Метод колоночной хроматографии с ИК-спектрофотометрическим окончанием
Метод основан на экстрагировании нефтепродуктов из воды четыреххл о ристым уг леродом , хроматогра ф ическим отделении их от соединений других классов в колонке , заполненной активной окисью алюминия и последующем определении оптической плотности полученного раствора на инфракрасном спектрофотометре в интервале длин волн 2700-3100 см -1 . Линейная зависимость между оптической плотностью и концентрацией нефтепродуктов сохраняется при содержании нефтепродуктов в пробе от 0 до 1 мг .
Минимальная определяемая концентрация 0,05-0,1 мг / л . Продолжительность анализа - 3,5 ч . На точность определения влияет чистота посуды и реактивов . Посуду предварительно следует вымыть четыреххлористым углеродом . Реактивы и растворитель должны быть очищены .
Поскольку нефтепродукты подвержены биохимическому окислению , они должны быть отэкстрагированы из воды сразу после отбора пробы . Экстракты хранятся 7-1 0 суток .
Аппаратура и оборудование :
1. Инфракрасный спектрофотометр типа UR -20, ИКС -14, ИКС -22, Specord - UR -71.
2 . Кюветы с толщиной слоя 50 мм - 2 шт .
3. Аппарат для встряхивания жидкостей АВУ -1 или стеклянная мешалка .
4. Аппарат Сокс л ета вместимостью 250-500 мл .
5. Колонка хроматографическая со стеклянным пористым фильтром № 1 d = 1 см , L = 25 см - 6 шт .
6. Колонка для очистки CCl 4 d = 5 см , L = 50 см .
7. Муфельная печь .
8. Сушильный шкаф .
9. Штативы - 6 шт .
10 . Склянки с притертыми пробками или кранами и делительные воронки на 2 л - 6 шт .
11. Цилиндры мерные : 50 мл - 6 шт .; 10 мл - 6 шт .
12. Колбы мерные 100 мл - 6 шт ., 50 мл - 6 шт .
13. Колбы конические с притертыми пробками 50 мл - 12 шт .
14. Пипетки 1 мл - 3 шт ., 5 мл - 3 шт .
15. Часовые стекла d = 5 см - 6 шт .
Реактивы :
1. Окись алюминия Al 2 O 3 , безводная , ч . д . а .
Сорбент просеивают через сито 0,1 мм и очищают обработкой четыреххлористым углеродом в аппарате Сокслета в течение 14 ч . Перед употреблением реактив прокаливают при 6 00°С в течение 4 ч .
2. Четыреххлористый углерод СС l 4 , х . ч .
Проверяют чистоту каждой партии на поглощение в области длин волн 2700-3100 см -1 . Для сравнения используют CCl 4 , предварительно высушенный безводным сульфатом натрия , перегнанный при температуре 7 6 ,7 °С и пропущенный через колонку , наполненную прокаленной окисью алюминия . При наличии примесей всю партию очищают . Для этого к 1л CCl 4добавляют около 10 г безводного сульфата натрия , декантируют , перегоняют , отбирая фракцию с температурой выкипания 7 6 ,7-7 6, 8 °С и пропускают через колонку с окисью алюминия .
3. Сернокислый натрий ( Na 2 SO 4 ) безводный , х . ч .
Перед употреблением высушивают при 120 °С в течение 8 ч .
4 . Изооктан C 8 H 18 , х . ч .
5. Гексадекан C 16 H 34 , х. ч.
6. Бензол C 6 H 6 , х . ч .
7. Стандартные растворы искусственной смеси углеводородов гексадекан - изооктан - бензол :
а ) основной стандартный раствор . Отбирают пипеткой 3,75 мл гексадекана , 3,75 мл изооктана и 2,5 мл бензола. Смесь перемешивают , отбирают 1 мл и растворяют в четыреххлористом углероде в мерной колбе на 100 мл ; 1 мл раствора содержит 7,6 мг нефтепродуктов ( смеси углеводородов );
б ) рабочий стандартный раствор : 0,5 мл основного раствора разбавляют четыреххлористым углеродом в мерной колбе на 100 мл . 1 мл полученного раствора содержит 0,038 мг нефтепродуктов .
