Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологический мониторинг. Часть 2. Практикум
.pdf
ГЛАВА 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
НЕФТЕПРОДУКТОВ В ВОДЕ
Нефтепродукты, их состав
Нефтепродукты – это смеси углеводородов и некоторых их
производных, а также индивидуальные химические соединения,
получаемые из нефти и нефтяных газов. Они используются в
качестве топлив, смазочных материалов, электроизоляционных
сред, растворителей, нефтехимического сырья и др.
В состав нефти входят следующие углеводороды:
– алканы (парафины) – предельные углеводороды, общая
формула СnН
. Обычное содержание алканов в нефти состав-
2n+2
ляет 15 – 55 %;
– циклоалканы – нафтеновые углеводороды, общая формула
СnН2n, насыщенные циклические углеводороды ряда циклопетана и циклогексана, а также более сложные полициклические соединения от 2 до 5 циклов в молекуле. В наибольших количествах в нефти присутствуют метилциклогексан, циклогексан,
метилциклопентан. Содержание нафтенов составляет 30 – 55 %
мас. доли;
– ароматические углеводороды (арены) – непредельные цик-
лические соединения ряда бензола. Общая формула СnН
2n-m
Ароматические соединения с несколькими бензольными кольцами называют полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ). По типу соединения бензольных колец различают ПАУ с неконденсированными и конденсированными бензольными кольцами (нафталин, фенантрен, антрацен,
бенз(а)пирен и др.). Нефть содержит гибридные углеводороды,
включающие не только ароматические циклы и алкановые цепи,
но и насыщенные циклы (аценофтен, флуорен). Содержание в
сырой нефти ароматических углеводородов составляет до 15
55 % мас. доли;
– асфальтены и смолы гетероциклические и алифати-
ческие углеводороды из 5 – 8 циклов. В этих соединениях крупные фрагменты связаны между собой мостиками, содержащими
метиленовые группы и гетероатомы – S, O, N – в функциональных группах: карбонильной, карбоксильной и меркаптогруппе.
.
51
Их содержание в сырой нефти составляет от 2 до 15 % мас. доли.
В аналитическом понимании к нефтепродуктам (НП) отно-
сят неполярные и малополярные соединения, растворимые в
гексане.
При попадании нефтепродуктов в воду образуется характерная радужная плёнка, препятствующая проникновению кислорода, в результате чего происходит гибель живых организмов,
«цветение» воды, а растворение их в воде ведёт к гибели аэробных и образованию анаэробных бактерий. Кроме того, попадание нефтепродуктов в воду делает её непригодной для питья.
Способы определения концентрации нефтепродуктов
Существуют различные способы определения концентрации
НП в воздухе, почве и воде.
Например, концентрацию НП в почвах определяют с помощью аттестованной методики выполнения измерений массовой
доли нефтепродуктов в почвах и донных отложениях методом
ИК спектометрии.
Метод инфракрасной спектрометрии основан на идентификации состава органического вещества по его спектру поглощения в инфракрасной области. Органические молекулы поглощают ИК излучение, частота которого совпадает с собственной
частотой колебаний атомов молекулы. Каждый тип ковалентных
связей в органической молекуле имеет собственную частоту колебаний и поглощает ИК излучение определённой, характерной
для данного типа связи частоты (длины волны). С помощью ИК
спектра, зная положение полос поглощения различных связей и
групп, можно установить, имеет ли исследуемое вещество те
или иные фрагментные структуры.
