СУЧАСНІ МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АНАЛІТИЧНОГО КОНТРОЛЮ ТА ІДЕНТИФІКАЦІЇ ВІДХОДІВ

Вивчення промислових хімічних, в тому числі небезпечних, відходів, що мають різноманітні фізико-хімічні властивості, з метою їх класифікації та подальшої обробки пов'язано з вибором процедури відбору проб і методів аналізу. Програми відбору проб відходів та їх подальшого аналізу часто досить складні і дорогі. Успіх ідентифікації відходів залежить від правильності вибору стратегії і тактики планування і виконання аналізу і знань в цій області 1. Лабораторно-аналітичне забезпечення діяльності в галузі поводження з відходами складається з моніторингу компонентів довкілля на територіях об'єктів з розміщення відходів, покомпонентного аналізу відходів і біотестування їх водних витяжок для визначення класу небезпеки відходів, а також кількісного визначення утворилися, використаних, знешкоджених, переданих або отриманих від інших осіб, а також розміщених відходів.

Аналіз відходів виробництва і споживання проводиться відповідно до ФЗ про відходи виробництва і споживання, про охорону навколишнього середовища (рис. 3.7).

Етапи аналізу відходів виробництва і споживання

Мал. 3.7. Етапи аналізу відходів виробництва і споживання 2

Вибір і застосування методів кількісного визначення забруднюючих речовин спрямовані на досягнення їх максимальної чутливості, точності, специфічності і відтворюваності аналізу, а також на спрощення техніки вимірювань. У Росії юридичну силу мають методи (методики), що мають офіційний статус, тобто внесені в будь [1] [2]

або затверджений державним органом перелік або регламентує нормативно-методичний (нормативно-технічний) документ 1 .

Для проведення фізико-хімічного кількісного аналізу відходів застосовують такі методи:

  • • з псктрофото метр ічні до і й;
  • • флюоріметріческій;
  • • атомно-абсорбційний;
  • • мас-спектрометричний спільно з хроматографією;
  • • потенциометрический;
  • • гравиметрический.

Далі розглянемо фізико-хімічні методи забезпечення аналітичного контролю та ідентифікації відходів.

Повний фізико-хімічний аналіз відходів - це визначення, ідентифікація і кількісна оцінка компонентів, що входять в відходи [3] [1] . Для фізико-хімічного дослідження компонентів відходів, особливо органічних, застосовуються високоселективні, що володіють високою чутливістю методи (мас-спектроскопія, газова і рідинна хроматографія і т.д.).

Фотометричні методи (фотоколориметрія і спектрофотометрія) широко застосовувалися в 1830-1850-з рр. Розроблені методики досі мають офіційний статус і наведені в збірниках методичних вказівок щодо визначення забруднюючих речовин. Методи відрізняються універсальністю, високою чутливістю і точністю.

В даний час розроблені фотометричні методи (в значній більшості прямі) визначення практично всіх елементів, за винятком благородних газів. Визначення елементів можна проводити в дуже широкому інтервалі концентрації компонентів проби: від макроколічеств - 50-1% (в основному диференціальним методом) до микроколичеств - близько 10 6 - 10 _8 %. Причому по точності фотометричні методи перевершують багато інших інструментальні методи.

До перерахованих переваг фотометрії слід додати її доступність. Середній фотоелектроколориметр - основний прилад фотометрії - відносно недорогий, його вартість значно нижче вартості приладів, необхідних для багатьох інших інструментальних методів аналізу [5] [6] . Залежно від апаратури у фотометричному аналізі розрізняють спектрофотометричний і фотоколориметричний методи. В спектрофотометрії використовують монохроматичне світло, в фотоколорі- метрії - поліхроматичний. Обидва методи засновані на загальному принципі - існування пропорційної залежності між светопоглощенієм і концентрацією поглинаючої речовини.

При проходженні світлового потоку через розчин речовини, що поглинає світлове випромінювання, інтенсивність світлового потоку змінюється. Частина його відбивається, частина проходить через шар речовини, частина поглинається. Зв'язок між інтенсивностями падаючого світла (7 0 ), світлового потоку, що пройшов через яка поглинає середу (/), і концентрацією речовини в поглинає розчині (с) описується законом Бугера - Ламберта - Бера, фізичний зміст якого можна виразити таким чином: розчини одного і того ж пофарбованого речовини при однаковій концентрації цієї речовини і товщині шару розчину поглинають рівну кількість світлової енергії, тобто светопоглощение таких розчинів однакове.

де з - концентрація речовини, г / моль-л; / - товщина шару, мм; 8 - молярний коефіцієнт поглинання (екстинкція).

Якщо прологаріфміровать рівняння (3.1) і перетворити його, то воно набирає вигляду

Величина lg (/ 0 //) є дуже важливою характеристикою пофарбованого розчину; її називають оптичною щільністю розчину.

З рівняння (3.2) випливає, що оптична щільність розчину прямо пропорційна концентрації пофарбованого речовини і товщині шару розчину.

