8.5. Добування речовини з пастки після відбору проби газів

Добувають речовини з пастки у тому випадку, коли проба газу пройшла через твердий сорбент або коли частинки аерозолю осіли на фільтрі. Видалення з пастки повинно бути кількісним, щоб це не вплинуло на проведення аналізу.

З фільтра, на якому осіли аерозолі, речовину добувають по-різному, як описано вище у розділі 8.3.

З твердого сорбента для видалення сорбованих речовин, застосовують основні три способи: екстракцію розчинником; термічну десорбцію; метод рівноважної пари.

Екстракційна десорбція адсорбованих речовин полягає у їх розчиненні відповідними розчинниками (С₆Н₁₄, C₆H₅Cl, C₆H₆, C₂H₅-O-C₂H₅, C₂H₅OH, CS₂). Розчинники повинні добре розчиняти сорбовану речовину, мають бути хімічно чистими, не вступати у взаємодію з розчиненими речовинами. Вибір екстрагента залежить від полярності речовини та сорбента. Полярні речовини десорбуються краще полярними розчинниками, а неполярні – неполярними або малополярними розчинниками.

З активованого вугілля найбільш вживаним розчинником для видалення спиртів, ефірів, ароматичних вуглеводнів, галогенпохідних вуглеводнів є карбон дисульфід, може бути в суміші зі спиртами – пропанолом, бутанолом. Наприклад, CS₂ екстрагує аліфатичні та ароматичні вуглеводні, суміш діетилового ефіру з ізопропанолом екстрагує хлорвуглеводні, спирти, кетони.

З силікагелю сорбовані ефіри, спирти, галогенпохідні вуглеводнів та кетони добре екстрагувати диметилсульфоксидом, гірше карбон дисульфідом. Полярні органічні речовини також добре десорбуються дією метанолу, етанолу, діетилового ефіру. Водою десорбують з силікагелю метанол.

Для екстракції полярних органічних речовин з полімерних сорбентів використовують ефіри, спирти, карбон дисульфід та гексан.

Об’єм розчинника для екстракції не повинен бути надто великим. Наприклад, для десорбції вінілхлориду беруть 0,5 мл толуолу або хлорбензолу з розрахунку на 150 мг активованого вугілля. Якщо подальший аналіз проводять методами газової хроматографії, то об’єм розчинника не повинен перевищувати 5 мл.

Екстракційну десорбцію проводять, залежно від фізичних властивостей сорбованої речовини, двома способами – статичним та динамічним.

Статичний спосіб десорбції застосовують для екстракції низькокиплячих речовин.

Сорбент переносять у колбу, додають розчинник, збовтують та відстоюють. Екстракція повинна проходити у закритому посуді. Повнота екстракції залежить від хімічної природи екстрагента і речовини, від тривалості екстракції. Екстракційна десорбція може тривати від 15 хв до 24 год, що сприяє підвищенню ефективності. Так, при десорбції бензолу з силікагелю ізопропіловим спиртом, при співвідношенні на 10 г сорбенту 25 мл спирту ступінь десорбції через 15 хв становить 80%, а через 12 год досягає практично 100%.

Методом статичної екстракції іноді видаляють речовини з фільтра. Це стосується високомолекулярних і висококиплячих поверхнево-активних речовин, пестицидів, які витримують у контакті з розчинником до 24 год, бенз()пірену, витримуючи 8-10 год.

Динамічний спосіб десорбції застосовують для речовин з високими температурами кипіння, оскільки втрат через їхню леткість практично нема. Для десорбцій сорбційну трубку закріплюють вертикально у штативі. До протилежного від входу повітря кінця трубки з сорбентом під’єднують ділильну лійку з розчинником, а другий кінець закривають прокладкою зі скловолокна. З лійки через трубку повільно пропускають розчинник. Оптимальне співвідношення маси сорбента та розчинника становить 1:3. Десорбцію проводять 4-5 разів, усі розчини окремо аналізують на вміст визначуваного інгредієнта.

