Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ МАССОВОЙ ДОЛИ НЕФТЕПРОДУКТОВ В КВАРЦЕВОМ ПЕСКЕ

Изобретение относится к способам изготовления стандартных образцов состава для оперативного и статистического контроля погрешности результатов измерений и направлено на повышение качества анализа при определении содержания нефтепродуктов в почвах, грунтах и донных отложениях. Указанный технический результат достигают тем, что способ изготовления стандартных образцов массовой доли нефтепродуктов в кварцевом песке включает очистку, промывание, высушивание и просеивание кварцевого песка; смешивание кварцевого песка с раствором нефтепродукта в легколетучем неполярном органическом растворителе; испарение растворителя при комнатной температуре и аттестацию полученного материала по массовой доле нефтепродуктов, что позволит осуществлять контроль методик выполнения измерений при определении содержания нефтепродуктов в почвах, грунтах и водных отложениях на всех стадиях анализа, включая стадии экстракции нефтепродуктов и очистки экстракта.

Изобретение относится к способам изготовления стандартных образцов состава для оперативного и статистического контроля погрешности результатов измерений, в частности к изготовлению стандартных образцов для метрологического обеспечения методик выполнения измерений при определении содержания нефтепродуктов в минеральных (пески, супеси, суглинки, глины), органогенных (торф, лесная подстилка), органо-минеральных почвах и донных отложениях.

Изобретение может быть использовано контрольно-аналитическими и метрологическими службами предприятий АПК, химической и других отраслей промышленности.

Известны различные способы изготовления стандартных образцов состава.

1. Изготовление стандартного образца природного материала.

Способ изготовления стандартного образца состава низинного торфа (RU 2482477, опубл. 20.05.2013) включает отбор материала в естественных условиях, сушку и измельчение, а также усреднение.

Способ получения стандартных образцов для поверки анализаторов состава зерна (SU 1733386, опубл. 15.05.1992) включает отбор проб зерна, составление смешанной пробы путем отбора равных по массе порций зерна по меньшой мере 10 сортов с последующим их перемешиванием до получения однородной смеси.

2. Изготовление стандартных образцов, состав которых отличается от состава природных материалов, включает определенные процедуры добавления необходимого компонента или удаления мешающего компонента.

Способ изготовления стандартных образцов состава дисперсных материалов, аттестованных по массовой доле воды (RU 2414692, опубл. 10.07.2009), включает предварительное нагревание используемого вещества для удаления адсорбированной воды и аттестацию содержащейся в используемом веществе химически связанной воды.

Недостатком всех вышеприведенных способов является невозможность получения стандартного образца с заданным содержанием интересующего компонента, выходящим за диапазон его содержания в природных материалах.

Известен способ изготовления образцов почвы, загрязненных нефтепродуктом, путем смешивания нефтепродукта с образцами чистой почвы, отобранными на той же местности, загрязнение которой анализируется (а.с. №1693480). Недостатками метода являются его невысокая достоверность из-за существующей зависимости полноты извлечения от сорбционных свойств субстрата (почв, грунтов и др.), вариабельность которых непостоянна даже у однотипных природных образований, а также малая стабильность образца, приводящая к постепенному снижению результатов определения нефтепродуктов как вследствие химических реакций с органическими компонентами почвы, которые приводят к реальному уменьшению их содержания, так и в результате прочной физической адсорбции на глинистых компонентах почвы, которая приводит к уменьшению их количества, экстрагируемого растворителями, используемыми в методиках выполнения измерений.

Основной задачей изобретения является создание стандартного образца, содержащего нефтепродукт, типичный для загрязнения сельскохозяйственных земель, и предназначенного для контроля качества измерений содержания нефтепродуктов в почвах в лабораториях АПК, а также других отраслей экономики, при обеспечении однородности свойств стандартного образца и его стабильности во времени.

Поставленная задача решается предлагаемым способом изготовления стандартных образцов состава дисперсных материалов, аттестованных по массовой доле нефтепродуктов, включающим аттестацию по массовой доле нефтепродуктов, в котором, согласно заявляемому техническому решению, к песчаной матрице добавляют раствор нефтепродукта в легколетучем неполярном органическом растворителе, который затем, после тщательного перемешивания, испаряют при комнатной температуре до полного испарения растворителя (в течение 5-7 дней). Полноту испарения контролируют взвешиванием сосуда с образцом.

