Результат интеллектуальной деятельности: Экстракционно-флуориметрический способ определения фенолов в твердой компоненте снежного покрова

Изобретение относится к аналитической химии фенольных соединений и предназначено для санитарно-эпидемиологического контроля атмосферных осадков, конденсированных компонентов водных объектов. В основу экстракционно-флуориметрического метода определения массовой концентрации фенолов в твердой компоненте снежного покрова (фирма Люмэкс, г. Санкт-Петербург) положены Межгосударственные стандарты ГОСТ Р 51592-2000: отбор проб питьевых вод - ГОСТ Р 51593-2000, поверхностных вод - ГОСТ 17.1.5.05-85, сточных вод - ПНД Ф 17.1.5.05-85. ОКСТУ 9109.

В качестве средства измерений фирмой Люмэкс (г. Санкт-Петербург) рекомендован анализатор «Флюорат-02-3М», во всех представленных экспериментах применяли данный анализатор.

Известен способ определения фенольного индекса (методика ИСО 8165. Г.С.Фомин. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедия-справочник), основанный на предварительной дистилляции исследуемой пробы и последующем анализе следующим образом:

Метод А - прямое колориметрическое определение. Этот метод позволяет измерить фенольный индекс в исследуемых пробах, которые содержат более чем 0,10 мг/л в водной фазе (без экстракции хлороформом), использованием фенола как стандарта. Добавляют 5 мл буферного раствора в каждую исследуемую порцию и добавляют 5 мл хлористого аммония в каждую порцию, доводят рН до 10±0,2 нашатырным спиртом, добавляют 2,0 мл раствора 4 - аминоантипирина, немедленно перемешивают, затем добавляют 2,0 мл раствора железосинеродистого калия и вновь перемешивают. Через 15 минут кюветы заполняют растворами и измеряют на спектрофотометре поглощающую способность каждого раствора при 510 нм, используя для сравнения дистиллированную воду. По градуировочному графику вычисляют в миллиграммах массу фенола, эквивалентную содержанию фенольных соединений в исследуемой пробе с поправкой на «холостое» определение.

Метод Б - метод экстрагирования фенолов хлороформом. Этот метод позволяет приблизительно измерить фенольный индекс без разбавления от 0,002 до 0,10 мг/л, когда окрашенный конечный продукт экстрагируется и концентрируется в хлороформной фазе. Фенол используют как стандарт.

Добавляют 20 мл буферного раствора в каждую исследуемую пробу и доводят рН до 10±0,2 нашатырным спиртом, если это необходимо. Помещают каждую смесь в делительную воронку вместимостью 1 л. Добавляют 3,0 мл раствора 4 - аминоантипирина и немедленно перемешивают, затем добавляют 3,0 мл раствора железосинеродистого калия и опять немедленно перемешивают. Раствор оставляют на 15 минут для образования окрашенного соединения.

Если используют кювету с оптическим слоем 10-50 мм, в каждую делительную воронку добавляют точно 25 мл хлороформ. Если будет использоваться 100 мл кювета, добавляют 50 мл хлороформа. Затем встряхивают делительную воронку в течение 1 минуты и дают фазам разделиться. Фильтруют каждый экстракт хлороформа через делительные воронки Бюхнера, содержащие 5 г сульфата натрия на фритированной перегородке (или применяют другую систему, обеспечивающую отделение воды), в мерный сосуд на 25 мл. Доводят объем раствора в сосуде до 25 мл хлороформом. С помощью хлороформа устанавливают нулевую линию спектрофотометра для длины волны 460 нм. При этой длине волны и измеряют поглощающую способность контрольной пробы и исследуемых проб. По градуировочному графику вычисляют массу фенола в миллиграммах, эквивалентную содержанию фенольных соединений в исследуемой пробе, вычитая значение «холостого» определения.

Недостатками указанного способа являются:

- сильно щелочная среда;

- обработка пробы перед анализом с целью удаления мешающих веществ может приводить к неизбежной потере некоторых видов фенолов;

- в условиях реакции с 4 - аминоантипирином некоторые амины могут определяться как фенолы, завышая итоговый результат анализа;

- не отделяются нефтепродукты, которые могут мешать и «завышать» массовую концентрацию фенольных соединений, извлекаемых хлороформом;

- применяется токсичный растворитель - хлороформ;

- анализируемый образец и регистратор аналитического сигнала расположены на пути светового потока от источника света;

- предлагаемый способ предполагает флуориметрическое измерение вторичного излучения фенольных соединений, фотодиодный регистратор расположен перпендикулярно оптической оси источника (ксеноновая лампа) и кварцевой кюветы с экстрактом;

- предлагаемый способ исключает применение хлорсодержащий растворитель (хлороформ).