8. Фильтровальная бумага .
9. Стеклянная вата . Вату очищают промыванием четыреххлористом углеродом .
Построение градуировочного графика .
В мерные колбы вместимостью 50 мл приливают 0; 6,6; 13,1; 19,7; 25,0 мл рабочего стандартного раствора искусственной смеси углеводородов в СС l 4и доводят объем до метки СС l 4 . Концентрации растворов соответственно равные 0; 0,005; 0,010; 0,0150; 0,0190 мг / мл ( содержание в колбах соответственно : 0; 0,25; 0,50; 0,75; 0,95 мг ). Измеряют оптическую плотность полученных растворо в в кюветах с толщиной слоя 50 мм и строят градуировочный график , откладывая по оси абсцисс содержание нефтепродуктов в мг , а по оси ординат - соответствующую оптическую плотность .
Подготовка хроматографической колонки .
6 г безводной окиси алюминия помещают в стакан на 50 мл, приливают 10-15 мл CCl 4 , смесь перемешивают и переносят в колонку , кран которой при этом держат открытым . Несколько раз ополаскивают стакан СС l 4 ( примерно по 5 мл ). Поверх окиси алюминия помещают кусочек стеклянной ваты для предотвращения взмучивания . Подготовленную колонку используют один раз .
Ход определения.
Пробу воды объемом 2 л помещают в делительную воронку , добавляют 25 мл СС l 4и смесь экстрагируют 30 минут , затем отстаивают 15-20 минут до полного разделения слоев . Слой четыреххлористого углерода сливают в коническую колбу с притертой пробкой . К экстракту добавляют 5 г безводного сульфата натрия и сушат его в течение 30 минут . Экст ра кт сливают через фильтр в другую колбу с притертой пробкой , не допуская попадания в него сульфата натрия . Колбу с сульфатом натрия и фильтр ополаскивают двумя порциями ( по 2 мл ) CCl 4 . Экстракт перемешивают и пропускают через колонку с окисью алюминия со скоростью 0, 3 мл / мин . Колонка должна быть прикрыта часовым стеклом во избежание улетучивания углеводородов . Элюат собирают в мерный цилиндр , доводят объем до 50 мл четыреххлористым углеродом и измеряют оптическую плотность полученного раствора на инфракрасном спектрофотометре в интервале длин волн 2700-3100 см -1в кюветах с толщиной слоя 50 мм . Одну кювету заполняют СС l 4 , предварительно пропущенным через коленку с окисью алюминия , другую - исследуемым раствором .
Содержание нефтепродуктов рассчитывают по формуле :
(9.4)
где С - содержание нефтепродуктов , найденное по градуировочному графику , мг ;
У - объем пробы, мл .
Тетраэтилсвинец
Метод основан на цветной реакции иона свинца с сульфарсазеном , в результате которой образуется окрашенное соединение . Интенсивность окраски пропорциональна содержанию свинца . Мешающее влияние ионов других металлов ( Zn +2 , Fe +3и др .) устраняют добавлением « маскирующих » реагентов : железистосинеродистого калия и щавелевокислого аммония .
Метод включает в себя следующие операции :
- извлечение тетраэтилсвинца из сточной воды хлороформом ( четыреххлористым углеродом , гексаном и т . п .);
- разрушение его иодом при нагревании с образованием йодистого свинца ;
- сжигание или разложение органических примесей ;
- перевод соли свинца в уксуснокислый свинец ;
- реакция взаимодействия его в слабощелочной среде ( рН =8,0-9,0) с сульфарсазеном ;
- определение интенсивности окраски полученного соединения фотоколориметрически или сравнением со шкалой стандартов .