Іншими словами, при однаковій товщині шару розчину даної речовини оптична щільність цього розчину буде тим більше, чим більше в ньому міститься пофарбованого речовини. Або, навпаки, при одній і тій же концентрації даного пофарбованого речовини оптична щільність розчину залежить тільки від товщини його шару. Звідси можна зробити наступний висновок: якщо два розчини одного і того ж пофарбованого речовини мають різну концентрацію, однакова інтенсивність забарвлення цих розчинів буде досягнута при товщині їх шарів, назад пропорційних концентрацій розчинів. Цей висновок дуже важливий, так як на ньому засновані деякі методи колориметрического аналізу. Таким чином, щоб визначити концентрацію пофарбованого розчину, необхідно виміряти його оптичну щільність. Щоб виміряти оптичну щільність, слід виміряти інтенсивність світлового потоку 1 .

Флуоресцентна спектроскопія досліджує оптично порушені електронні спектри випускання молекул. При використанні даного методу можна отримати якісну інформацію про електронну структуру молекул. Флуориметр придатна для визначення концентрацій, причому се чутливість може бути в 100 000 вище, ніж у фотометрії.

Мас-спектроскопія - метод, який заснований на вимірюванні найважливішою характеристики речовини - маси його молекул або атомів, що дає можливість визначати склад газоподібних, рідких і твердих речовин незалежно від їх фізичних і хімічних властивостей. Це один з найбільш досконалих універсальних сучасних методів аналізу. До його переваг належить можливість визначення багатьох компонентів складних сумішей; для аналізу потрібно дуже мала кількість аналізованого речовини; досить висока швидкість проведення аналізу і висока чутливість (до 0,001%). В основі методу лежить властивість заряджених частинок - іонів речовини змінювати напрямок або швидкість свого руху в електричному або магнітному полі в залежності від ставлення маси частинки до її заряду. Метод полягає в перекладі зразків твердих і рідких середовищ в газоподібні; перекладі молекул аналізованого речовини в позитивні іони і формуванні іонного пучка; поділі іонного пучка але масам в магнітному або електричному полі; уловлювання іонів, роздільному вимірі і реєстрації іонних струмів кожної складової іонного пучка. Розподіл іонів але масам на пучки і їх відносні інтенсивності утворюють мас-спектр, з якого отримують різну інформацію про молекулах речовин, введених в прилад. За відносної інтенсивності кожного виділеного пучка визначають концентрації компонентів аналізованої суміші. В результаті вивчення мас-спектрів можна отримати точні формули молекул і молекулярні маси 1 .

Область застосування мас-спектросконіі - ідентифікація і встановлення будови органічних сполук. Відповідно до положення молекулярних піків визначають молекулярну масу, а по положенню і інтенсивності відносяться до них ізотопних піків з урахуванням природного ізотопного складу - брутто-формулу відповідного з'єднання.

Газова і рідинна хроматографія. Починаючи з 1960-х рр. на основі газової хроматографії було розроблено безліч методик контролю за вмістом забруднюючих речовин в об'єктах навколишнього середовища. Особливі переваги газової хроматографії (здатність розділяти складні і багатокомпонентні суміші хімічних речовин, що складаються з 100 300 і більше індивідуальних сполук) зробили цей метод широко поширеним в екологічній аналітичної хімії, особливо при аналізі органічних забруднень повітря, води і ґрунту. Газова хроматографія в поєднанні з мас-спектроскопією виявилася найбільш ефективним методом визначення в природному середовищі діоксинів і споріднених їм сполук. Важливе значення газової хроматографії - можливість поділу діастереомерів. Відомо, що діастереомери і енантіомери можуть володіти різними токсикологічними характеристиками і по-різному поводитися в біохімічних процесах.

Процес хроматографічного розділення заснований на сорбції - поглинанні речовин твердою поверхнею (адсорбція) або розчиненні газів і рідин в рідких розчинниках (абсорбція). В основі методу лежать відмінності в розподілі речовин між двома фазами, з яких одна фаза є рухомий, а друга - нерухомою. У класичній газової хроматографії компоненти суміші переносяться рухомий фазою вздовж колонки, заповненої частками твердого носія, які покриті нерухомою фазою.

Хроматографічні методи з рідкої рухомою фазою на практиці розрізняють за формою і видом застосовуваної твердої стаціонарної фази або твердого носія для нерухомої рідкої фази, а саме, хроматографія на колонці (КХ), хроматографія в тонкому шарі (тонкошарова хроматографія), хроматографія на папері (БХ) . Якщо нерухома фаза тверда, зазвичай переважає адсорбція; рідку нерухому фазу (вода, органічні розчинники) наносять на тверді носії, які утримують її адсорбционно, частково при набуханні. Внаслідок цього і адсорбційні, і розподільні рівноваги до певної міри завжди співіснують.

