в концентрации 3-7 % через промытый и высушенный капилляр. Для поддержания постоянной скорости во время прохождения раствора неподвижной фазы через капилляр, на его выходе присоединяли балластный отрезок капилляра того же диаметра длиной 10-15 м. При оптимальной скорости движения раствора в капилляре, равной 0,04-0,05 мл/мин, продолжительность нанесения неподвижной фазы на капилляр длиной 20-50 м составляла 5-6 ч. После нанесения неподвижной фазы капилляр продували слабым током азота при давлении на входе 1-2 кПа в течение 5-6 ч. при температуре 20 С, а затем 5-6 ч. при температуре, превышающей рабочую на 20-25 С.
Качество полученных ігаїгалляршх колонок проверяли на примере разделения смеси н-алканов CJQ-CJ И искусственной смеси углеводородов ряда ПАУ: флуорена, фенантрена, антрацена, пирена, хризена, бенз(а)пирена в бензольном растворе. Концентрация этих углеводородов в контрольной смеси составила 3-7 г/л.
Разделение проводили на хроматографе "Цвет-4" с пламенно-ионизационным детектором в изотермическом режиме при температуре колонки 230-270 С, температуре испарителя 35иС.Объем вводимой пробы растворов ПАУ составлял 0,5-1 мкл, коэффициент деления потока от 1:10 до 1:100, Скорость газа-носителя (азота) изменялась в разных опытах от I до 4 мл/мин, в зависимости от величины входного давления.