Чувствительность метода - 0,002 мг тетраэтилсвинца в анализируемом объеме .
Аппаратура :
фотоэлектроколориметр с набором кювет ;
муфельная печь ;
колбы мерные с пришлифованной пробкой на 50, 100, 250, 500, 1000 мл ;
пипетки градуированные и с одной меткой на 1, 2, 5, 10, 15 , 20, 50 мл ;
микробюретки и бюретки на 2,5; 25; 50 мл ;
цилиндры измерительные вместимостью 25, 100, 250, 500, 100 0 мл ;
пробирки колориметрические с пришлифованной пробкой на 10 и 20 мл ;
воронки делительные вместимостью 250, 500, 1000 мл ;
чашки выпарительные на 100 мл ;
эксикатор ;
колба перегонная ;
баня водяная на шесть гнезд ;
воронки химические диаметром 3 0 и 60 мм ;
фильтры беззольные « синяя лента » диаметром 50 мм и « белая лента » диаметром 70 мм .
Реактивы :
1. Аммоний уксуснокислый , х . ч. , 3 %- ный водный раствор .
2 . Аммоний щавелевокислый , х . ч ., 5 % - ный водный раствор .
3. Дитизон ( дифенилтиокарбазон ),0,01 % - 0,001 % - ный раствор в хлороформе или четыреххлористом углероде . Навеску 0,01 г ди тизона растворяют в 100 мл хлороформа или четыреххлористого углерода . Для приготовления 0,001 % - ного раствора 10 мл полученного 0,01 % - ного раствора разбавляют растворителем до 100 мл . Растворы хранят в затемненной полиэтиленовой посуде на холоде . Срок хранения 0,01 % - ного раствора не более 3 недель .
4. Иод металлический , 5 %- ный раствор .
Навеску 40 г иода растирают в ступе с 7 г иодистого калия и 14 г окиси кальция и возгоняют при медленном нагревании в широкогорлой конической колбе на 250 мл , в которую вставлена на пробке пробирка с холодной водой . Пробирку периодически меняют , снимают с нее кристаллы иода концом стеклянной трубки . При смене пробирки колбу немного охлаждают . Возгонку прекращают , когда в колбе остается небольшое количество паров иода . Перекристаллизацию проводят 1-2 раза . Очищенный и перекристаллизованный иод собирают в бюксе , сушат в эксикаторе над едким калием ( в течение ночи ); 25 г осушенного иода растворяют в 300-400 мл ректификованного или перегнанного гидролизного спирта и доводят объем раствора до 500 мл спиртом .
5. Калий железистосинеродистый , свежеприготовленный 1%- ный раствор .
В дистиллированной воде растворяют 1 г железистосинеродистого калия K 4 Fe ( CN )6 × 3 H 2 O и доводят объем до 100 мл .
6. Калий иодистый .
7. Окись кальция . При отсутствии готовой окиси кальция прокаливают углекислый кальций в муфеле при температуре 650-700 °С до появления щелочной среды при растворении полученной окиси кальция в воде .
8. Кислота соляная , х . ч .,0,1 н. и 2,0 н . растворы ( фиксаналы ).
9. Кислота соляная концентрированная , х . ч .
10. Кислота азотная концентрированная , х . ч .
11. Царская водка . Приготавливают перед применением путем смешения азотной и соляной концентрированных кислот в соотношении 1:3.
12. Кислота серная концентрированная , х . ч .
13. Натрий тетраборнокислый ( бура ),0,05 молярный водный раствор .
В небольшом количестве свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной воды растворяют 19,07 г тетраборнокислого натрия ( х . ч ., ч . д . а . или перекристаллизованного ) и доводят объем в мерной колбе до 1 л .
14. Сульфарсазен (плюмбон ИРЕА), 0,05 %- ный раствор в 0,05 молярном растворе тетраборнокислого натрия. В 100 мл 0,05молярного раствора тетраборнокислого натрия растворяют 0,05 г сульфарсазена.Раствор должен храниться в затемненном месте не более двух недель.