В нефтепродуктах в диапазоне волновых чисел (длины волн)
2860, 2930 и 2960 см–1 наблюдаются три характеристические
полосы поглощения, обусловленные наличием в углеводородах
нефти структурных групп СН3, СН2 и СН. Методика определения нефтепродуктов в природных средах (воде, почве и грунте)
основана на их экстракции из изучаемого материала ССl4, отделении нефтепродуктов от полярных углеводородов и воды в ко-
52
лонке с оксидом алюминия и дальнейшем спектрофотометриче-
Диапазон измерений,
мг/дм3
Погрешность измерений
, %
от 0,005 до 0,01 включительно
65
свыше 0,01 до 0,5 включительно
40
свыше 0,5 до 50,0 включительно
25
ском определении содержания НП по интенсивности поглощения инфракрасного излучения на заданных длинах волн. Методику определения нефтепродуктов по инфракрасным спектрам
широко используют в Европе и России. Однако этот метод не
избирателен и с его помощью определяют не только нефтепродукты как таковые, но и органические соединения иного происхождения.
Определение массовой концентрации НП в воде возможно
флуориметрическим методом по соответствующей методике
выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов
в пробах природной, питьевой и сточной воды на анализаторе
жидкости «Флюорат-02-3М» (см. табл. 7.1).
Диапазон измеряемых концентраций НП в воде составляет
0,005 50,0 мг/дм3, при этом определению НП не мешают жи-
ры, гуминовые (от лат. humus – земля, почва) вещества, насы-
щенные углеводороды природного происхождения.
Анализ проб неочищенных сточных вод целлюлознобумажной, химической промышленности, а также контроль коэффициента пропускания гексанового экстракта пробы требуют
дополнительной очистки экстракта на хроматографической колонке, заполненной оксидом алюминия.
Для реализации метода на анализаторе «Флюорат-02-3М»
необходимо установить светофильтры возбуждения (светофильтр № 1) и регистрации (светофильтр № 3), выделяющие
необходимую спектральную область, в соответствующие гнёзда
кюветного отделения.
Таблица 7.1
Характеристика погрешности МВИ
для доверительной вероятности Р = 0,95
53
Цель лабораторной работы
Цель лабораторной работы состоит в изучении принципа
действия анализатора жидкости «Флюорат-02-3М» и измерении
с его помощью концентрации нефтепродуктов в воде.
Приборы и оборудование для выполнения работы
1. Анализатор жидкости «Флюорат-02-3М».
2. Набор стандартных растворов НП.
3. Набор измерительных колб (объём 50 см3).
4. Делительная воронка.
5. Пипетка или шприц 5 – 100 мл.
6. Набор измерительных кювет.
7. Мягкая ткань для протирания кювет.
8. Гексан.
Правила техники безопасности в лаборатории
На лабораторных занятиях необходимо соблюдать все прави-
ла техники безопасности работы на электроустановках.
Задание 1.
Провести градуировку анализатора на предварительно приготовленных растворах.
Выполнение опыта.
1. Приготовление растворов.
1.1. Раствор нефтепродуктов с массовой концентрацией 100
мг/дм3 в гексане для приготовления градуировочного раствора.
Гексан (н-гексан) – насыщенный углеводород
СН3(СН2)4СН3, бесцветная жидкость плотностью 0,660 г/см3
при 20 ºС, t
= 68,74 ºС. Содержится в нефтепродуктах; при их
кип
химической переработке (например, риформинге) превращается
в бензол; при изомеризации образует изогексан – высокооктановый компонент моторных топлив. Применяется как растворитель и жидкость в низкотемпературных термометрах.
54
В мерную колбу вместимостью 50 см3 поместите 5 см3 стан-
НП 05.12
ГОРШЕНИНА
ИЗМЕРЕНИЕ
ХИМ. ЦЕХ
АРХИВ
НАЗВАНИЕ
ВЕЩЕСТВА
ФАМИЛИЯ
ОПЕРАТОРА
МЕТКА ПРОБЫ
ПЕРЕХОД В МЕНЮ
«ИЗМЕРЕНИЕ»
ДАТА
ПЕРЕХОД В АРХИВ
дартного образца раствора нефтепродуктов в гексане, разбавьте
до метки гексаном и тщательно перемешайте.
Растворы устойчивы не менее трёх месяцев при хранении в
холодильнике в колбе с пришлифованной пробкой в условиях,
исключающих улетучивание растворителя.
1.2. Раствор для градуировки анализатора с массовой кон-
центрацией НП 10 мг/дм3.
