Результат интеллектуальной деятельности: Способ количественного газохроматографического анализа хлорацетофенона в воде методом внутреннего стандарта

Изобретение относится к области газохроматографического анализа галогенированных ароматических кетонов.

В литературе описан метод измерения массовой концентрации хлорацетофенона в сточной воде газохроматографическим методом на приборе с детектором электронного захвата [1]. В соответствии с данным способом хлорацетофенон экстрагируют из анализируемой пробы воды ацетонитрилом с добавлением высаливателя - аммония сернокислого. Затем проводят измерение массовой концентрации хлорацетофенона в экстракте по методу абсолютной градуировки на хроматографе, снабженном детектором электронного захвата и кварцевой капиллярной колонкой HP-INNOWax с химически привитой неподвижной жидкой фазой Polyethylene Glycol.

Недостатком метода можно считать необходимость предварительной градуировки хроматографа, что требует наличия химически чистого хлорацетофенона, который относится к группе физиологически активных веществ - ирритантов. Кроме того, детекторами электронного захвата комплектуется относительно небольшое количество газовых хроматографов.

Цель настоящего изобретения заключается в создании способа количественного газохроматографического анализа хлорацетофенона в воде, не требующего обязательного наличия образца химически чистого вещества, с использованием универсального и широко распространенного пламенно-ионизационного детектора.

Задачи настоящего изобретения заключаются в выборе:

- экстрагента для хлорацетофенона (малотоксичного и недорогого);

- условий пробоподготовки;

- оптимальных условий газохроматографического определения концентрации хлорацетофенона;

- внутреннего стандарта и определении относительного градуировочного коэффициента.

Сущность способа состоит в количественном анализе на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором органических экстрактов (в хлористом метилене) проб воды, содержащей хлорацетофенон, и расчете его массовой концентрации с использованием относительного градуировочного коэффициента по внутреннему стандарту, в качестве которого применяется 3-нитротолуол.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в:

- исключении многостадийности;

- упрощении пробоподготовки;

- эффективности хлористого метилена, обеспечивающего высокую степень экстракции хлорацетофенона из воды, и его низкой опасности (4 класс опасности);

- отсутствии необходимости наличия государственного стандартного образца или химически чистого хлорацетофенона для градуировки прибора;

- простоте производимых расчетов.

Указанный технический результат достигается тем, что:

- подобран органический растворитель, обеспечивающий высокую степень экстракции хлорацетофенона из воды, без введения высаливающего агента, для чего были апробированы пять возможных растворителей хлорацетофенона - ацетон, бензол, этиловый спирт, ацетонитрил и хлористый метилен (химически чистые вещества для хроматографии);

- установлены оптимальные условия газохроматографического анализа, обеспечивающие достоверность количественных результатов;

- подобран внутренний стандарт для количественного определения хлорацетофенона в воде, для чего проверена возможность использования в данном качестве метилового эфира стеариновой кислоты, 3-нитротолуола, 2,4,6 - тринитротолуола;

- проведена градуировка прибора и построены градуировочные зависимости;

- рассчитан относительный градуировочный коэффициент, показана достоверность его значения.

Градуировка газового хроматографа проводилась методом внутреннего стандарта, в качестве которого использовали 3-нитротолуол [2]. Готовили градуировочные растворы, содержащие хлорацетофенон и 3-нитротолуол, в хлористом метилене методом последовательных разбавлений. В хроматограф вводили 1 мм³ градуировочных растворов с концентрацией от 10⁴ мкг/см³ до 10^-1 мкг/см³, каждый из растворов не менее 6 раз.

С использованием стандартной программы сбора и обработки хроматографической информации Chem Station измеряли на хроматограмме площади пиков со временем удерживания: 3-нитротолуол - 9,47 (±0,03) минуты, хлорацетофенон - 10,21 (±0,01) минуты.

Измерения выполнялись при следующих режимных параметрах хроматографа:

температура термостата колонок 40°С, плато 1 минута;

скорость нагрева - 15°С/мин до 260°С;

температура испарителя 230°С;

температура детектора 270°С;

скорость потока газа-носителя 1,0 см³/мин при постоянном потоке;

скорость потока воздуха 300 см³/мин;

скорость потока водорода 30 см³/мин;

капиллярная колонка HP-5MS 30 м D-0,32 мм F- 0,25 мкм;

объем пробы 1 мм³.

