Раздел 2
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ (по сертифицированным методикам)
Цель практикума: Ознакомиться с составом и работой оборудования учебно-технологического комплекса на базе хроматографа «Хроматэк Кристалл 5000.1», приобрести навыки установки, наладки, технического обслуживания оборудования и программного обеспечения, для выполнения хроматографического анализа, руководствуясь типовыми сертифицированными методиками:
1.Определение содержания летучих галогенорганических соединений (ЛГС) в воде в соответствии с ГОСТ 51392.
2.Определение содержания токсичных микропримесей в этиловом спирте.
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Определение содержания летучих галогенорганических соединений в воде
Цель работы: Ознакомиться с составом и работой оборудования учебнотехнологического комплекса на базе хроматографа «Хроматэк Кристалл 5000.1», приобрести навыки установки, наладки, технического обслуживания оборудования и программного обеспечения, для выполнения хроматографического анализа, руководствуясь типовой сертифицированной методикой «Определение содержания летучих галогенорганических соединений (ЛГС) в воде в соответствии с ГОСТ 51392».
1.Общие требования
ВРоссийской Федерации в соответствии с гигиеническими требованиями к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения установлены гигиенические нормативы содержания около 800 веществ, в поверхностных водах – около 1500.
Определение массовой концентрации летучих галогенорганических соединений выполняют в соответствии с ГОСТ 51392–99 методом газовой хроматографии с применением электронно-захватного детектора (ЭЗД). Настоящее руководство описывает процедуры при проведении измерений в соответствии с Ч. 2, разд. 6 (ГОСТ 51392):
Определение массовой концентрации хлороформа, 1,2-дихлорэтана, четыреххлористого углерода, тетрахлорэтана, тетрахлорэтилена, трихлорэтилена, бромоформа, дибромхлорметана, бромдихлорметана методом анализа равновесной паровой фазы. Методика основана на получении равновесной
паровой фазы в герметичном сосуде (в дозаторе равновесного пара), разделении компонентов на хроматографической колонке, идентификации их по временам удерживания и расчете массовой концентрации по результатам предварительно проведенной градуировки.
Мешающие влияния могут быть обусловлены загрязнением воздуха лаборатории, посуды и реактивов. Процедуры по уменьшению загрязнений приведены в ГОСТ 51392 (п. 4.3, 5.31, 6.3.1).
Описание адаптировано для программного обеспечения «Хроматэк Аналитик 2.5».
|
1.1. Диапазон определяемых концентраций |
|
|
|
|
|
Диапазоны |
определения |
массовых |
концентраций |
летучих |
галогенсодержащих углеводородов: |
|
|
|
|
|
|
Компонент |
Диапазон определяемых |
|
|
|
концентраций |
|
|
|
|
|
|
|
|
хлороформ |
|
0,0006 – 0,025 |
|
мг/дм3 |
|
|
|
1,2-дихлорэтан |
|
0,005 – 0,020 |
|
мг/дм3 |
|
|
|
четыреххлористый углерод |
0,0006 – 0,025 |
|
мг/дм3 |
|
|
|
тетрахлорэтан |
|
0,008 – 0,025 |
|
мг/дм3 |
|
|
|
тетрахлорэтилен |
0,0006 – 0,025 |
|
мг/дм3 |
|
|
|
трихлорэтилен |
|
0,0015–0,025 |
|
мг/дм3 |
|
|
|
бромоформ |
|
0,0010 – 0,045 |
|
мг/дм3 |
|
|
|
дибромхлорметан |
0,0010 – 0,040 |
|
мг/дм3 |
|
|
|
бромдихлорметан |
0,0008 – 0,035 |
|
мг/дм3 |
|
|
Диапазон измерения компонентов может быть расширен в 5 – 10 раз разбавлением пробы без потери точности.
1.2. Оборудование для проведения анализа
1.2.1.Хроматографическое оборудование
Хроматограф газовый серии «Хроматэк Кристалл».
Модуль (или детектор) ЭЗД с испарителем капиллярным (с делителем
потока).
Дозатор равновесного пара (ДРП 214.4.464.022, производство СКБ «Хроматэк»).
