Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЦЕТОНА И МЕТАНОЛА В ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для одновременного определения содержания ацетона и метанола в природных, поверхностных, подземных, сточных и технологических водах. Способ одновременного определения в природных и сточных водах ацетона и метанола методом ГХ включает разделение указанных компонентов на капиллярной хроматографической колонке в потоке газа-носителя, представляющем собой азот; образование и регистрацию пламенно-ионизационным (ПИД), (FID) детектором исследуемых ионов, образующихся в пламени, и обработку результатов измерений методом абсолютной градуировки.

Известен способ газохроматографического определения ацетона и метанола, МУК 4.1.650-96. Методические указания по газохроматографическому определению ацетона, метанола, бензола, толуола, этилбензола, пентана, ксилолов, гексана, октана и декана в воде (Медиа Сервис информационное агентство. URL: http://docinfo.ru/eachdoc-4332.html (дата обращения 09.11.2013)).

Однако реализация такого способа не обеспечивает получение точных результатов определения ацетон и метанола. Способ продолжителен во времени, не удобен в реализации разделов: «приготовление аттестованных и градуировочных растворов» и «пробоподготовка».

Ближайшим аналогом является ПНД Ф 14.1:2:4.201-03. Методика выполнения измерений массовой концентрации ацетона и метанола в пробах питьевых, природных и сточных вод газохроматографическим методом (Самарский Центр Сертификации, Сертификация продукции в Самаре, оформление сертификатов соответствия. URL: http://www.самарский-центр-сертификации.рф/normy-pravila-standarty/drugie-dokumenty/7530-pnd-f-14-1-2-4-201-03-kolichestvennyj-himicheskij.html (дата обращения 09.11.2013)).

Однако известная методика не позволяет обеспечивать точные результаты в газохроматографическом исследовании ацетона и метанола. Во-первых, методика имеет диапазон определения компонентов:

- метанол 0,5-6,0 мг/дм³, ацетон 0,3-6,0 мг/дм³, тогда как норматив качества воды и водных объектов рыбохозяйственного назначения от 18.01.10 №20 предъявляет следующие требования к чистоте природных вод:

- по метанолу ПДК - 0,1 мг/дм³;

- по ацетону ПДК - 0,05 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности - токсикологический).

Во-вторых, использование водных растворов ГСО не позволяет сохранять их, как это указано в методике, 2 месяца.

В-третьих, водные растворы градуировочных концентраций и пробы исследуемой воды предлагается вводить прямо в колонку - 0,002 см³, что значительно сокращает срок эксплуатации капиллярной колонки при ее высокой стоимости.

В-четвертых, предлагается использовать в качестве газа-носителя - гелий, что делает анализ значительно дороже.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение логичности и точности анализа, сокращение времени выполнения способа, удобство выполнения и удешевление газохроматографического анализа.

Указанная техническая задача решается тем, что способ совместного определения ацетона и метанола в природных и сточных водах с использованием газовой хроматографии включает разделение с последующей идентификацией ацетона и метанола на капиллярной хроматографической колонке в потоке газа-носителя, представляющего собой азот; образование и регистрацию пламенно-ионизационным детектором исследуемых ионов, образующихся в пламени, при этом готовят основной раствор, хорошо сохраняющийся 2 месяца, при температуре от -2°C до -5°C, готовят градуировочные растворы, для диапазона концентраций: ацетон 0,025-6,32 мг/дм³, метанол 0,025-6,32 мг/дм³, делают пробоподготовку с использованием новых условий и занимающую меньше времени, градуируют хроматограф, прокалывая паровую фазу, приготовленных концентраций, строят градуировочный график, выполняют пробоподготовку, для исследуемых проб воды с использованием новых условий, паровую фазу прокалывают в испаритель хроматографа, данные обрабатывают, компьютерной программой ChemStation, которой комплектуется хроматографический комплекс МАЭСТРО 7820А, и получают качественную идентификацию и количественное содержание определяемых веществ.

Приготовление градуировочных (калибровочных) образцов: В качестве основного раствора ацетона (метанола) используют ГСО (с содержанием основного вещества 100%, если содержание основного вещества меньше, это учитывают), в виде раствора этиленгликоля с концентрацией -0,632 мг/см³, что показано в [табл. 1].

Этиленгликоль - вязкое вещество, хорошо удерживает летучие компоненты, что позволяет хранить основной раствор 2 месяца, при температуре от -2°C до -5°C.

