Газовая и жидкостная хроматография

Метод анализа был открыт в 1903 году русским ученым Цветом М. С. и получил широкое распространение благодаря простоте, удобству и большой эффективности. (слайд 10)

Начиная с 60-х годов XX века, на основе газовой хроматографии были разработано множество методик контроля за содержанием загрязняющих веществ в объектах окружающей среды. Особые достоинства газовой хроматографии (способность разделять сложные и многокомпонентные смеси химических веществ, состоящие из 100-300 и более индивидуальных соединений) сделали этот метод широко распространенным в экологической аналитической химии, особенно при анализе органических загрязнений воздуха, воды и почвы. Процесс хроматографического разделения основан на сорбции - поглощении веществ твердой поверхностью (адсорбция) или растворении газов и жидкостей в жидких растворителях (абсорбция). В основе метода лежат различия в распределении веществ между двумя фазами, из которых одна фаза является подвижной, а вторая — неподвижной. Если через слой неподвижной фазы будет перемещаться смесь веществ, то за счет различной силы связывания компонентов этой смеси одни из них будут дольше задерживаться в ней, а другие «уходить вперед».

Необходимо уточнить ряд вопросов терминологии, используемой в классификации хроматографических методов. В самом простейшем случае под термином «газовая хроматография» подразумевается метод анализа, когда разделение смеси веществ в хроматографической колонке осуществляется в потоке газа (газа-носителя), непрерывно пропускаемого через колонку. Газоадсорбционная (разделение на адсорбенте - угле, силикагеле или оксиде алюминия) и газожидкостная (разделение на сорбенте - твердом носителе, покрытом жидкостью - неподвижной жидкой фазой)- это все варианты газовой хроматографии.

Если же в ка­честве подвижной фазы через разделительную вместо газа непре­рывно пропускают поток растворителя, то хроматографию назы­вают жидкостной адсорбционной. Тонкослойная хроматография является одним из видов жидкостной хроматографии, в которой подвижная фаза (элюент) движется в пористой среде плоского слоя адсорбента. Роль «хроматографической колонки» при этом играет пластина, на которую нанесен тонкий слой адсорбента.

Типы анализа: (слайд 11)

Анализ содержания микропримесей пестицидов, углеводородов, хлорорганических соединений и др. в питьевой и сточных водах согласно СанПиН 2.1.4.559-96.

Анализ содержания вредных экотоксикантов в почве.

Анализ содержания хладонов в воздухе.

Анализ содержания диоксинов, фенолов в объектах окружающей среды.

Методы, основанные на электрохимических реакциях (слайд 12)

Электрохимические методы анализа основаны на зависимости электрохимических свойств анализируемых сред от их состава. Величинами, которые могут быть использованы для измерений, являются напряжение, потенциал, сила тока, сопротивление, проводимость, емкость, диэлектрическая проницаемость и др.

Электрохимические методы позволяют определять низкие содержания (на уровне ПДК) многих органических и неорганических загрязняющих веществ в компонентах биосферы.

Вольтамперометрический метод анализа (ВАМ) сегодня считается одним из наиболее перспективных среди ЭХ-методов благодаря его широким возможностям и хорошим эксплутационным характеристикам. Очень высокочувствительный и экспресный метод определения токсикантов. Он основан на проведении специальной обработки поляризационных кривых «ток-напряжение». ВАМ-анализаторы делают возможным одновременное определение нескольких компонентов (до 4-5) в одной пробе с довольно высокой чувствительностью до 10^-8 М.

Адсорбционная инверсионная вольтамперометрия (ИВА), основанная на предварительном адсорбционном концентрировании определяемого компонента на поверхности электрода и последующей регистрации вольтамперограммы полученного продукта. Предел обнаружения ЗВ до 10^-11 моль/л.

Характеристика аналитического комплекса «Экотест-ВА»

Универсальный комплекс для измерения микроколичеств (до 10 ^-10 моль/л) тяжелых металлов, йода, селена и мышьяка, токсичных органических и неорганических компонентов в самых различных объектах методами инверсионной вольтамперометрии и полярографии.

Объекты анализа:

• вода питьевая, природная, сточная, морская

• пищевые продукты, напитки, продовольственное сырье

• почвы, корма

• косметика, лекарственные препараты, биологические объекты

Определяемые компоненты:

• металлы: Zn , Cd , Pb , Cu , Hg , Mn , Co , Fe , Ni , Mo , Sn , Cr

• неметаллы: As, Bi, Se, I

• органические молекулы: метанол, ацетальдегид, формальдегид, диэтиленгликоль, фенол и его производные

• другие электроактивные органические и неорганические вещества

Масс-спектроскопия. (слайд 13)

Метод основан на измерении важнейшей характеристики вещества - массы его молекул или атомов. Это дает возможность определять состав газообразных, жидких и твердых веществ независимо от их физических и химических свойств. Метод является одним из наиболее совершенных универсальных современных методов анализа. К преимуществам метода относится возможность определения многих компонентов сложных смесей; для анализа требуется очень малое количество анализируемого вещества; достаточно высокая скорость проведения анализа и высокая чувствительность (до 0,001 %).

