CC BY
2
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1991 УДК 614.71-074:543.54-1
В. И. Ляшенко, В. Н. Чекаль, Г. П. Трухан
ФЛЕШ-ДЕСОРБЦИЯ — АЛЬТЕРНАТИВА СУЩЕСТВУЮЩИМ СПОСОБАМ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ МИКРОПРИМЕСЕЙ ИЗ СОРБЕНТОВ ПРИ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ЗАГРЯЗНЕННОГО ВОЗДУХА
Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева
Проблема комплексного влияния химических факторов окружающей среды, и в том числе полимерных и лакокрасочных материалов, на формирование здоровья населения приобретает в последние годы все большую значимость. В этой связи возникают задачи, связанные с оценкой качества воздушной среды с применением доступных физико-химических методов исследования.
Наиболее часто применяемый способ газохроматографи-ческого анализа загрязненного воздуха сочетает неравновесное фронтальное концентрирование микропримесей на различного рода сорбентах [1].
Экстракция накопленных микропримесей из используемых сорбентов подходящим растворителем — один из наиболее простых приемов извлечения микропримесей для их последующего газохроматографнческого анализа [2, 7, 14, 16, 19]. К недостаткам газохроматографнческого анализа микропримесей таким способом следует отнести высокий определяемый минимум, что связано с анализом аликвотной части жидкой пробы, неполноту экстракций, а также возможность перекрывания хроматографических зон выхода примесных компонентов экстрагентом.
Термодесорбция как способ извлечения микропримесей лишена указанных выше недостатков. Однако, как правило, стадия термодесорбции осложнена высокой сорбцнонной активностью применяемых сорбентов, что выражается в размывании начальной хрематографической зоны выхода анализируемых компонентов. Для устранения этого недостатка часто используют переконцентрирование микропримесей из пробоотборников в охлаждаемые капиллярные конденсоры [9, 18] или в концентраторы, содержащие небольшие навески сорбентов, с последующей экстракцией анализируемых компонентов растьорителем и газохроматографическим анализом аликвотной части жидкой пробы [6]. При этом возможны потеря примесных компонентов в пепрогревае-мых зонах, а также их превращение в результате длительного нагревания, что существенно влияет на воспроизводимость, точность и чувствительность анализа.
В качестве способа извлечения микропримесей альтернативного описанным выше приемам нами исследована возможность применения флеш'-десорбции для газохроматографнческого анализа загрязненного воздуха. Суть способа заключается в одномоментном вводе сконцентрированных на твердом сорбенте органических микропримесей в аналитическую колонку, что препятствует размыванию зоны их выхода при газохроматографическом анализе. Это достигается за счет быстрой тепловой десорбции анализируемых компонентов в течение короткого промежутка времени, чему, как правило, благоприятствуют небольшие навески применяемых сорбентов, характеризующиеся отсутствием специфических взаимодействий, с сорбируемыми веществами. При этом также используют специальные термодесорберы. частично описанные в работе [15], и устройства для непосредственного ввода анализируемой пробы в хроматограф [11].
Температура тепловой десорбции в зависимости от природы анализируемых примесей может колебаться в широких пределах вплоть до 440 °С. При этом деструкции органических веществ при указанной температуре и кратковременном нагревании высокотемпературных сорбентов не наблюдается [10].
1 Fleshen (англ.) — быстро протекать.
Флеш-десорбцию в сочетании с прямым газохромато-графическнм анализом применяли в некоторых частных случаях, например для анализа метилсалицилата и его 2,2-дихлорэтнлового эфира [5], а также моноэгаиолэти-лендиамина [4] в воздушной среде.
Однако загрязненная воздушная среда является сложным по компонентному составу объектом, и поэтому представляло интерес изучить практические возможности описываемого способа анализа.
С этой целью мы провели лабораторные и натурные исследования, используя в качестве сорбента графитиро-ванную сажу «Стерлинг 3000 МТ». Близкие по своим сорб-ционным свойствам сорбенты, например карбохром [3] и карбопак В [8], применяли ранее для анализа загрязненного воздуха.
Поскольку флеш-десорбцня микропримесей может быть обеспечена с небольших навесок сорбентов, мы исследовали сорбционную активность пробоотборников, содержащих 320, 270, 150 и 80 мг изучаемого сорбента зернением 0,1—0,25 мм.
Практика использования небольших навесок сорбентов уже имела место при определении в воздушной среде, например, метилового и бутилового спиртов (активированный уголь БАУ, навеска 200 мг) [2]. ароматических и галоидированных углеводородов (тенакс GC — 130 мг) [12|, этнлформиата (активированный уголь — 50 мг) [13], нитрометана (активированный уголь — 150 мг) [ 14], а также 2-этнлгексанона (хромосорб 102—100 мг) [17].
