Методики определения нефтепродуктов в воде на основе ИК-фурье-спектрометрии

Недостатком дифракционных ИК-спектрометров является низкая чувствительность определения, не позволяющая без значительного обогащения целевых компонентов обнаруживать и определять в воде следовые концентрации нефтяных углеводородов. Современные ИК-фурье-спектроме- тры в 10—100 раз чувствительнее, и их начали широко использовать для подобных анализов.

Несколько фирм в России [383—386] производят ИК-фурье-спектро- метры, предназначенные, в частности, для определения НП в природных и сточных водах, в водных вытяжках из почв илов, донных отложений и твердых отходов (табл. III.90).

Таблица III.90. Отечественные ИК-фурье-спектрометры для определения НП в воде |383-386|^[1]

Это стационарные лабораторные приборы (табл. 111.90), их масса составляет 37 кг для ИнфраЛЮМ ФТ-02, почти в 2 раза больше (75 кг) для спектрометра МТИФС-01 и 28 кг для спектрометров семейства ФСМ. Последние приборы можно транспортировать при выполнении полевых анализов, но это нежелательно по техническим причинам.

Известным недостатком таких приборов при использовании их для рутинных анализов на НП является их высокая стоимость — от 15 000 до 22 000 долларов США. По этой причине для суммарного определения НП в воде или почве более оптимальными являются хроматографические методики, которые позволяют не только измерить содержание НП, но и определить их тип и указать на источник загрязнения.

Основные достоинства спектрометров семейства ФСМ (рис. II1.167) следующие [384]:

Высокая чувствительность. Спектрометр в 10—100 раз превосходит по чувствительности дифракционные приборы типа ИКС и SPEKORD, что позволяет регистрировать предельно низкие концентрации и малые количества веществ.

Высокая производительность. Время получения спектра 2—20 с позволяет выполнять экспрессные измерения, перейти от выборочного контроля продукции к сплошному, контролировать параметры технологических процессов в реальном времени.

Автоматизация измерений. Повышает надежность измерений, позволяет автоматизировать учет результатов и повысить эффективность их обработки.

Простота эксплуатации. Интерферометр не требует настройки, имеется встроенный стандарт длины волны, процесс тестирования и поверки автоматизирован.

Рис. III. 167. ИК-фурье-спектрометр ФСМ [384, 385].

Модульная конструкция. Спектрометр легко адаптируется для решения специализированных задач, например: газовый анализ, анализ топлив и масел, контроль полупроводникового кремния.

ИК-фурье-спектрометр ФСМ 1201 благодаря своим преимуществам и высокой степени автоматизации процесса измерений может использоваться как эффективное средство экологического контроля вместо физически и морально устаревших спектрометров типа ИКС-29 или ИКС-40. Примерами могут служить определение массовой концентрации углеводородов в воде и почве по интенсивности поглощения метиленовых групп (2925 см^-1) в ИК-спектре. Существует целый ряд аттестованных методик для количественного определения НП в воде и почве, а также известные в мировой практике стандартные методики ЕРА 418.1 и ASTM D3921 (см. табл. 111.85).

ИК-фурье-спектрометр комплектуется набором кювет, соответствующих требованиям существующих методик, а также оборудованием, необходимым для подготовки образцов. Градуировочный график для определения НП в воде строится на основе ИК-спектров поглощения эталонных веществ (рис. 111.168 и III. 169). Пример градуировочной кривой для определения концентрации НП в воде, полученной для растворов смеси гексадекана, изооктана и бензола в четыреххлористом углероде с использованием ИК-фурье-спектрометра ФСМ 1201.

Повсеместное ухудшение экологической ситуации, связанное с разливами нефти и НП (моря, реки, донные отложения, почва и др.), предполагает постоянное совершенствование способов пробоподготовки и анализа

Рис. III. 168. ИК-спектры поглощения градуировочных растворов смеси гексадека- на, изооктана и бензола в четыреххлористом углероде [384]. Толщина кюветы 2 см, спектры приведены к спектру растворителя. Спектры получены на ИК-фу- рье-спектрометре ФСМ 1201, спектральное разрешение 4 см^-1, время измерения 20 с. Отношение сигнал/шум для концентрации 6 мг/дм³ ~ 400.

нефтяных загрязнений. Основным методом определения в воде и почве компонентов нефти и продуктов ее переработки остается газовая хроматография, что достаточно полно отражено в фундаментальных обзорах [1,3, 277, 288]. Детальное исследование состава нефтяных углеводородов чаще всего выполняют методом ГХ/МС [353, 295], а для мониторинга НП в воде (на основе суммарного определения содержаний этих приоритетных загрязнителей) применяют методы ГХ/ПИД [296, 387, 388] или ГХ/ФИД [387].

Поликапиллярные колонки (ПКК) в высокотемпературном исполнении (320 °С, герметизация ПКК в фитингах на основе графита) с силиконовыми неподвижными фазами можно использовать для экспресс-определений широкого спектра НП, в том числе моторных масел [388]. На рис. III. 170 приведена хроматограмма экстракта воды, загрязненной мазутом, а в качестве стандартов в пробу вводили нормальные алканы Сю, и С20 и Сад. Как следует из этого рисунка, ПКК позволяют провести анализ НП вплоть до С₄₀ всего за 15 мин.

Рис. III. 169. Градуировочный график для определения НП в воде [384].

Рис. III.170. Хроматограмма экстракта воды, загрязненной НП на ПКК длиной 1 м с НЖФ OV-1 (0,2 мкм), температура 50 °С (30 с), затем повышение до 300 °С (20 °С/мин), температура испарителя и детектора (ПИД) 300 °С, поток аргона 45 мл/мин [388].

• [1] Эти приборы можно использовать и для определения НП в воде по стандартным методикамЕС и США: ASTM D 3932-96, ASTM D 6277. ASTM D3921, ASTM D 5845. ASTM D 4053, ЕРА418.1 и DIN 38409 Н 18.