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому способу является способ определения массовой концентрации общих и летучих фенолов флуориметрическим методом в пробах питьевой воды и воды поверхностных и подземных источников водопользования с использованием анализатора Флюорат-02-3М (МУК 4.1.1263-03. Дата введения 2003-09-01.)

В качестве средства измерений фирмой Люмэкс (г. Санкт-Петербург) рекомендован анализатор «Флюорат-02-3М», во всех представленных экспериментах применяют данный анализатор. Прототип основан на извлечении фенолов из воды бутилацетатом в кислой среде, реэкстракции фенольных соединений в водный раствор гидроксида натрия и измерении массовой концентрации фенолов с помощью анализатора "Флюорат-02" по интенсивности флуоресценции фенолов после подкисления реэкстракта.

В процессе измерения происходит возбуждение флуоресценции фенолов, ее регистрация и автоматическое вычисление концентрации фенола при помощи градуировочной характеристики, заложенной в памяти анализатора.

Перед выполнением измерений предусмотрены следующие операции: отбор и консервирование проб, подготовка анализатора к работе, контроль чистоты растворителей для экстракции фенолов, приготовление вспомогательных растворов и растворов для градуировки прибора и градуировка анализатора.

Общие требования к отбору проб (ГОСТ Р 51592). Отбор проб питьевой воды (ГОСТ Р 51593), из источников водоснабжения (ГОСТ 17.1.5.05).

Отбор проб воды производят в стеклянные бутыли, предварительно ополоснутые отбираемой водой. Анализ необходимо произвести в течение 8 ч с момента отбора.

При необходимости консервирования пробу подкисляют раствором фосфорной кислоты по до рН 4 (контроль по универсальному индикатору) и добавляют раствор сернокислой меди из расчета 5 см на 1 дм пробы. Срок хранения законсервированной пробы - не более 3 суток.

Объемы проб, отбираемые для анализа, зависят от ожидаемой концентрации фенолов и составляют не менее 500 см³ в диапазоне 0,0005 - 0,01 мг/дм³, не менее 250 см в диапазоне 0,01-0,1 мг/дм³.

Недостатки прототипа:

- однократная экстракция, которая не позволяет извлекать фенолы из твердой аэрозольной компоненты снега (взвешенных веществ поверхностных вод) количественно;

- не предусматривает операции разделения на фильтрат и осадок;

- не предполагает определения мутности суспедированных жидких образцов, содержащих наиболее информативную суспензию (твердый аэрозоль, взвесь);

- анализ необходимо произвести в течение 8 ч с момента отбора образца жидкости, при длительном хранении которого происходят необратимые изменения химического состава анализируемого образца.

Сущность изобретения заключается в том, что экстракционно-флуориметрическим способом определяют фенолы в твердой компоненте снежного покрова: анализируемую пробу снеговой воды фильтруют через трековую мембрану в атмосфере аргона. Преимуществами заявленного способа являются: определяется мутность анализируемой жидкости; предварительное мембранное разделение компонентов образца жидкости на осадок (консервативный, информативный) и фильтрат (лабильный, неустойчивый); время хранения пробы в виде фильтра с осадком, упакованном в полиэтиленовый пакет не ограничено; твердые частицы снега (осадок с фильтром) - наиболее информативная компонента снежного покрова (природной, сточной воды и других жидких объектов химического анализа). Предлагаемый способ позволяет количественно проанализировать фенольные соединения как целевой компонент аналитической процедуры в объекте анализа; эффективность количественного извлечения фенолов из твердой компоненты снега обеспечивается пятикратным экстрагированием малыми порциями бутилацетата с последующим флуориметрическим анализом объединенного экстракта.