В мерную колбу вместимостью 50 см3 поместите 5 см3 раствора нефтепродуктов с концентрацией 100 мг/дм3, разбавьте до
метки гексаном и тщательно перемешайте.
2. Градуировка анализатора.
Градуировку анализатора осуществляют путём измерения
сигналов флуоресценции раствора нефтепродуктов и чистого
растворителя гексана. При градуировке прибора и всех измерениях в канале возбуждения используют светофильтр № 1, а в
канале регистрации светофильтр № 3.
Включите анализатор в сеть переменного тока напряжением
220 В и нажмите кнопку «Сеть», после появления на дисплее
заставки нажмите «Ent». На дисплее предстанет:
Для перемещения по меню используйте клавиши со стрелками. Далее войдите в меню «НП» нажатием клавиши «Ent». На
дисплее появится:
55
Повер НП
АПАВ
Фенол
Медь
Хром
НАЗВАНИЯ
ВЕЩЕСТВ
НП
воз.01 рег.03
Люминесценция
Градуировка
МЕТОД
ИЗМЕРЕНИЯ
ВХОД В МЕНЮ
«ГРАДУИРОВОЧНАЯ
ТАБЛИЦА»
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
НОМЕРА
СВЕТОФИЛЬТРОВ
Курсор установите на «НП» и снова нажмите клавишу «Ent».
На дисплее появится:
После чего установите курсор на слово «Градуировка» и
снова нажмите клавишу «Ent». На дисплее должны появиться
столбики со значениями концентраций С и величин сигнала фонового раствора J. Для проведения градуировки установите С0 =
= 0 и С1 = 10,00. Затем переведите курсор на ячейку со значениями параметра «J0», в кюветное отделение поместите кювету с
гексаном и нажмите клавишу «Ent». Переведите курсор на ячейку со значением параметра «J1», в кюветочное отделение поместите кювету с градуировочным раствором концентрации НП 10
мг/дм3 и нажмите «Ent». При этом значения параметров С2 С6
и J2 J6 должны быть равны нулю. Для выхода из всех уровней
меню необходимо нажать клавишу «Esc».
Задание 2.
Определить содержание нефтепродуктов в воде с заранее известной концентрацией, сравнить полученные значения с заданными и определить погрешность измерения.
Выполнение опыта.
По указанию преподавателя приготовьте раствор заданной
концентрации НП в воде, для чего добавьте определённое коли-
56
чество нефтепродуктов, например, керосина, в 1 дм3 воды и
НП
1,03
ИЗМЕРЕНИЕ
F =,001
Т = 95,3
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
РЕЗУЛЬТАТ
ИЗМЕРЕНИЯ
ЗНАЧЕНИЕ
ФОНА
(ОКРУГЛЁННОЕ)
ЗАПУСК ИЗМЕРЕНИЯ
ЗНАЧЕНИЕ
ПРОПУСКАНИЯ
тщательно перемешайте. Затем 100 см3 пробы перенесите в делительную воронку вместимостью 250 см3. При помощи пипетки или шприца отберите 10 см3 гексана и ополосните им сосуд,
где находилась проба. Этот гексан поместите в делительную
воронку. Смесь перемешайте в течение одной минуты и дайте
отстояться до появления прозрачного верхнего слоя. Отделите
этот слой и перенесите его в кювету, затем измерьте концентрацию НП в экстракте на анализаторе в режиме «Измерение».
При помощи стрелок выставите курсор на слово «Измерение» и снова нажмите «Ent». На дисплее появится:
ние кювету с раствором НП в экстракте (от лат. extractus – вытянутый) гексана, и одновременно зафиксируйте пропускание
раствора, которое индуцируется непосредственно при измерении. Водную фазу из делительной воронки соберите в мерный
цилиндр вместимостью 100 200 см3 и определите её объём.
арифметическое значение измеренных концентраций и обработайте полученные результаты.
лите абсолютную и относительную погрешности измерений.