Массовые концентрации основного раствора и градуировочных образцов (при разведении) рассчитывают по формуле (1)

где С₀ - концентрация исходного раствора, V₀ - объем исходного раствора, С_х - концентрация приготовленного раствора, V_x - объем приготовленного раствора.

С_х=(0,79 гр/см³·0,008 см³)/10 см³=0,000632 гр/см³(0,632 мг/см³). Срок хранения основного раствора 2 месяца, при температуре от -2°C до -5°C.

Промежуточный раствор: готовят разведением из основного раствора с использованием природной, нехлорированной воды (очищенной)

С_х=(0,632 мг/см∗1 см³)/100 см³=6,32 мг/дм, смотрите [табл. 2].

Раствор не хранится.

Градуировочные образцы готовят с использованием (очищенной) воды.

Пример: градуировочный образец N 1- в мерную колбу вместимостью 25 см³ наливаем воды до метки и отбираем объем 0,1 см³. Затем в колбу вносим 0,1 см³ промежуточного раствора и быстро перемешиваем. Для летучих компонентов важно делать разведение именно так, чтобы было меньше потерь определяемых веществ.

Приготовление градуировочных образцов [табл. 3].

На капиллярной колонке для анализа во всем диапазоне используют одну градуировочную шкалу, полученную с помощью растворов NN 1-8. Можно разбить градуировочный график на максимум и минимум (по четыре точки каждый). Растворы не хранятся.

Пробоподготовка не требует разбавления пробы исследуемой воды вплоть до содержания искомых компонентов 6,32 мг/дм³, более концентрированные пробы разводятся деионизированной водой. Перед проведением исследований проводится «холостой опыт», чтобы учесть особенности среды данной лаборатории. Это актуально для самых низких значений диапазона и низких концентраций исследуемых проб воды.

Выполнение измерений: 10 см³ исследуемого раствора помещают во флакон, запечатывают кримпером (обжимное устройство для алюминиевых колпачков) и ставят в биндер (термостат) на 30 мин при Т 80°C, после термостатирования, парофазным шприцем отбирают 1,5 см³ паровой фазы расстоянии 0,7 см от поверхности раствора и вводят в испаритель газового хроматографа (время удерживания: ацетона - 7.662; метанола - 8.200).

Метод выполняется на ГХ МАЭСТРО 7820А, фирмы Agilent, капиллярная колонка Nukol детектор FID (Поток по колонке 1,0 см³/мин. Деление потока 4:1-2:1; температура колонки в методе 70°C). Время анализа 12 мин. Газ-носитель азот. Пики исследуемых веществ на хроматограмме, выходят ровные и отдельно от других компонентов. Данный способ поясняется с помощью типовой хроматограммы [Фиг.1, 2].

1. Приготовление основного раствора

2. Приготовление промежуточного раствора

3. Приготовление градуировочных образцов

Содержание ацетона и метанола рассчитывают по градуировочным графикам с помощью компьютерной программы ChemStation, которой комплектуется хроматографический комплекс МАЭСТРО 7820А, Agilent. Отработка способа определения ацетона и метанола в природной воде, отражена в практической части (отдельный файл). Результаты математической обработки данных по итогам практической работы представлены в [табл. 4, 5, 6].

Данные по итогам проведенных практических исследований.

Диапазон определения: метанол 0,025-6,32 мг/дм³, ацетон 0,025-6,32 мг/дм³.

Определяемая концентрация - 0,07 мг/дм³ (ацетон, метанол).

Диапазон определения: метанол 0,025-6,32 мг/дм³, ацетон 0,025-6,32 мг/дм³.

Определяемая концентрация - 3,0 мг/дм³ (ацетон, метанол).

Диапазон определения: метанол 0,025-6,0 мг/дм³, ацетон 0,025-6,0 мг/дм³.

Определяемая концентрация - 5,7 мг/дм³ (ацетон, метанол).

Таким образом, в соответствии с требованиями к СКО н/б 5% соблюдается доверительный интервал при вероятности Р=0,95.

Использование способа совместного определения ацетона и метанола в природных и сточных водах с использованием газовой хроматографии позволит обеспечить соответствие современным требованиям (ПДК), быстроту, точность, экономичность определения содержания загрязняющих веществ ацетона и метанола с помощью газовой хроматографии в природных и сточных водах.

Предложенное изобретение может найти применение для одновременного определения содержания ацетона и метанола в природных, поверхностных, подземных, сточных и технологических водах.