Stanovení nepolárních extrahovatelných látek ve vodě

Stanovení nepolárních extrahovatelných látek ve vodě infračervenou
spektrometrií
Nepolární extrahovatelné látky (NEL) ve vodě vytvářejí emulze, film nebo souvislou
vrstvu na hladině a mohou se také ve vodě rozpouštět. Existence jednotlivých forem je
podmíněna řadou faktorů, např. teplotou, tlakem, chemickým složením vody, druhem
znečištění, typem nepolární látky, mícháním nebo prouděním. Každá změna těchto faktorů má
za následek změnu v zastoupení jednotlivých forem výskytu, např. odparem těkavých složek.
Při odběru vzorků je nutno přihlížet k formě výskytu nepolárních látek
Odběr vzorků:
Povrchové znečištění látkami plovoucími na hladině: vzorek se odebírá z definované
plochy speciálním vzorkovacím zařízením a výsledek stanovení je uváděn v [mg . m-2].
Znečištění emulgovanými a rozpuštěnými nepolárními látkami: vzorek je odebírán
pod hladinou, u proudících vod v místě s největší turbulencí, u podzemních vod na počátku
čerpání (zjištění maximálního množství NEL) a po dostatečném odčerpání vody (průměrný
vzorek). Odebírá se zpravidla 1 až 5 l vzorku v závislosti na formě výskytu NEL a jejich
koncentraci. Výsledek stanovení je uváděn [v mg . l-1].
K odběru se používají skleněné láhve, které se plní vzorkem až po okraj, aby
nedocházelo ke ztrátám těkavějších podílů a aby se snížila možnost oxidace uhlovodíků
vzdušným kyslíkem
Konzervace vzorku: Většinou se neprovádí, vzorek je nutno analyzovat co nejdříve po
odběru tak, aby nemohlo dojít k nežádoucím změnám ve složení vzorku v důsledku
chemických a biochemických procesů. Místo konzervace lze přímo po odběru vzorek
extrahovat do rozpouštědla.
Princip metody:
Odebraný vzorek vody je extrahován vhodným rozpouštědlem, v našem případě
tetrachlormethanem. Při extrakci přecházejí do organické fáze nejen nepolární látky, ale také
látky polární, např. tuky, tenzidy, bitumeny, dehty a pod. Celkové množství všech
organických látek vyextrahovaných do rozpouštědla se nazývá: „extrahovatelné látky“.
Dalším krokem je oddělení vodní a organické fáze a poté je nutno extrakt vysušit, nejčastěji
bezvodým síranem sodným. Následuje odstranění polárních látek z extraktu sorpcí na
aktivovaném silikagelu.
Koncentrace NEL v extraktu po kalibraci metody stanovena infračervenou
spektroskopií ve spektrálním rozsahu 3200 – 2700 cm-1, kdy kvantitativní výpočet provedeme
na základě odečtení absorbance pásů s vrcholy při 2926±15 cm-1, 2960±15 cm-1 a 3050±25
cm-1, pokud jsou přítomny aromatické látky. Tyto absorpční pásy odpovídají valenčním
vibracím vazby C-H funkčních skupin –CH 2 -, -CH 3 a C-H aromatického kruhu. Přesnost
metody je závislá na vhodné volbě standardu. Nejvyšší přesnosti lze dosáhnout tehdy, pokud
se jako kalibrační standard látka totožná s analyzovaným znečištěním. Izolace znečišťující
látky je však poměrně obtížnou záležitostí, u velmi málo znečištěných vod je téměř nemožná.
Proto kvantitativní analýzu předchází často analýza kvalitativní, kdy část extraktu naneseme
na vzorkovací okénko v tenké vrstvě, necháme rozpouštědlo odpařit do sucha a vzniklou
vrstvu identifikujeme infračervenou spektroskopií. Poté vybereme vhodný standard pro
kalibraci. Dále lze použít i některé kalibrační směsi, např. pro znečištění typu motorové nafty
a oleje je využívána směs 40% toluenu, 40% ethylbenzenu a 20% 2,3-dimethylnaftalenu, pro
znečištění typu benzínu nebo leteckého petroleje je vhodná směs 55% toluenu, 40%
ethylbenzenu a 5% 2,3-dimethylnaftalenu. Pokud nelze identifikovat původ znečištění, lze
s výhodou využít bezstandardovou metody tzv. metodu numericko-empirického vztahu
(NEV), která využívá empiricky zjištěné váhy ploch nebo výšek absorpčních pásů s vrcholy v
polohách výše uvedených, z nichž potom počítá koncentraci NEL ve vzorku.