В основе метода лежит свойство заряженных частиц - ионов вещества менять направление или скорость своего движения в электрическом или магнитном полях в зависимости от отношения массы частицы к ее заряду. Метод заключается в переводе образцов твердых и жидких сред в газообразные; переводе молекул анализируемого вещества в положительные ионы и формирование ионного пучка; разделении ионного пучка по массам в магнитном или электрическом поле; улавливании ионов, раздельном измерении и регистрации ионных токов каждой составляющей ионного пучка.

Распределение ионов по массам на пучки и их относительные интенсивности образуют масс-спектр, из которого получают различную информацию о молекулах веществ, введенных в прибор. По относительной интенсивности каждого выделенного пучка определяют концентрации компонентов анализируемой смеси. Изучение масс-спектров позволяет определить точные формулы молекул и молекулярные массы.

Рентгеноспектральный анализ состоит в изучении спектров различных элементов и веществ под воздействием рентгеновского излучения.

Предел обнаружения биохимических методов очень высок - в отдельных случаях удается определять исследуемые соединения на уровне 10^-16 моль и меньше. Основная сфера применения ферментативных и иммунохимических методов ограничивается веществами, угнетающими ферментные системы и вызывающими в живом организме образование антител. К этой сфере относится большинство токсикантов.

Неконтактные методы измерений. Контактные методы наблюдений и контроля за состоянием природной среды дополняются неконтактными, основанными на использовании двух свойств зондирующих полей (слайд 14) (электромагнитных, акустических, гравитационных): осуществлять взаимодействия с контролируемым объектом и переносить полученную информацию к датчику. Зондирующие поля обладают широким набором информативных признаков и разнообразием эффектов взаимодействия с веществом объекта контроля.

Принципы функционирования средств неконтактного контроля (слайд 15) условно подразделяют на пассивные (прием зондирующего поля, исходящего от самого объекта контроля) и активные (прием отраженных, прошедших или переизлученных зондирующих полей, созданных источником).

Неконтактный контроль атмосферы осуществляется с помощью радиоакустических и лидарных методов. (слайд 16)

Сначала радиоволны были использованы для анализа состояния ионосферы (по отражению и преломлению волн), затем для исследования осадков, облаков, турбулентности атмосферы (сантиметровые волны).

Область применения радиоакустических методов ограничена сравнительно локальными объемами воздушной среды (в радиусе 1-2 км). Приборы могут функционировать в наземных условиях и на борту аэроносителей.

Одной из причин появления отраженного акустического сигнала являются мелкомасштабные температурные неоднородности, что позволяет контролировать температурные изменения, профили скорости ветра, верхнюю границу тумана.

Принцип лидарного (лазерного) зондирования заключается в том, что лазерный луч рассеивается молекулами, частицами, неоднородностями воздуха, поглощается, изменяет свою частоту, форму импульса, в результате чего возникает флюоресценция, которая позволяет качественно или количественно судить о таких параметрах воздушной среды как давление, плотность, температура, влажность, концентрация газов, аэрозолей, скорость и направление ветра. Преимущество лидарного зондирования заключается в монохроматичности, когерентности и возможности изменять спектр, что позволяет избирательно контролировать отдельные параметры воздушной среды. Главный недостаток – ограниченность потолка наземного зондирования атмосферы влиянием облаков.

Среди методов неконтактного контроля природных вод наиболее распространены радиояркостный, радиолокационный и флуоресцентный. Радиояркостный метод обеспечивает одновременный контроль волнения, температуры и солености вод в диапазоне зондирующих волн от видимого до метрового. Радиолокационный метод заключается в приеме и обработке (амплитудной, энергетической, частотной, фазовой, поляризационной, пространственно-временной) сигнала, отраженного от взволнованной поверхности.

Для дистанционного контроля параметров нефтяного загрязненной водной среды (площадь покрытия, толщина, примерный химический состав) лазерный флуоресцентный метод.

Актуальным направлением аналитического приборостроения является создание многоцелевых приборных комплексов на блочно-модульной основе (слайд 17). Аналитический комплекс – это совокупность материальной (средства измерения, вычислительная техника, вспомогательное оборудование) и интеллектуальной (методики, программное обеспечение) составляющих анализа. В комплекс входят комплект аттестованных методик ЭАК и все приборы, технические средства, необходимые для их реализации. Удачным примером аналитического комплекса может служить многоцелевая лабораторная автоматизированная система эколого-аналитического контроля «Инлан».

Назначение Комплекс предназначен для измерения содержания различных неорганических веществ в атмосфере,воздухе рабочей зоны; газовых выбросах, жидких средах, включая взвеси; почвах и донных отложениях. Принцип действия Ионохроматографический. Состав комплекса • ионный хроматограф «ЦветЯуза» с кондуктометрическим детектором • блок поглотительный БПИ • пробоотборное устройство ПУ-4ЭП • персональный компьютер типа IBM/PC • набор химических реактивов • набор химической посуды по ГОСТ 1770

В последние годы для решения задач экологического контроля и мониторинга все шире используется космическая техника. Получаемые с помощью систем спутниковой связи и оптико-электронных средств высокого разрешения данные используются для построения многослойных электронных карт различной тематики. Космические средства мониторинга в сочетании с наземными системами ЭАК позволяют создать мощную информационную базу для управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью на региональном, национальном и глобальном уровнях.