Программа обработки хроматографической информации «Хроматэк Аналитик» 214.000.45-51.
Колонка кварцевая капиллярная CP-Sil 8 СВ 30 m*0.32 mm*1.0 mkm, Cat.N СР8761, либо другие капиллярные колонки с аналогичными параметрами
(30m*0.32mm*1.0mkm) и неподвижной жидкой фазой (5% – фенил, 95% –
диметилполисилоксан), например: VF-5ms, DB-5, ZB-5, НР-5.
Примечание. Для проведения анализа рекомендуется применение указанной капиллярной колонки (или аналогичной) с обеспечения необходимого разделения анализируемого компонента от примесей.
1.2.2.Газ-носитель
Вкачестве газа-носителя используют азот особой чистоты (I сорт) по ГОСТ 9293 с содержанием кислорода не более 0,0005% об.
1.2.3.Лабораторное оборудование для пробоподготовки
Весы аналитические с точностью до 0,0001 г.
Термостат суховоздушный с температурой нагрева 50 – 250 °С.
Флаконы пенициллиновые (тарированные, 15 шт.).
Микрошприц для приготовления стандартных растворов на 10 мкл – 1шт. или микрошприцы на 50 мкл.
Микропипетки на 0,1 – 0,2мл для приготовления растворов – 6шт.
Пипетки на 5мл, 10мл, 20мл (пипетка Мора), второго класса точности по ГОСТ 1770–74.
Мерные колбы 2-25-2 по ГОСТ 1770–74 – 1шт.
Мерные колбы 2-100-2 по ГОСТ 1770–74 – 2шт.
Бюксы с притертыми пробками для взвешивания стандартов на 20 мл ГОСТ 1770–74 – 5 шт.
Стеклянный сосуд с притертой крышкой для хранения реагентной воды.
Стакан на 600мл (можно на 1л) – для приготовления реагентной воды.
Электроплитка.
Баллон с инертным газом (азот, гелий) для приготовления реагентной
воды.
Бутыли для отбора анализируемой воды.
1.2.4.Реактивы для проведения анализа
Хлорид натрия (перекристаллизованный) ГОСТ 4233–77.
Ацетон ос.ч. ТУ 2633 - 039-444931793179–00.
Реагентная вода, в которой содержание определяемых ЛГС не более 10 % нижнего значения массовой концентрации, определяемой данной методикой.
Тиосульфат натрия, ч.д.а. для консервирования проб воды.
Хлороформ, х.ч. для хроматографии ТУ 6-09-4263–76
Четыреххлористый углерод, х.ч. для хроматографии ТУ 6-09-2663–77.
1,2-дихлорэтан х.ч. для хроматографии ТУ 6-09-2661–78.
Трихлорэтилен ос.ч. ТУ 2631-002-11291058–94.
Тетрахлорэтилен СО, аттестованный раствор 0,1мг/см3.
Дибромхлорметан СО, аттестованный раствор 0,1 мг/см3.
Бромдихлорметан СО, аттестованный раствор 0,1 мг/см3.
Допускается приготовление растворов как из стандартных образцов (СО) с массовой долей основного вещества не менее 98%, так и из аттестованных стандартных растворов.
83
2.Требования безопасности
2.1.При работе с реактивами соблюдают требования безопасности, установленными для работы с токсичными, едкими и легковоспламеняющимися веществами по ГОСТ 12.1.005–88.
2.2.Все работы по подготовке и анализу пробы должны проводиться в защитных перчатках и халате.
2.3.При выполнении измерений с использованием газохроматографического оборудования следует соблюдать правила электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.019 и инструкциями по эксплуатации приборов.
84
3.Подготовка к работе
Перед проведением анализов необходимо ознакомиться с руководствами по эксплуатации на АПК (хроматографа, дозатора равновесного пара) и руководством пользователя программного обеспечения «Хроматэк Аналитик».
Монтаж электрических и газовых соединений осуществляют в соответствии с требованиями и рекомендациями технического описания и инструкции по эксплуатации на хроматограф «Кристалл 5000» (Ч. 2 Использование по назначению, разд. 3 Установка хроматографа). Подключение дозатора равновесного пара к хроматографу осуществляют в соответствии с Руководством по эксплуатации 214.4.464.022РЭ.