15. Хлороформ или четыреххлористый углерод, х. ч. или ч. д. а.
16. Спирт этиловый ректификованный.
17. Вода дистиллированная.
18. Основной стандартный раствор азотнокислого свинца.
Навеску 1,0240 г азотнокислого свинца ч. д. а.,перекристаллизованного и высушенного до постоянной массы при температуре100-105°С, переносят в мерную колбу объемом 1 л, растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют одну-две капли концентрированной азотной кислоты (до растворения образовавшейся мути), доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают содержимое колбы; 1 мл основного раствора соответствует 1 мг тетраэтилсвинца.
19. Рабочий стандартный раствор № 1: 5мл основного стандартного раствора разбавляют в мерной колбе до объема 0,5 л раствором 3 % - ного уксуснокислого аммония; 1 мл полученного раствора соответствует 0,01 мг тетраэтилсвинца.
20. Рабочий стандартный раствор № 2: 10мл основного стандартного раствора разбавляют в мерной колбе до объема 0,5 л раствором 3 % - ного уксуснокислого аммония; 1 мл полученного раствора соответствует 0,02 мг тетраэтилсвинца.
Рабочие стандартные растворы № 1 и № 2 готовят непосредственно перед приготовлением шкалы и построением градуировочного графика.
Приготовление шкалы стандартов и построение градуировочного графика .
В шесть колориметрических пробирок последовательно вносят из микробюретки 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 мл рабочего стандартного раствора азотнокислого св и нца № 1, а в седьмую - 2,0 мл рабочего стандартного раствора № 2. Это соответствует содержанию тетраэтилсвинца 0,002; 0,005; 0,010; 0,015; 0,020; 0,030; 0,040 мг . Объем раствора в пробирках доводят 3 %- ным уксуснокислым аммонием до 3 мл , добавляют в них 0,2 мл 0,1 н . раствора соляной кислоты и доводят 0,05 молярным раствором тетраборнокислого натрия объем в пробирках примерно до 8,5 мл . Затем добавляют 0,2 мл свежеприготовленного 1 % - ного раствора железистосинеродистого калия , 0,3 мл 5 % - ного раствора щавелевокислого аммония , 0,5 мл 0,05 % - ного раствора сульфарсазена и доводят объем в пробирках до 10 мл раствором буры . После прибавления каждого раствора их содержимое перемешивают .
Одновременно со шкалой готовят контрольный раствор (« нулевой »), в котором тетраэтилсвинец отсутствует . Для этого в пробирку вносят 3 мл 3 %- ного уксуснокислого аммония и добавляют все остальные растворы , как указано выше . Шкала сохраняется в течение суток .
При фотоколориметрическом определении через 20 мин измеряют оптическую плотность окрашенных растворов по отношению к контрольному , используя зеленый светофильтр ( λ = 515 нм ) и кюветы с толщиной исследуемого слоя 20 мм .
На основании полученных данных строят градуировочный график , откладывая по оси абсцисс содержание тетраэтилсвинца в стандартных растворах ( мг ), а по оси ординат - соответствующую им оптическую плотность .
Градуировочный график пр ов еряют раз в два месяца , При смене реактивов , а также в случае ремонта фотоколориметра ш калу стандартов колориметрируют заново .
Подготовка к анализу .
Анализ проводится с тетраэтилсвинцом концентраций 10-3- 10-6г / л , поэтому необходимо тщательно очищать посуду от следов свинца и тетраэтилсвинца .
Чисто вымытую посуду заливают хромовой смесью ( выпарительные чашки и колориметрические пробирки выдерживают не менее часа ), промывают водой , содой , дистиллированной водой , сушат и проверяют на чистоту дитизоном . Для этого наливают 2-3 мл 0,001 % - ного раствора дитизона , ополаскивают им посуду , дают постоять 2 мин и окрашенный раствор сливают .
