badanie zawartości wielopierścieniowych węglowodorów

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
BADANIE ZAWARTOŚCI
WIELOPIERŚCIENIOWYCH WĘGLOWODORÓW
AROMATYCZNYCH (OZNACZANIE ANTRACENU
W PRÓBKACH GLEBY).
Wprowadzenie:
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) to grupa związków
zawierających od dwóch do kilkunastu pierścieni aromatycznych w cząsteczce (Rys. 1).
Należy do niej wiele różnych substancji m.in.: antracen, benzo(a)antracen, benzo(a)piren.
1
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
Rys. 1. Przykłady wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych.
Wiele
z
tych
związków
jest
szkodliwych
dla
środowiska,
toksycznych
i kancerogennych dla ludzi. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne występujące
w środowisku pochodzą zarówno ze źródeł antropogenicznych jak i naturalnych, przy czym
ilości tych zanieczyszczeń będące wynikiem działalności człowieka są zdecydowanie większe.
Związki te powstają jako produkty uboczne w wielu procesach chemicznych, praktycznie
każdy proces, związany z silnym ogrzewaniem lub niecałkowitym spalaniem związków
organicznych, może być źródłem emisji WWA, również pozaprzemysłowym (spalarnie
odpadów, pożary lasów, spaliny samochodowe). Źródłem WWA jest także palenie tytoniu,
przy czym zarówno bierne jak i czynne palenie jest istotnym czynnikiem ryzyka
nowotworowego. WWA są na ogół słabo rozpuszczalne w wodzie, mogą jednak tworzyć
z wodą emulsje, są trwałe pod względem chemicznym i nie ulegają łatwo rozkładowi pod
wpływem mikroorganizmów. Ponadto związki te gromadzą się w osadach dennych, gdzie
w warunkach beztlenowych ich rozkład jest dodatkowo spowolniony. Węglowodory
2
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
aromatyczne są kumulowane w organizmach zwierzęcych np. w tłuszczu oraz mięsie ryb czy
mięczaków. Bardzo często WWA są obecne również w wodach podziemnych, do których
przenikają przez mało zwarte warstwy filtracyjne gruntu zanieczyszczając w ten sposób
źródła wody pitnej.
Analiza WWA w próbkach środowiskowych jest trudna i czasochłonna gdyż na ogół
obecna jest duża liczba związków z tej grupy, występują one w małym stężeniu wspólnie
z innymi zanieczyszczeniami organicznymi. Izolacja WWA z próbek wody i ścieków może być
wykonana poprzez ekstrakcje: ciecz-ciecz, do fazy stałej, płynem w stanie nadkrytycznym czy
też z wykorzystaniem membran półprzepuszczalnych. W przypadku analizy próbek gleby
stosuje się ekstrakcję rozpuszczalnikiem. Najczęściej wykorzystywane są takie rozpuszczalniki
jak: benzen, toluen, heksan lub mieszaninę heksan – aceton. Jeśli chodzi zaś o oznaczanie
WWA w próbkach powietrza to przeprowadza się adsorpcję na odpowiednim filtrze,
a następnie
ekstrakcję
rozpuszczalnikiem.
Często
stosowanym
sposobem
kontroli
dokładności wyników analitycznych jest metoda odzysku. Realizuje się ją w ten sposób, że do
kilku porcji tej samej próbki dodaje się znane, różne ilości wzorca oznaczanej substancji
i przeprowadza procedurę analityczną. Stosowanie tej metody wymaga jednak zachowania
środków ostrożności i rozwagi podczas wnioskowania, a także uwzględnienia jak największej
ilości informacji na temat badanego układu.
Cele ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest oznaczenie antracenu w roztworze glebowym i obliczenie
odzysku antracenu z ekstraktu glebowego
Wykonanie oznaczenia
Odczynniki:
1. Acetonitryl (czystość HPLC) roztwór 70%,
2. heksan,
3
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
3. aceton,
4. antracen (roztwór wzorcowy o stężeniu 1 mg/cm3).
UWAGA

Wszelkie roztwory pipetować z użyciem nasadki. Przy pracy z kwasami stosować
okulary ochronne.