3.1. Подготовка хромагпографических колонок
3.1.1.Установка хроматографических колонок в хроматографе
Порядок установки капиллярной колонки в хроматографе описан в разделе «Операции с капиллярными колонками» (разд. 4.2 Ч. 2 РЭ хроматографа
«Кристалл 5000»).
3.1.2. Кондиционирование хроматографических колонок
3.1.2.1.Подготовка к кондиционированию колонок
Перед кондиционированием колонку устанавливают в термостат, не подключая к детектору.
Подготовку хроматографа к работе осуществляют аналогично разд. 4.1
4.3.
При установке колонки в первый раз задают ее максимальную температуру. Эти операции описаны в п. 4.4.3.
Максимальная температура капиллярной колонки (CP Sil 8 СВ) – 300 °С. При одновременном присутствии в термостате других колонок максимально температура указывается для наиболее низкотемпературной колонки.
3.1.2.2.Проведение кондиционирования
Задают режим хроматографа аналогично п. 4.5. Условия проведения кондиционирования:
|
Время анализа |
8 ч (для новой колонки) |
|
2 – 4 ч (для работающей колонки) |
|
|
|
Давление газа на входе в колонку, кПа |
60 |
|
Сброс пробы, мл/мин |
40 |
|
Температура испарителя, °С |
180 |
|
Температура детектора, оC |
200 |
|
Температура колонки |
Параметры приведены в диалоговом |
|
|
окне |
85
После выхода хроматографа на этап «Готовность» нажимают кнопку СТАРТ на панели хроматографа.
По окончании кондиционирования охлаждают хроматограф, подсоединяют колонку к детектору.
3.2. Подготовка стеклянной посуды и микрошприцев
Стеклянную посуду (бюксы, мерные колбы, стакан, стеклянный сосуд) моют хромовой смесью, ополаскивают реагентной водой и сушат при температуре 150 – 200 °С. Пипетки моют хромовой смесью, ополаскивают реагентной водой и сушат в токе инертного газа.
Пенициллиновые тарированные флаконы промывают хромовой смесью, ополаскивают реагентной водой и сушат при температуре 150 – 200 °С. Чистоту оценивают холостым анализом на присутствие ЛГС, при их обнаружении промывание повторяют.
3.3. Подготовка реактивов
Натрий хлористый.
Натрий хлористый перекристаллизовывают и перед использованием прокаливают при 400 °С в течение 4 ч. 2,5 г аминоантиперина растворяют в 47,5 мл дистиллированной воды.
3.3.1.Приготовление реагентной воды
Бидисиллированную воду кипятят в течение 1 ч. с одновременным барботированием через нее инертного газа. Воду хранят в закрытом стеклянном сосуде с притертой пробкой. Вода считается пригодной, если содержание определяемых ЛГС не более 10 % нижнего значения массовой концентрации, определяемой данной методикой.
Примечание:
Получение реагентной воды из бидистиллята водопроводной воды с необходимыми требованиями чистоты является достаточно трудоемким процессом, поэтому в качестве исходной рекомендуется брать воду природных источников (родников, колодцев и т. д.), не подвергавшуюся процедуре
86
хлорирования.
Очистку воды можно проводить также с помощью ионообменных смол.
Стандартные образцы, чистые вещества и другие реактивы перед применением выдерживают не менее 2 ч в помещение, где готовят растворы.
3.4. Тарирование флаконов
Для работы с ДРП используют тарированные пенициллиновые флаконы. Тарирование проводят объемно-весовым методом. Для этого сначала взвешивают пустые флаконы с точностью до 0,01 г, затем флаконы полностью заполняют водой при комнатной температуре (если вода образует выпуклый мениск, избыток убирают фильтровальной бумагой) и снова взвешивают. Разность этих двух масс и будет составлять объем флакона. Для определений выбирают серию флаконов из 15 шт., в которой объем может варьироваться в пределах ± 2% от среднего объема пузырьков.
3.5.Подготовка контейнеров проб в ДРП 3.5.1
3.5.1.Конструкция контейнера
Конструкция контейнера (6.087.015) показана на рисунке. Объем флакона
контейнера 15 мл. Комплект подобранных по объему пенициллиновых флаконов (10 шт.) поставляется в комплекте ЗИП дозатора.