Полноту сорбции микропримесей пробоотборниками с указанными выше навесками сорбента исследовали при скоростях аспирации искусственной газовоздушной смеси 300 и 500 см3/мин. Смесь готовили газодинамическим методом. Термодесорбцию накопленных компонентов изучали при нагревании пробоотборников от 20 до 360 °С в течение 45 с и одновременном прохождении через них потока гелия со скоростью 43 мл/мин. При таких условиях десорбирования изменения качественного и количественного состава искусственной парогазовой смеси представленных в таблице веществ не наблюдалось, что подтверждается результатами масс-спектрометрическнх и газохроматографнческнх исследований эталонной и десорбированной смеси компонентов.
Пробоотборник представлял собой трубку из лабораторного стекла длиной 180 мм и внутренним диаметром 3 мм. Для ввода десорбированной пробы микропримесей через испаритель хроматографа в аналитическую колонку использовали специальную съемную иглу, а для включения пробоотборника в газовую схему прибора (газовый хроматограф модели «Цвет-100») — штуцер-переходник. Пробоотборник крепили к указанным деталям с помощью резьбовых гаечных зажимов, имеющих силиконовые резиновые прокладки. При проведении термодесорбции, переключение газового потока из аналитической колонки на пробоотборник осуществляли с помощью двухходового крана.
Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что пробоотборники с навесками сорбента 80 и 150 мг не обеспечивают полной сорбции микропримесей из воздуха.' Что касается навесок сорбента 320 и 270 мг, то в изученном интервале концентраций микропримесей наблюдается их полная сорбция. Однако полнота десорбции микропримесей с увеличением навески сорбента ухудшается.
Сорбционные характеристики пробоотборников с различными навесками графитированной сажи «Стерлинг 3000 МТ», Л1±/л
Интервал Сорбция, % Десорбция, %
Исследуемьй компонент исследуемых концентраций, навеска сорбента, мг
мг/м* 150 80 320 270
Формальдегид 0,55—0,063
н-Пентан 0,31—0,040
Пропионовый альдегид 0,35-0,022
н-Гексан 0,90-0,012
н-Бутан 0,44—0,005
Метилбутилкетон 0,66—0,078
н-Октан 0,24—0,023
Этилбензол 0,47—0,038
Стирол 0,24—0,029
4-Метилпнридин 0,19-0,070
Амилацетат 0,44—0,054
Пропилбензол 0,16—0,001
Мезитилен 0,24—0,004
Псёвдокумол 0,35-0,016
Гемеллитол 0,18-0,045
Фенол 0,34—0,004
2-Метилинден 0,10-0,002
Ундекан 0,15-0,014
м,п-Крезол 0,12-0,040
Тетралин 0,16—0,018
Нафталин 0,13—0,001
43,9± 1,0 10,5±0,9 89,7±5,0 95,3±3,4
41,4± 1,5 7,5±0,7 76,3±2,5 85,2±4,2
56,6±2,4 29,9±0,8 92,7±2,0 100±3,4
40,6±2,6 25,7±0,4 90,3±1,5 97,3±4,2
86,6±1,3 80,2±0,3 90,0±3,0 100±4,8
73,8±3,7 58,7±1,0 92,0±2,0 95,4 ±3,2
76,7±2,3 62,6±0,6 90,7±2,1 93,3±3,1
63,2±2,8 42,3± 1,0 87,0±2,0 95,4 ±3,2
73,3±0,7 56,3±0,4 90,0±3,0 98,0±3,2
80,9±2,1 67,7±0,4 87,7±2,5 97,5±3,8
95,3±3,0 92,1 ±0,1 82,0±3,6 95,1 ±2,4
87,3±3,9 79,1 ±0,2 83,7±4,0 100±3,6,
62,1 ±4,2 38,8±0,4 93,0±3,6 98,1 ±2,4
71,2±0,6 51,7±3,2 91,3±2,5 100±3,6
74,0±3,6 58,1 ±0,1 86,3±5,0 97,2±3,4
86,2±2,6 73,9±4,4 85,0±5,0 100±4,2
80,1 ±2,8 68,1 ± 1,6 90,0±4,6 98,6±4,2
85,4±2,1 74,6±0,5 93,3±4,8 95,2±4,2
92,3±3,0 ' 88,2± 1,7 71,7±2,1 89,1 ±3,6
62,7±2,4 39,2± 1,2 70,0± 1,5 91,0±2,5
68,3±5,1 51,0±4,2 68,1 ±4,2 81,2±3,4
Последующие измерения позволили установить, что приемлемой для практического применения в анализе загрязненного воздуха является навеска сорбента 210 мг, обеспечивающая на 96 % сорбцию н-гексана при скорости аспирации воздуха 300 мл/мин и на 98 % десорбцию нафталина.
Объективно оценивая испытанный нами способ анализа загрязненного воздуха, необходимо отметить, что существенным его недостатком является сложность идентификации анализируемых компонентов из-за их многочисленности.