При этих условиях на газовом хроматографе Agilent 6890N с пламенно-ионизационным детектором получены хроматограммы растворов хлорацетофенона и 3-нитротолуола в хлористом метилене (фигура 1).

На основании данных измерений, представленных в таблицах 1 и 2, построены градуировочные зависимости хлорацетофенона и 3-нитротолуола для концентраций от 10⁴ до 10^-1 мкг/см³ (фигура 2 и 3 соответственно).

На основании значений площадей пиков хлорацетофенона и 3-нитротолуола рассчитывали значение относительного градуировочного коэффициента для каждой концентрации по формуле:

где: C_ХАФ, C_СТ - массовые концентрации хлорацетофенона и внутреннего стандарта (3-нитротолуол), мкг/см³;

S_ХАФ, S_СТ - соответствующие площади пиков хлорацетофенона и внутреннего стандарта (3-нитротолуол), отн. ед.

Затем проводили математическую обработку полученных значений. Результаты вычислений представлены в таблице 3.

Их данных, представленных в таблице 3, видно, что рассчитанная величина относительного градуировочного коэффициента имеет значение 1,03 с относительной погрешностью 1,8% для всех апробированных концентраций хлорацетофенона и 3-нитротолуола, следовательно, является достоверной.

Таким образом, относительный градуировочный коэффициент хлорацетофенона при использовании в качестве внутреннего стандарта 3-нитротолуола составляет 1,03±0,02.

Отбор проб воды для анализа проводят по ГОСТ 31861-2012 [2]. Срок хранения проб при комнатной температуре не более 4 часов.

Для определения концентрации хлорацетофенона 50 см³ пробы анализируемой воды и помещают в делительную воронку вместимостью 250 см³. Пипеткой отмеряют 2 см³ раствора 3-нитротолуола в хлористом метилене концентрацией 100 мкг/см³ и приливают в делительную воронку к анализируемой пробе. Закрывают воронку пробкой и экстрагируют при перемешивании в течение 10 минут. Экстракцию проводят троекратно, полученные экстракты в хлористом метилене объединяют, помещают в виалу объемом 10 см³ и перемешивают на орбитальном шейкере в течение 3 минут.

1 см³ объединенного экстракта при помощи дозатора переносят в подготовленную виалу объемом 2 см³ и проводят количественный газохроматографический анализ в условиях, указанных выше.

В хроматограф с помощью микрошприца вводят 1 мм³ объединенного экстракта пробы воды и регистрируют площадь пика хлорацетофенона (время удерживания 10,21 (±0,01) минуты). При анализе пробы воды выполняют не менее двух параллельных определений.

Рассчитывают содержание хлорацетофенона в анализируемом экстракте (C_ХАФ, мкг/см³) по формуле:

где: - относительный градуировочный коэффициент хлорацетофенона по внутреннему стандарту (3-нитротолуол), равный 1,03;

C_СТ - массовая концентрация внутреннего стандарта (3-нитротолуол), мкг/см³;

S_ХАФ, S_СТ - площади пиков хлорацетофенона и внутреннего стандарта (3-нитротолуол), отн. ед.

Концентрацию хлорацетофенона в воде (X, мг/дм³) вычисляют по формуле:

где: C_ХАФ - концентрация ХАФ в экстракте пробы, найденная по формуле 2, мкг/см³;

V₁ - объем объединенного экстракта, используемый для анализа, см³;

V₂ - объем анализируемой пробы воды, см³;

b - коэффициент, учитывающий потери вещества на стадиях пробоподготовки, равный 0,94.

За результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений.

Источники информации:

1 ФР.1.31.2015.21510. Методика (метод) измерений массовой концентрации хлорацетофенона в сточной воде газохроматографическим методом с применением детектора электронного захвата. - Свидетельство об аттестации №310003.09/33-2015 от 30.06.2015.

2. ГОСТ 31861-2012 Вода. Общие требования к отбору проб. [Электронный ресурс]. - Электронная версия печ. публикации. - Доступ с сайта DOCS.CNTD. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-31861-2012.

3. Другов, Ю.С. Пробоподготовка в экологическом анализе: практическое руководство / Ю.С. Другов, А.А. Родин. - 4-е изд. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2013. - 855 с.