Після десорбції визначають її ступінь (повинен бути не меншим за 85-90%). Для цього порцію газу з відомою масою визначуваної речовини пропускають через 5 однакових сорбційних трубок. Десорбують речовину з трубок та визначають її масу. Одночасно проводять сліпу пробу і визначають у ній масу речовини. Ступінь десорбції вираховують за формулою:

,

де m_о,– початкова маса речовини, m, m_сліпої – маса речовини, визначена після десорбції та в сліпій пробі.

Недоліком методу екстракційної десорбції є те, що сконцентрована у сорбенті речовина розбавляється у розчиннику.

Термічну десорбцію застосовують переважно при визначенні органічних сполук, сорбованих на пористих полімерах, якщо аналіз речовини проводять методами газової хроматографії. Для аналізу беруть усю десорбовану пробу. Методом термодесорбції не вигідно видаляти сорбовані речовини з активованого вугілля, оскільки цей сорбент має дуже велику ємність сорбції, а крім того з вугілля видаляється певна кількість сорбованої вологи, яка заважає наступному газохроматографічному визначенню. З активованого вугілля можна таким способом десорбувати лише дуже леткі речовини з низькими температурами кипіння, як наприклад вуглеводні.

Проводять термічну десорбцію, пропускаючи потік інертного газу (гелію, аргону, азоту) через нагріту до потрібної температури трубку з сорбентом. Найкраще видаляються з сорбента легкі вуглеводні та речовини з низькими температурами кипіння. Тривалість десорбції тим менша, чим менша маса сорбенту та більший об’єм газу-носія:

,

де  – об’ємна швидкість газу-носія, мл/хв; - питомий утримуваний об’єм при температурі десорбції t, мл/г: ,

V_t – істинний утримуваний об’єм при температурі tC, m – маса сорбента, г.

Після термічної десорбції газ переважно аналізують методами газової хроматографі, тому для зручності сорбційну трубку можна поміщати у випаровувач газового хроматографа.

Спосіб рівноважної пари застосовують лише у випадку речовин з високим тиском пари. Одержана пара є збагачена найбільш леткими речовинами, її аналізують методами газової хроматографії. Важливо і те, що в одержану пару не переходить волога із сорбента.

Після відбору проби повітря у поглинальне середовище – в нелетку рідину або на твердий сорбент, цю рідину чи сорбент поміщають у герметично закритий посуд і термостатують. При певній температурі встановлюється рівновага між речовиною у середовищі та в паро-газовій фазі над ним. Концентрація речовини у насиченій парі пропорційна до її концентрації у розчині чи сорбенті. Посуд повинен буди герметично закритий, найкраще мембраною. Це може бути скляна ємність з гумовим корком. Для покращення випаровування підвищують температуру ємності. У випадку випаровування газу з рідкого середовища створюють умови для пониження розчинності газу додаванням електроліту (К₂СО₃) у водні розчини або води в органічний розчинник. Для відбору пари, після того як встановилася рівновага, мембрану проколюють шприцом, нагрітим до тієї ж температури, що ємність, і при тій же температурі вводять у хроматограф. Цей метод можна застосувати також для визначення летких речовин, що містяться в рідині чи у твердій речовині, наприклад, для виявлення залишку леткого розчинника у реактиві.

Концентрування проби застосовують у тому випадку, якщо вміст визначуваного інгредієнта надто малий. Для концентрування застосовують екстракцію та випаровування.

Випаровування зручно проводити після екстракційної десорбції проби газуватих речовин, особливо для подальшого газохроматографічного визначення. Цей спосіб можна застосовувати для концентрування речовин з невисоким тиском пари, температура кипіння яких не менша за 180-200С. Випаровування проводять у порцеляновому тиглі при повільному нагріванні. Так, наприклад, чинять при визначенні бенз()пірену в повітрі. Бенз()пірен відбирають пропусканням повітря через гексан. Шляхом випаровування розчинника можна підвищити концентрацію бенз()пірену у 100 разів, після чого проводять його газохроматографічне визначення.