При изменении окраски посуду очищают дитизоном , пока его цвет не перестанет изменяться . После этого посуду промывают чистым растворителем ( хлороформом или четыреххлористым углеродом ) и дистиллированной водой .
Пробу сточной воды тщательно перемешивают . В зависимости от предполагаемого содержания тетраэ т илсвинца ( ТЭС ) для анализа в делительную воронку берут объем воды , руководствуясь табл .9.2.
Таблица 9.2
| Содержание ТЭС , мг / л | Объем пробы сточной воды , мл |
| До 0,04 | |
| От 0,04 до 0,1 | |
| От 0,1 до 1,0 | |
| От 1,0 до 5,0 |
Если сточная вода сильно загрязнена органическими примеся ми, в делительную воронку добавляют коагулянт - сернокислый алю миний из расчета 0,2-0,3 г / л .
Если при экстрагировании тетраэтилсвинца получается экстракт темно-желтого цвета,сточную воду перед экстрагированием обрабатывают 1 % - ным раствором едкого калия до рН = 10 (8-16 мл раствора на 1 л сточной воды, перемешивают и выдерживают в течение 10-20 мин.).
Ход определения.
К сточной воде в делительной воронке добавляют 25 мл хлороформа, энергично перемешивают в течение 3-5 мин и ставят на отстаивание до разделения слоев.После отстоя нижний слой (раствор тетраэтилсвинца в хлороформе) сливают через бумажный фильтр «белая лента» в мерную колбу вместимостью 100 мл.Экстрагирование повторяют еще 3 раза порциями хлороформа по 25 мл, фильтр промывают хлороформом. Профильтрованный экстракт и хлороформ от промывки фильтра собирают в ту же колбу, доводят объем до метки хлороформом, после чего тщательно перемешивают содержимое колбы.
При содержании тетраэтилсвинца менее 0,04 мг/л профильтрованный экстракт сливают в фарфоровую чашку. В остальных случаях экстракт из мерной колбы отбирают пипеткой с помощью резиновой груши и переносят в фарфоровые выпарительные чашки в следующих количествах; при содержании тетраэтилсвинца 0,04-0,1 мг/л по 50 мл в 2 чашки;0,1-1,0 мг/л - по 20-30 мл в 3 чашки; 1,0-5,0 мг/л - по 10 мл в 3 чашки.
Анализируемый объем экстракта должен содержать 0,002-0,04 мг тетраэтилсвинца.
Для разложения тетраэтилсвинца к экстракту в фарфоровых чашках прибавляют по 4 мл 5 % - ного спиртового раствора иода; спустя 2-3 мин. устанавливают чашки на горячую водяную баню. При закипании экстракта добавляют еще по 2 мл 5 % - ного раствора иода и выпаривают содержимое чашек досуха.
Для разложения образовавшейся пленки органических примесей в каждую чашку добавляют по 1 мл свежеприготовленной царской во дки , перемешивают , поворачивая чашку , а затем выпаривают со д ержимое чашек на закрытой электроплитке при температуре не вы ше 4 00°С , оставляя на дне чашки одну - две капли жидкости . В процессе анализа нужно следить , чтобы в чашки не попали примеси металлов . Для переноса чашек следует применять щипцы с резиновыми наконечниками .
Обработку царской водкой можно не про водить , если анализируется сточная вода , прошедшая очистные сооружения .
К остатку в каждой чашке приливают по 4 мл горячего 3 %- ного раствора уксуснокислого аммония , ставят чашки на керамическую электроплитку и , помешивая для растворения солей свинца , выпаривают их содержимое до 3-2,5 мл . После охлаждения раствор из чашек , не взмучивая осадка , переносят в градуированные колориметрические пробирки . Чашки дважды ополаскивают порциями по 2 мл 0,05 молярного раствора тетраборнокислого натрия , присоединяя промывной раствор к раствору в пробирках . Если раствор в фарфоровой чашке или пробирке м утный и содержит всплывшие частицы осадка , его фильтрую т в градуированную пробирку через фильтр « синяя лента », помещенный в химическую воронку d = 30 мм и предварительно промытый 3 % - ным раствором уксуснокислого аммония . После фильтрации фильтр промывают из бюретки раствором тетраборнокислого натрия , сливая раствор в ту же градуированную пробирку .