Pozostałe po oznaczeniu roztwory przenieść do przeznaczonych na odpady
pojemników.
Sprzęt laboratoryjny i aparatura pomiarowa:
Probówki stożkowe z tworzywa sztucznego, pipety automatyczne, chromatograf cieczowy HP
1050 z detektorem UV/VIS.
Sposób wykonania:
A. Wyznaczenie czasu retencji antracenu
Przeprowadzić jedno oznaczenie
Antracen oznacza się poddając analizie chromatograficznej ekstrakt glebowy. Analizę należy
wykonać z zastosowaniem wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), przy użyciu
chromatografu HP 1050 z detektorem UV/VIS (pętla nastrzykowa o objętości 20 mm3,
kolumna chromatograficzna ze złożem C18 (Grace, 250 x 4,6 mm)), sterowanego
oprogramowaniem Clarity. Fazę ruchomą stanowi roztwór acetonitrylu i wody (70:30 v/v),
szybkość przepływu wynosi 1,5 cm3/min. Detekcję prowadzić należy przy długości fali
250 nm. Identyfikacji związku dokonać na podstawie zgodności czasu retencji z wzorcem. W
tym celu przygotować w wialce chromatograficznej 1cm3 roztworu wzorcowego roboczego
4
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
antracenu o stężeniu 50 µg/cm3 poprzez rozcieńczenie acetonitrylem roztworu wzorcowego
podstawowego o stężeniu 1 mg/cm3 i przeprowadzić jego analizę chromatograficzną.
B. Przygotowanie ekstraktu glebowego
Przeprowadzić dwa równoległe oznaczenia
Na wadze analitycznej odważyć po 5 g wysuszonej na powietrzu i rozdrobnionej gleby,
przenieść ją do plastikowych probówek (a, b). Następnie pipetą automatyczną dodać do
każdej z nich 100,0 mm3 roztworu podstawowego antracenu o stężeniu 1 mg/cm3 i po 2,5
cm3 acetonu i heksanu. Wytrząsać przez 10 min. Próbki odstawić na kilkanaście minut, aż
osad ulegnie sedymentacji. Pobrać do strzykawek 2 cm3 ekstraktów, przesączyć przez filtr
0,45 µm do wialek chromatograficznych (1a i 1b). Przeprowadzić chromatograficzne
oznaczanie antracenu.
C. Oznaczanie zawartości antracenu
Przeprowadzić dwa równoległe oznaczenia
Aby wyznaczyć stężenia badanego analitu w ekstraktach glebowych wykorzystać metodę
dodatku wzorca, która polega na dodaniu do próbki znanych ilości substancji oznaczanych
(zwykle 50 – 150% oczekiwanej zawartości oznaczanej substancji). W tym celu do wialek
chromatograficznych (2a i 2b) przenieść przy pomocy pipety automatycznej 100 mm3
ekstraktów z gleby oraz 100 mm3 roztworu wzorcowego roboczego o stężeniu 50 µg/cm3 i
po dokładnym wymieszaniu wprowadzić do kolumny chromatograficznej.
5
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
Obliczanie wyników oznaczenia:
Na podstawie uzyskanych sygnałów AG (pole powierzchni piku uzyskanego dla ekstraktu
glebowego o stężeniu antracenu CG) oraz AM (pole powierzchni piku mieszaniny 100 mm3
ekstraktu glebowego i 100 mm3 roztworu wzorcowego o stężeniu antracenu CM) obliczyć
stężenie antracenu w ekstrakcie glebowym.
Ponieważ pomiędzy stężeniem a uzyskiwanym sygnałem istnieje zależność liniowa, możemy
zapisać:
Stężenie antracenu w roztworze powstałym poprzez zmieszanie roztworu badanego
i wzorcowego możemy wyrazić równaniem:
a stężenie analitu w ekstrakcie glebowym:
gdzie: VW – objętość dodanego wzorca
VG – objętość roztworu badanego
CW – stężenie dodanego wzorca.
6
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
UWAGA
W sprawozdaniu należy umieścić:
1. Obliczenia dotyczące zawartości antracenu w badanym ekstrakcie glebowym.
2. Obliczenia dotyczące odzysku antracenu w badanej próbie.
3. Zaklasyfikować badaną próbę gleby pod względem zawartości antracenu zgodnie
z rozporządzeniem ministra środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie
standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. (Dz. U. z dnia 4 października
2002 r.) – załącznik (proszę zwrócić uwagę na jednostki).
Zakres materiału do przygotowania:
1. Naturalne i antropogeniczne źródła WWA.
2. Sposoby przenoszenia WWA do gleb.
3. WWA – właściwości, zagrożenia.
4. Podstawy teoretyczne stosowanej techniki oznaczania antracenu.
Literatura
1. PN-Z-04240-3:1999P
2. Namieśnik J., Jamrógiewicz Z., Fizykochemiczne metody kontroli zanieczyszczeń
środowiska, WNT, W-wa 1998
3. Hermanowicz W., Dojlido J., Dożańska W., Koziorowski B., Zerbe J., Fizycznochemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, W-wa 1999
4. Gomólka E., Szaynok A., Chemia wody i powietrza, Oficyna wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław 1997
opracował: B. Krawczyk, E. Miękoś, R. Juszczak, D. Szczukocki, R. Dałkowski
7