Осуществление изобретения достигается следующим образом: фильтрат анализируют как указано в прототипе: в делительную воронку вместимостью 50 см³ помещают 10 см³ исследуемого фильтрата, добавляют 10 см³ бутилацетата и проводят экстракцию в течение 30 с. Водный (нижний) слой отбрасывают, а к органическому слою пипеткой добавляют 10 см³ раствора гидроксида натрия и проводят реэкстракцию в течение 30 с. Нижний слой помещают в сухой стаканчик вместимостью 25-50 см³ и добавляют по каплям раствор соляной кислоты, перемешивая и контролируя рН раствора при помощи универсального индикатора. Измеряют не менее двух раз массовую концентрацию фенолов в полученном растворе в режиме «Измерение» на приборе Флюорат-02-3М и находят среднее арифметическое. Осадок с фильтром анализируют отдельно. После отделения мешающего влияния нефтепродуктов гексаном, помещают фильтр с осадком в делительную воронку, добавляют последовательно 5 порций по 2 мл бутилацетата и встряхивают 1 мин, затем объединенный экстракт объемом 10 мл флуориметрируют. Затем измеряют интенсивность флуоресценции экстракта на приборе Флюорат-02-3М и автоматически вычисляется массовая концентрация фенолов при помощи градуировочной зависимости, заложенной в память прибора.

Устранение мешающего влияния нефтепродуктов

Трэковую мембрану с твердой компонентой снежного покрова помещали в пробирку со шлифом, добавляли раствор гидроксида натрия (раствор сильнощелочной), 2 мл гексана закрывали пробкой и экстрагировали в течение 1 минуты мешающие определению фенолов нефтепродукты. После разделения фаз, гексановый (верхний) слой отбрасывали, а в нижний (водный раствор с кислотой, фильтром и осадком) количественно переносили в делительную воронку объемом 50 мл.

Экстракция фенолов из твердой компоненты снежного покрова После устранения мешающего влияния нефтепродуктов к пробе прибавляли 0,1 М раствор хлороводородной кислоты до достижения рН 3-6. После чего, приливали бутилацетат порциями по 2 мл пять раз, встряхивали в течение 1ой - 2-х минут и отделяли органическую фазу, затем порции объединяли, после чего в делительную воронку прибавляли реэкстрагент - раствор с массовой долей 1% гидроксида натрия также порциями почередно 5 раз реэкстрагировали небольшими порциями по 2 мл гидроксида натрия и переливали в пробирку, вместимостью 20 мл, затем объединенный реэкстракт флуориметрировали. Перемешивали и измеряли рН раствора, требуемое значение составляет 3-6. Обработанная таким образом проба, готова к проведению измерений.

Приготовление «холостой» (контрольной пробы)с пустым фильтром:

В делительную воронку вместимостью 50 см³ помещали пустой фильтр, наливали 2 мл 0,1 М HCl, обрабатывали пятью порциями по 2 мл бутиацетата, (всего 10 см³ бутилацетатного экстракта), затем реэкстрагировали фенолы раствором NaOH, приливали 10 см³ раствора гидроксида натрия с массовой долей 1%. После интенсивного перемешивания и расслоения фаз, производили их разделение. Верхний слой отбрасывали, а нижний сливали в лабораторный стакан, добавляли по каплям раствор соляной кислоты, раствор после добавления каждой капли перемешивали и определяли значение рН при помощи универсальной индикаторной бумаги. Требуемое значение рН 3-6. Полученный раствор (в дальнейшем - контрольный раствор) подвергали анализу на приборе «Флюорат-02».

Гравиметрическое определение мутности:

Брали фильтр и доводили его до постоянной массы. На фильтр, доведенный до постоянной массы, собирали осадок, путем фильтрования снеговой воды в атмосфере аргона. Таким образом, получали фильтрат и осадок. Объем профильтрованной воды и количество осадка, за вычетом пустого фильтра, отнесенные к объему профильтрованной снеговой воды и есть гравиметрическая мутность.

Результаты определения фенолов предлагаемым способом представлены в таблице 1.

Результаты определения фенолов в твердой компоненте снежного покрова

Были исследованы 125 образцов снега, взятые в 25 точках города, леса вблизи города, в том числе 60 образцов в 12 точках леса и городская территория в количестве 65 образцов в 13 точках. Средняя концентрация фенолов в анализируемых образцах твердой компоненты снежного покрова составила 0,014 мг/дм³.