Если анализируемая вода сильно загрязнена смесью нефтепродуктов , то после выпаривания хлороформного экстракта с раствором иода может образоваться остаток , плохо разрушаемый царской водкой и препятствующий растворению Pb +2 . В этом случае остаток обрабатывают 1 мл концентрированной серной кислоты для окисления органических веществ , выпаривают досуха ( до прекращения выделения белых паров ) на керамической электроплитке , после чего сухой остаток осторожно прокаливают в муфеле при температуре 450-500 °С во избежание улетучивания солей свинца до озоления остатка .
Остаток в чашках растворяют в уксуснокислом аммонии , как указывалось выше , промывают раствором тетраборнокислого натрия , собирая р ас твор в колориметрические пробирки .
В пробирки вносят из микробюретки по 0,2 мл 0,1 н . раствора соляной кислоты ,0,05 молярного раствора тетраборнокислого натрия до объема 8,5 мл , добавляют по 0,2 мл свежеприготовленного 1 % - ного раствора железистосинеродистого калия , 0,3 мл 5 % - ного раствора щавелевокислого аммония , 0,5 мл 0,05 % - ного раствора сульфарсазена и доводят объем до 10 мл раствором тетраборнокислого натрия . После добавления каждого раствора содержимое пробирок перемешивают .
Одновременно готовят « нулевой » раствор . Для этого в градуированную пробирку вносят 3 мл 3 %- ного раствора уксуснокислого аммония и добавляют все остальные растворы , как указывалось выше .
Через 20 мин . определяют оптическую плотность исследуемых растворов на фотоэлектроколориметре в сравнении с «нулевым » раствором . По величине оптической плотности с помощью градуирово чног о графика определяют содержание тетраэтилсвинца в анализируемом объеме экстракта .
Одновременно с анализом сточной воды определяют « поправку » на реактивы . Для этого ставят « холостой опыт » - проводят три контрольных определения с объемом хлороформа , равным объему экстракта , отбираемого на анализ из мерной колбы .
За оптическую плотность в « холостом о пыте » принимают среднеарифметическое из результатов трех определений. По градуировочному графику находят « поправку » на реактивы в миллиграммах тетраэтилсвинца .
При визуальном колориметрировании содержание тетраэтилсвинца определяют путем сравнения интенсивности окрашивания растворов исследуемых и « холостого опыта » со шкалой стандартов . Интенсивность окрашивания рассматривается сверху вниз на белом фоне .
Расчет .
Содержание тетраэтилсвинца в сточной воде ( в мг / л ) как при фотометрическом , так и при визуальном колориметрировании вычисляют по формуле :
(9.5)
где с - содержание тетраэтилсвинца в анализируемом объеме экстракта , в мг ;
а- поправка на содержание свинца в реактивах, в мг;
У - объем сточно й воды , взятой на анализ , в мл ;
У1- общий объем хлороформного экстракта , в мл ;
У2- объем экстракта , взятый для анализа , в мл ;
1000 - коэффициент для пересчета на 1 л сточной воды .
Допустимое расхождение между результатами параллельных определений при содержании тетраэтилсвинца выше 0,01 мг / л не более 15 % от среднеарифметического результата , если анализ проводится с царской водкой или ускоренным способом ( без обработки царской водкой или серной кислотой ), и не более 2 0 %, если анализ проводится с обработкой серной кислотой и прокаливанием . При содержании тетраэтилсвинца 0,01 мг / л и менее оно не должно превышать 0,0025 мг / л .