Герметичность контейнера при работе обеспечивается в двух местах:
затягиванием гаек 3, 12 и уплотнением втулки 4 и торца горлышка флакона (элементом уплотнения служит шайба 10);
затягиванием гайки 8 и уплотнением мембраной 5. Элементы уплотнения – шайбы 10, 11.
Затягивание гаек 3 и 12 осуществляется с помощью ключа 8.392.003 из комплекта ЗИП дозатора. При отборе пробы игла обогреваемого трубопровода прокалывает мембрану 5, которая нуждается в периодической замене.
1 – флакон; 2 – кольцо 8.241.085; 3 – гайка 8.936.021; 4 – втулка 8.223.440; 5 – мембрана 10-4 7.010.019; 6 – втулка 8.223.439; 7 – кольцо 8.245.003; 8 – гайка 8.936.020; 9 – прокладка 8.685.024-01 (2 шт.); 10 – шайба 8.947.061 (резиновая); 11 – шайба 8.947.060 (фторопластовая); 12 – гайка 8.930.144; 13 – шайба
8.942.079.
3.5.2.Подготовка контейнеров
В таблице приведены операции по подготовке контейнеров и их
периодичность:
|
Операция |
Периодичность |
|
проведения |
|
|
|
Промывка флаконов (проводится в соответствии с |
|
|
п.3.2). |
|
|
1. Термостатирование уплотнительных элементов. |
|
|
Термостатирование уплотнительных элементов |
|
|
контактирующих с парогазовой пробой, проводят для |
После каждого |
|
исключения эффекта памяти от остатков предыдущей |
|
пробы. |
измерения |
|
Для этого полиамидную втулку 8.223.440 |
|
|
с резиновой шайбой 8.947.061, фторопластовой |
|
|
шайбой 8.947.060 и мембраной 7.010.019 контейнера |
|
|
прогреть при температуре (70 – 80) °С в течение двух |
|
|
часов. |
|
|
2. Замена уплотнительной мембраны 7.010.019. |
Через 8-10 анализов, |
|
Для замены мембраны 7.010.019 отвернуть гайку |
|
8.936.020, снять ее вместе с втулкой 8.223.439. |
при потере |
|
С помощью иглы 6.054.001 из комплекта ЗИП |
герметичности, при |
|
хроматографа извлечь старую мембрану 7.010.019 |
ухудшении сходимости |
|
и прокладку 8.685.024-01 и установить новые из |
результатов |
|
комплекта ЗИП. Завернуть гайку 8.936.020. |
|
|
3. Замена уплотнительной резиновой шайбы |
|
|
8.947.061 и изолирующей фторопластовой шайбы |
При визуальном износе |
|
8.947.060. |
|
3.6. Приготовление смешанных градуировочных растворов
Допускается приготовление растворов как из СО с массовой долей основного вещества не менее 98%, так и из аттестованных стандартных растворов. Оба случая приготовления рассмотрены ниже.
Алгоритм 1
Приготовление смешанных градуировочных растворов из СО чистых веществ проходит по следующей схеме:
Алгоритм 2
Приготовление смешанных градуировочных растворов из аттестованных стандартных растворов проходит по другой схеме:
Промежуточный и градуировочный смешанные растворы готовят в день проведения анализа.
В данном руководстве приведено описание процедуры приготовления растворов по алгоритму 1 исходного смешанного раствора из СО чистых веществ
(хлороформ, четыреххлористый углерод, 1,2-дихлорэтан, трихлорэтилен); описание процедуры приготовления растворов по алгоритму 2 из аттестованных растворов приведено для веществ (дибромхлорметан, бромдихлорметан, тетрахлорэтилен). При наличии тех или иных наименований компонентов в виде стандартных образцов чистых веществ или в виде аттестованных стандартных растворов можно на выбор использовать предложенные алгоритмы.