Для выхода из всех уровней меню необходимо нажать клавишу
«Esc».
родной или сточной воде.
Далее проведите измерение, поместив в кюветочное отделе-
Измерение проведите ещё два раза, затем найдите среднее
Затем сравните полученное значение с заданным и опреде-
Задание 3.
Измерить концентрацию нефтепродуктов в питьевой, при-
57
Выполнение опыта.
пр
гизм
V
КVХ
Х
1
Пробу исследуемой воды объёмом 100 см3 перенесите в делительную воронку вместимостью 250 см3. При помощи пипетки (или шприца) отберите 10 см3 гексана и ополосните им сосуд,
где находилась проба. Этот гексан поместите в делительную
воронку. Смесь перемешайте в течение одной минуты, дайте
отстояться до появления прозрачного верхнего слоя, который
отделите, перенесите в кювету и измерьте концентрацию НП в
экстракте.
Проведите измерение ещё два раза, найдите среднее арифметическое и обработайте результаты измерений. Сравните полученные данные с ПДК и сделайте вывод о чистоте исследованной воды.
Обработка результатов измерений
Концентрацию НП в пробе воды вычисляют по формуле
, (7.1)
где Х – концентрация НП в пробе воды, мг/дм3; Х
– концен-
изм
трация НП в гексановом экстракте пробы, мг/дм3; Vг – объём
гексана, взятый для экстракции, см3; Vпр – объём пробы, см3;
К1 – разбавление экстракта, т.е. соотношение объёмов мерной
колбы и аликвотной порции экстракта. Если экстракт не разбавляют, то К1 = 1.
Оформление лабораторной работы
За результат анализа принимают значение Х, вычисленное
по формуле (7.1). Результат количественного анализа представляют в виде
Х мг/дм3, Р = 0,95, (7.2)
где = 0,01/ Х; погрешность измерения, %.
58
Результат измерений должен оканчиваться тем же десятичным разрядом, что и погрешность.
Контрольные вопросы
1. Что понимают под термином «нефтепродукты»?
2. Какой вред окружающей среде наносят нефтепродукты?
3. Зачем необходимо определять концентрацию НП?
4. Какими методами находят концентрацию НП?
5. В каких единицах измеряют концентрацию НП?
6. Как работает анализатор «Флюорат-02-3М»?
7. Что такое люминесценция и флуоресценция?
59
ГЛАВА 8. ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА
B
Q
МЕТОДОМ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ
Кулонометрия (Кулон – Ch. Coulomb, 1736 – 1806, фран-
цузский инженер и физик, основатель электростатики и
…метрия) объединяет методы анализа, основанные на измерении количества вещества, выделяющегося на электроде в процессе электрохимической реакции в соответствии с законами
Фарадея (M. Faradey – английский физик, 1791 – 1867). При кулонометрии потенциал рабочего электрода отличается от равновесного значения. Различают потенциостатическую и гальваностатическую кулонометрию, причём последняя включает прямой и инверсионный методы, электроанализ и кулонометрическое титрование.
Титрование – наиболее универсальный метод количественного анализа растворов, на его долю приходится основная часть
анализов, выполняемых в заводских лабораториях. Применение
приборов для автоматического титрования (автоматических
титрометров) резко увеличивает производительность, во многих
случаях повышает точность измерений и высвобождает большое
число лаборантов-аналитиков.
Титрованием называют один из методов количественного
анализа, целью которого является определение концентрации
вещества А известной природы, находящегося в смеси с другими компонентами. Для этого подбирают специальный реагент В,
называемый титрующим веществом (титрантом), который избирательно реагирует с определяемым компонентом анализируемой смеси по схеме
А + В M + N, (8.1)
где M и N – продукты реакции титрования.
Титрующее вещество В добавляют до тех пор, пока не прореагирует всё количество вещества А, содержащегося в пробе.
При этом количество QA титрующего вещества эквивалентно
количеству
титруемого вещества, содержавшегося в исход-
ной пробе,
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]