В собственных исследованиях воздушной среды жилых квартир и помещений детских учреждений идентификацию анализируемых компонентов проводили по результатам масс-спектрометрических исследований, выполненных на приборе МХ-1320 с использованием переконцентрирования, а также по показателям времени удерживания и теплоты взаимодействия с неподвижной фазой измеренных в режимах программирования температур от 50 до 150 и от 70 до 170 °С со скоростью 4 и 8 °С/мин соответственно.
Количественные расчеты хроматограмм осуществляли относительно толуола с учетом весовых поправочных коэффициентов, найденных при анализе растворов с известной концентрацией анализируемых компонентов в бензиловом спирте (от н-пептана до фенола включительно); для других, более высококипящих веществ использовали их эта-нольные растворы.
Испытанный нами способ анализа характеризуется высокой чувствительностью и удовлетворительной воспроизводимостью результатов. При определяемом минимуме 0,001 мкг в анализируемой пробе (по нафталину) стандартное отклонение не превышало 15 %. Сходимость времени удерживания индивидуальных компонентов как в изотермическом режиме, так и в режиме программирования составляло 2—3 с.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что в изученном интервале концентраций флеш-десорбция в сочетании с газохроматографическим анализом может быть использована для контроля загрязнения воздушной среды. Что касается интервала концентраций загрязняющих воздушную среду компонентов в связи с применяемой навеской сорбента, то эта особенность может быть. скорректирована объемом пробы отбираемого воздуха.
В заключение следует отметить, что сложности, возникающие при идентификации микропримесей, загрязняющих воздушную среду, вряд ли могут быть успешно преодолены практической службой без применения пока еще мало доступных специальных физико-химических методов исследования.
Однако изученный нами газохроматографическнй анализ в сочетании с флеш-десорбцией успешно можно применять для определения в воздушной среде заранее выбранных наиболее приоритетных в гигиеническом отношении химических веществ.
Литература
1. Другое 10. С., Бс'резкин В. Г. Газохроматографическнй анализ загрязненного воздуха.— М., 1981.
2. Другое Ю. С., Муравьева Г. В. // Журн. аиалит. химии.— 1982,— Т. 37, № 7,— С. 1302—1308.
3. Исидоров В. А., Зенкевич И. Г., Иоффе Б. В. // Докл. АН СССР,- 1982,- Т. 264, № 4,- С. 893-897
4. Чекаль В. Н., Филоненко Г. В., Климович Е. А. // Гиг. и сан,— 1985.— № 9,— С. 55—57.
5. Alder J. F„ Hildebrand E. A., Sykes J. A. W. // Analyst.— 1985,- Vol. 110, N 1,— P. 769—773.
6. Alias E. L.. Sullivan K. F.. Giam C. S. // Analyt. Chem.— 1985.— Vol. 57, N 12.- P. 2417-2419.
7. Andersson K., Gudelm A., Levin J.-O., Nilsson C.-A. // Chemosphere.— 1982,— Vol. 11, N I.— P. 3—10.
8. Bertoni G., Pevvino C., Liberrti A. // Analyt. Lett.— 1982.- Vol. A—15, N 12,- P. 1039-1050.
9. Bortoli M., Pecchio E. // J. High. Resolut. Chromatogr. Commun.— 1985.,- Vol. 8, N 8,— P. 422—425.
10. Colenull B. A., Thorpurn S. 11 Chromatography.— 1919.— Vol. 12, N 8,- P. 519—522.
11. Fowler W. K., Dufiey С. H.. Miller //. C. // Analyt. Chem.-1979,— Vol. 51, N 14. - P. 2333—2336.
12. lark A. I., Mclnlyre A. E., Lester J. N.. Perry R. // J. Chromatogr.— 1982,— Vol. 252,— P. 147—157'
13. Kaspura B. // Pv. Cent. inst. ochr. pr.— 1984.— Vol. 34, N 123,- P. 243-250.
14. Miarek-Kula M. 11 Ibid.—1985,—Vol. 35, N 124.
15. Miksche G„ Mohr Т., Г rummer I.. Wolf A. // Osterr. Chem.- Z.- 1986 - Bel 87, N 4,- S. 110-113.
16. Olson R., Williams D. Т.. Bolhwell P. D. // Amer. industr. Hyg. Ass. J.— 1983,— Vol. 44, N 7,— P. 489—494.
17. Russo J., Que H„ Shane S. // Analyt. Chem.— 1983.--Vol. 55, N 2.— P. 400—403.
18. Termonia M., Alaersl G. // J. Chromatogr - 1985.— Vol. 328,— P. 367-371.
19. Tocksteinova D.. Komarek K.. Markova D., Churacek J. // Sb. ved pr. VSCHT Pardubice.— 1981,— Vol. 44.
Поступи.™ 27.11.89