3.6.1.Приготовление исходного смешанного раствора ЛГС из СО чистых веществ (алгоритм 1)
Порядок приготовления исходных смешанных растворов описан в разд. 5.2.4. (ГОСТ 51392), в качестве растворителя используют ацетон. Исходный смешанный раствор готовят в колбе на 25 мл.
|
|
|
|
Таблица 1 |
Наименование ЛГС |
Исходный смешанный раствор |
|
СО |
Концентрация, мг/дм3 |
|
Объем, мкл |
|
Масса, г |
|
|
4 |
1 |
2 |
|
3 |
Хлороформ |
28,0 |
|
0,0417 |
1670 |
Четыреххлористый |
2,5 |
|
0,004 |
160 |
1,2-дихлорэтан |
26,0 |
|
0,034 |
1300 |
Трихлорэтилен |
28,0 |
|
0,041 |
1635 |
где: |
|
|
|
|
1 – компоненты, входящие в состав исходного смешанного раствора; 2 – объем СО компонента, взятый для приготовления исходного
смешанного раствора; 3 – взвешенная масса объема СО компонента, взятого для приготовления
исходного смешанного раствора; 4 – концентрация каждого компонента в исходном смешанном растворе.
Для работы со стандартными образцами СО чистых веществ предлагается два варианта приготовления исходного смешанного раствора:
I. Отбор объема СО микропипеткой и дальнейшее взвешивание его в бюксах на аналитических весах.
II. Отбор объема СО микрошприцем и дальнейшее взвешивание его вместе со шприцем на аналитических весах.
Вариант № 1
Объемы компонентов, необходимые для приготовления исходного смешанного раствора, указаны в табл. 1.
Отбор компонентов для приготовления исходного раствора производят с помощью микропипеток.
Примечание:
Объем СО четыреххлористого углерода, необходимый для приготовления исходного смешанного раствора, очень мал, для его отбора используют микрошприц на 10 мкл, который предварительно готовят и взвешивают (ml). Взвешивание аликвоты четыреххлористого углерода производят вместе со шприцем (m2).
Взвешивают бюкс с крышкой (ml).
Микропипеткой отбирают объем первого компонента (см. табл. 1), переносят в бюкс, закрывают его крышкой и снова взвешивают (ml).
Пробу компонента смывают из бюкса ацетоном (1 –1,2 мл). Затем дважды такими же порциями ацетона промывают бюкс. Все три порции переносят в колбу на 25 мл.
Остальные ингредиенты смешанного раствора готовят аналогично.
Смывы ацетона со взвешенными пробами ЛГС и взвешенную аликвоту четыреххлористого углерода помещают в одну колбу на 25 мл.
Полученный раствор доводят ацетоном до метки и перемешивают.
Массы ЛГС вычисляют по формуле:
В таблицу заносят полученное значение массы, m.
Реальные концентрации ингредиентов в исходном смешанном растворе рассчитывают относительно полученной массы в соответствии с формулой
С(мг/дм3 ) m(г) /V(мл) 10 6 |
(2) |
где
m – масса аликвоты компонента, г;
V – объем исходного смешанного раствора, мл; С – концентрация данного компонента.
Полученные концентрации должны быть приблизительно равны указанным в табл. 1.
Вариант № 2
Проводят подготовку микрошприцев.
Готовят исходный смешанный раствор ЛГС с помощью микрошприцев на 50 мкл.
Микрошприц взвешивают(m1).
Отбор пробы удобнее проводить методом «сэндвич».
Пробу ЛГС взвешивают вместе с микрошприцем (m2).
Взвешенную аликвоту компонента переносят в одну колбу на 25 мл с небольшим количеством ацетона.
Эту операцию повторяют для всех остальных компонентов смешанного раствора.
Полученный раствор доводят ацетоном до метки и перемешивают. Расчет массы (m) ЛГС и концентрации (С) каждого компонента проводят по
формулам (1) и (2) как показано в варианте №1.
3.6.2.Приготовление промежуточного смешанного раствора ЛГС из исходного смешанного раствора (алгоритм 1)
Алгоритм приготовления промежуточного смешанного раствора одинаков как для первого, так и для второго варианта.
Промежуточный смешанный раствор готовят в мерной колбе на 100 мл в день проведения анализов. Пример приготовления промежуточного смешанного раствора приведен в табл. 2.