Použití:
Metodu lze použít ke stanovení NEL v koncentracích nad 0,1 mg . l-1. Při
koncentracích nižších lze k zakoncentrování použít extrakci do pevné fáze, aktivního uhlí, a
extrahovat velké objemy vzorku (řádově desítky litrů). Aktivní uhlí musí být před použitím
extrahováno rozpouštědlem a poté vysušeno ve vakuové sušárně. Aktivním uhlím se plní
kolona o průměru 7,5 cm a výšce 45 cm, filtrační rychlost se pohybuje kolem 1,0 l.min-1. Po
ukončení extrakce se aktivní uhlí vysuší při teplotě 40oC a zpětně se NEL extrahují po dobu
35h v Soxhletově přístroji. Aktivní uhlí lze nahradit dalšími sorpčními materiály na bázi
makroporézních polymerů.
Rušivé vlivy:
Při extrakci vody rozpouštědlem není zajištěn 100% výtěžek extrakce, je tedy nutno
extrahovat opakovaně a ověřit úspěšnost extrakce. Extrahujeme všechny organické látky,
které jsou ve vodě přítomny. Podle sorbentu použitého k oddělení polárních látek od
nepolárních může dojít buď k neúplnému oddělení polárních látek z extraktu (např. sorbent
florisil), nebo mohou být zachyceny i některé vyšší aromatické uhlovodíky (např. sorben oxid
hlinitý, alumina).
Rušivě působí i vznik emulze, kterou je nutno před vlastní analýzou rozrazit
přídavkem 5 g NaCl a 1 ml 25%roztoku HCl na 100 ml vzorku vody.
Rušivým vlivem je i nedostatečná čistota rozpouštědla, je nutno před extrakcí ověřit
kontrolním měřením infračerveného spektra čistého rozpouštědla.
Přístroj, pomůcky a činidla:
pomůcky:
1. FTIR spektrometr Nicolet 6700
2. křemenná (infrasilová) kyvety o tloušťce 1 cm
3. dělící nálevka
4. odměrné válce
5. skleněná nálevka s fritou
6. Erlenmayerova baňka, odměrná baňka
činidla:
1. NaCl p.a.
2. HCL p.a.
3. tetrachlormethan
4. aktivovaný silikagel – zrnění 0,15-0,4mm, extrahovaný rozpouštědlem, vysušený a
aktivovaný 3-4 hod při teplotě 140oC – 160oC
5. bezvodý síran sodný (extrahovaný tetrachlormethanem a žíhaný do such při 550oC
Postup práce:
Vzorek odebraný do skleněné vzorkovnice se okyselí HCl a přidáme NaCl (5 g NaCl a 1 ml
25%roztoku HCl na 100 ml vzorku vody). Protřepeme. Obsah vzorkovnice odměříme a
převedeme do dělící nálevky přiměřené velikosti. Vzorkovnici vypláchneme částí
rozpouštědla a to převedeme do dělící nálevky. V případě 1 l vzorku používáme 15 ml
rozpouštědla. Dělící nálevku uzavřeme a intenzivně třepeme cca. 2 min ručně. Po odsazení
rozpouštědla (20-30 min.) odpustíme spodní vrstvu do Erlenmayerovy baňky. Do dělící
nálevky znovu odměříme dalších 15 ml a postup opakujeme, druhý extrakt přidáme
k prvnímu. Pokud je vzorku méně, množství rozpouštědla upravíme podle objemu vzorku a
předpokládané koncentraci.
Extrakt v baňce vysušíme bezvodým síranem sodným (cca. 5 g , tj. asi 1 lžička) a
přidáme silikagel (1g). Baňku protřepeme a necháme několik minut stát s občasným
protřepáním. Poté extrakt přefiltrujeme přes fritu, převedeme do odměrné baňky přiměřené
velikosti a odpařené rozpouštědlo doplníme čistým rozpouštědlem po rysku. Tak je připravem
extrakt k vlastnímu měření IR spektra.
Postup měření IR spektra:
Parametry měření:
spektrální rozsah 4000 – 650 cm-1
spektrální rozlišení 4 cm-1
počet akumulací spektra ( scanů) 32
1. Infrasilovou kyvetu o tloušťce 1 cm naplníme ze ¾ čistým tetrachlormethanem a
vložíme do kyvetového prostoru. Změříme spektrum čistého rozpouštědla
2. Kyvetu znovu naplníme tentokrát extraktem. Změříme spektrum extraktu. Dbáme na
to, aby se transmitance vzorku ve spektrálním rozsahu 3200 – 2700 cm-1 pohybovala
v rozmezí 20 – 80%. Pokud je transmitance vyšší než 80%, potom vzorek přiměřeně
naředíme čistým rozpouštědlem.
3. S použitím funkce odečítání spekter (subtraction) vykompenzujeme spektrum
rozpouštědla a diferenční spektrum extraktu uložíme ve formátu „.jdx“
4. Využijeme program „Ropné“ k výpočtu koncentrace NEL ve vzorku (jde o aplikaci
bezkalibrační NEV metody). Do programu je nutno zadat: množství vzorku vzatého
k analýze, množství extrakčního rozpouštědla, ředění extraktu a úspěšnost extrakce v
% (pro výpočet předpokládejte 100% extrakci).
Výsledky zpracujte do protokolu.