Выбор песка в качестве твердой матрицы стандартного образца связан с тем обстоятельством, что нефтепродукты в почве взаимодействуют с ее органическими и глинистыми компонентами. Твердая фаза почвы состоит из частиц, различающихся по размеру, форме, природе (различные почвенные минералы, соли, гумус, а также растительные и животные остатки) и, следовательно, по адсорбирующей способности в отношении нефтепродуктов, что приводит к неравномерному распределению нефтепродукта между компонентами почвы. Поэтому в качестве твердой матрицы стандартного образца должен быть использован химически инертный однородный сыпучий материал, не реагирующий с нефтепродуктами. Возможные варианты: минеральный компонент сухой песчаной почвы после отмывания органических веществ, чистый кварцевый песок, дробленое стекло, керамика или другие инертные сыпучие материалы. При этом сыпучий материал должен быть подготовлен соответствующим образом: отмыт от возможных примесей, высушен и просеян сквозь сита для получения примерно равного размера частиц, чтобы обеспечить возможно более равномерные условия адсорбции нефтепродуктов на их поверхности. Кварцевый песок представляется наилучшим выбором, поскольку это однородный, химически стабильный материал (содержит до 99% оксида кремния SiO₂); в то же время песок является компонентом практически любой почвы (иногда основным компонентом) и его физические свойства аналогичны свойствам почвы.

Однородность материала стандартного образца и стабильность его метрологических характеристик в течение всего срока годности обеспечиваются использованием и предварительной подготовкой кварцевого песка. Он тщательно очищается от видимых загрязнений, отмывается от органических, а также пылевидных, глинистых и илистых примесей под струей водопроводной воды, высушивается до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре и просеивается через набор сит для отбора фракции от 0,1 до 0,5 мм. Полученный песок отличается высокой степенью чистоты и однородности по сравнению с образцами любых типов почв.

Однородность стандартного образца также обеспечивается использованием раствора нефтепродукта в органическом растворителе. Больший объем и меньшая вязкость раствора по сравнению с чистым нефтепродуктом позволяют достичь равномерного распределения нефтепродукта во всем объеме стандартного образца.

Стабильность стандартного образца также обеспечивается отсутствием взаимодействий нефтепродукта с твердофазной матрицей вследствие отсутствия в отмытом песке органических, пылевидных, глинистых и илистых материалов.

В качестве нефтепродукта используется моторное масло, которое предназначено для автотракторных дизелей и автомобилей КамАЗ, ЗИЛ и является, таким образом, основным нефтепродуктом, загрязняющим сельскохозяйственные земли. Для того чтобы приблизить результаты анализа стандартного образца к реальным уровням загрязнителя в почвах, содержание нефтепродукта в стандартных образцах может находиться в следующих диапазонах (млн^-1): 50-500; 500-2000; более 2000.

Растворитель для моторного масла должен соответствовать следующим требованиям:

- хорошая растворимость моторного масла;

- легкая испаряемость растворителя;

- малая токсичность растворителя;

- минимальное влияние остаточных количеств растворителя на последующий анализ содержания нефтепродукта.

В качестве растворителя можно использовать растворители, применяемые для экстракции нефтепродуктов в различных методиках для их определения в почве: четыреххлористый углерод, хлороформ и гексан.

Сравнительные характеристики растворителей приведены в таблице 1.

Сравнение характеристик растворителей показало, что все они являются неполярными органическими соединениями и поэтому хорошо растворяют моторное масло и быстро испаряются, поскольку имеют низкие температуры кипения и, следовательно, достаточно высокое давление паров при комнатной температуре. Молекулы растворителей не содержат кратных связей или элементов (например, О, S, N), которые могут существенно влиять на результаты последующего определения нефтепродуктов методами спектроскопии.

Существенным недостатком четыреххлористого углерода и хлороформа является их большая токсичность (они относятся к веществам второго класса опасности). Поэтому все работы с четыреххлористым углеродом и хлороформом следует проводить в вытяжном шкафу, с соблюдением более строгих требований безопасности, чем при работе с гексаном и пентаном.

Таким образом, все описанные растворители могут быть использованы, но наиболее подходящим растворителем для приготовления стандартного образца является гексан.

Содержание нефтепродукта в стандартном образце определяется методом межлабораторной аттестации.

Исследование расчетного срока годности (т.е. периода времени, в течение которого изменение аттестованной характеристики - в нашем случае, содержания нефтепродукта, не выходит за пределы погрешности метода определения) для образцов, приготовленных из почвы бурой легкосуглинистой и из кварцевого песка, показало, что образец песка существенно стабильней, чем образец почвы (таблица 2).

Из таблицы видно, что, хотя при комнатной температуре образец почвы стабилен в течение относительно длительного периода времени (более года), повышение температуры до 40°С приводит к катастрофическому снижению его стабильности, очевидно, вследствие различных химических реакций и физико-химических взаимодействий нефтепродукта с органическими и глинистыми компонентами почвы. Поскольку повышение температуры на такой срок нельзя исключить (например, при транспортировке образца в жаркое время года или при хранении его в необорудованном помещении), очевидно, что такой образец не может считаться достаточно стабильным. Образец песка, загрязненного нефтепродуктом, напротив, показал существенную стабильность даже при значительном повышении температуры окружающей среды.

Конкретный пример осуществления изобретения - был разработан и утвержден стандартный образец массовой доли нефтепродуктов в кварцевом песке ПЗН-01 для контроля качества анализов с использованием флуориметрического метода (ГСО 10461-2014). Метрологические характеристики некоторых партий ГСО приведены в таблице 3.