При газохроматографічних методах користуються виключно технікою елюювання (вимиванням адсорбованих шарів відповідним розчинником), отримуючи таким чином зовнішні хроматограми. Проби, призначені для газохроматографического поділу, є газоподібними або рідкими, але можуть бути і твердими, якщо їх можна випарувати без розкладання до 400 ° С. Гази або пари пропускають через колонку в струмі газу-носія (азоту, гелію, аргону і навіть водню) і реєструють залежать від часу або обсягу сигнали.

Газова хроматографія - головним чином метод поділу. Однак за площею піків реєстрованих детектором сигналів можна отримати уявлення і про кількостях знаходяться у вихідній суміші компонентів. Висновки про природу цих складових частин можливі лише після подальшого аналізу виділених з суміші фракцій. Для ідентифікації складу відходів все більшого поширення набуває поєднання газової хроматографії з відповідними методами аналізу.

Ядерно-фізичні методи аналізу . В останні десятиліття набули поширення ядерно-фізичні методи аналізу об'єктів навколишнього середовища - рентгенівська емісійна і флуоресцентна спектроскопія, активаційний аналіз, атомно-абсорбційна спектроскопія і атомно-флуоресцентна спектроскопія.

У рентгенівському флуоресцентного аналізі використовують рентгенівські спектри елементів. Для отримання спектру як диспергуючого елемента застосовують кристали або дифракційні решітки. Рентгенівське збудження атомів речовини досягається при бомбардуванні зразка електронами високих енергій або опроміненні його рентгенівськими променями. Електронна бомбардування призводить до появи не тільки характеристичного спектра елемента, але і досить інтенсивного флуоресцентного випромінювання.

Активаційний аналіз заснований на опроміненні досліджуваних речовин іонізуючим випромінюванням і полягає в аналізі утворюються радіонуклідів па спектрометрах випромінювань. Найбільш поширений нейтронно-активаційний аналіз використовують для визначення елементів в різних середовищах, в тому числі в об'єктах природного середовища, а також у викидах промислових підприємств і димових факелах.

За допомогою атомно-абсорбційної спектроскопії вимірюють резонансне поглинання випромінювання певної довжини хвилі. Основою служить закон випромінювання Кірхгофа, згідно з яким елемент поглинає випромінювання тієї ж довжини хвилі, яке він випускає в збудженому стані. Частка поглиненого випромінювання пропорційна концентрації даного елементу. Даний метод відрізняється високою селективністю і чутливістю.

Під атомної флуоресценції розуміють дезактивацію станів атомів, порушених за рахунок поглинання випромінювання; ця дезактивація супроводжується випромінюванням. Отже, вона являє собою процес, зворотний атомної абсорбції. Область застосування атомної флуоресцентної спектроскопії в загальному та ж, що і абсорбційної. Порівняно високі витрати на прилади окупаються більшою чутливістю по відношенню до багатьох елементів.

Аналіз па основі хімічних реакцій полягає в наступному. Хімічні реакції дають можливість безпосередньо визначати кількості речовин. Так, в гравіметрії принцип аналізу полягає у визначенні маси продуктів реакцій осадження (ІНД Ф 16.3.55- OS. Кількісний хімічний аналіз ґрунтів. Тверді побутові відходи. Визначення морфологічного складу гравіметричним методом). Для гравиметрических визначень необхідні проби, що дають можливість відбирати міліграмових навішування. Гідність методу - це висока точність аналізу, малі витрати на апаратуру і відсутність необхідності в градуировке. Недоліком є відносно великі витрати часу [7] .

Реакції осадження дуже часто застосовують для хімічного виявлення складу відходів, при цьому використовуються специфічні реакції для окремих складових частин. Гравіметричні способи застосовують для точних кількісних визначень, в основному при високому і середньому вмісті шуканих складових частин в пробі.

Потенциометрический метод заснований на вимірюванні електродних потенціалів для визначення активності складових частин розчинів практично без витрат струму. Результати отримують, вимірюючи потенціал при поступовому додаванні певних обсягів стандартного розчину і користуючись кривими титрування, які отримують різними методами.

  • [1] Курбатова А. І., Зволинский В. П. Указ. соч.
  • [2] URL: http://www.vladimironline.ru/desc/page_1473/ (дата звернення: 20.03.2014).
  • [3] Афанасьєв Ю. А., Фомін С. А. Моніторинг і методи контролю навколишнього середовища: навч, посібник в 2 ч. Ч. 2. Загальна. М .: Изд-во МНЕПУ, 1998..
  • [4] Курбатова А. І., Зволинский В. П. Указ. соч.
  • [5] чакчіри Б. А., Алексєєва Г. М. Фотометрические методи аналізу: метод, вказівки. СПб .:
  • [6] Вид-во СПХФА, 2002.
  • [7] Дапцер К., Тан Е., Мол'хД. Аналітика. Систематичний огляд: пров. з нім. / Під ред.Ю. А. шкапи ко. М .: Хімія, 1981.
 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >