Oznaczanie antracenu w próbkach gruntu

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
Oznaczanie antracenu w próbkach gruntu
WPROWADZENIE
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) to grupa związków
zawierających od dwóch do kilkunastu pierścieni aromatycznych w cząsteczce. Należy
do niej wiele różnych substancji m.in. antracen, benzo(a)antracen, benzo(a)piren (rys.
1). Znaczna część 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.
Rysunek 1. Przykłady wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych.
1
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
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, gdzie w warunkach beztlenowych ich rozkład jest dodatkowo
spowolniony. Węglowodory aromatyczne mogą się kumulować w organizmach żywych,
np. w tłuszczu i mięsie ryb i 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 najwięcej informacji na temat
badanego układu.
2
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
Celem ćwiczenia jest oznaczenie odzysku antracenu z gleby.
Odczynniki:
Acetonitryl (czystość HPLC) roztwór 70%, heksan, aceton, antracen (roztwór
wzorcowy o stężeniu 1 mg/cm3).
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
Antracen oznacza się poddając analizie chromatograficznej ekstrakt glebowy. Analizę
wykonać z zastosowaniem wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC),
chromatograf HP 1050 z detektorem UV/VIS, pętlą nastrzykową o objętości 20 mm3,
kolumną chromatograficzną ze złożem C18 (Grace, 250 x 4,6 mm), sterowany
oprogramowaniem Clarity. Fazę ruchomą stanowi roztwór acetonitrylu i wody (70:30
v/v), szybkość przepływu wynosi 1,5 cm3/min. Detekcję prowadzić 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 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 50,0 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
3
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
filtr
0,45
µm
do
wialek
chromatograficznych
(1a
i
1b).
Przeprowadzić
chromatograficzne oznaczanie antracenu.
C.
Oznaczanie zawartości antracenu
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 przefiltrowanych ekstraktów z gleby oraz 100 mm3 roztworu
wzorcowego o stężeniu 50 µg/cm3 i po dokładnym wymieszaniu wprowadzić do
kolumny chromatograficznej.
Opracowanie wyników
1. 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:
𝐴𝐺 = 𝑎 ∗ 𝐶𝐺
𝐴𝑀 = 𝑎 ∗ 𝐶𝑀
Stężenie antracenu w roztworze powstałym poprzez zmieszanie roztworu badanego i
wzorcowego możemy wyrazić równaniem:
𝐶𝑀 =
𝑉𝐺 ∗ 𝐶𝐺 + 𝑉𝑊 ∗ 𝐶𝑊
𝑉𝐺 + 𝑉𝑊
a stężenie analitu w ekstrakcie glebowym:
4
Uwaga substancja oznaczona w instrukcji
jest niebezpieczna
zachowaj szczególną ostrożność przy jej stosowaniu
𝐶𝐺 =
𝐴𝐺 ∗ 𝑉𝑊 ∗ 𝐶𝑊
𝑉𝐺 ∗ 𝐴𝑀 + 𝑉𝑊 ∗ 𝐴𝑀 − 𝐴𝐺 ∗ 𝑉𝐺
gdzie:
VW – objętość dodanego wzorca
VG – objętość roztworu badanego
CW – stężenie dodanego wzorca.
2. Wyznaczyć procent odzysku
3. Zaklasyfikować badaną próbę gleby pod względem zawartości antracenu zgodnie z
rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 9 września 20o2r. w sprawie standardów
jakości gleby oraz standardów jakości ziemi (Dz. U. z dnia 4 października 2002r.).
Fizykochemiczne metody kontroli zanieczyszczeń środowiska, red. J. Namieśnik, Z. Jamrógiewicz, WNT, Warszawa;
Wybrane zagadnienia z analizy instrumentalnej, J. Badecka-Jędrzejewska, Wyd. UŁ, Łódź.
opracował: B. Krawczyk, R. Juszczak, D. Szczukocki, R. Dałkowski
5