авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

Ультразвуковая и твердофазная экстракция в исследовании светлых нефтепродуктов при мониторинге чрезвычайных ситуаций

-- [ Страница 2 ] --

Твердофазной экстракцией (ТФЭ) называется процесс поглощения твердым сорбентом из газовой или жидкой фазы, а также с поверхности твердых объектов-носителей тех или иных веществ. Далее это вещество или смесь веществ извлекается из сорбента двумя способами – путем экстракции соответствующим растворителем (элюирование), либо термодесорбцией (извлечение целевого компонента нагреванием сорбента до необходимой температуры).

Различают два основных варианта твердофазной экстракции – удерживающая и неудерживающая. В настоящей работе использовалась удерживающая ТФЭ. При проведении удерживающей ТФЭ целевой компонент сначала концентрируется на сорбенте, а затем элюируется растворителем.

В начале главы приводятся обоснования выбора конкретных сорбентов для твердофазной экстракции на основании анализа литературных данных и рынка данного рода продукции. Проводится оценка молекулярного строения и физических свойств различных сорбентов для твердофазной экстракции.

Для решения поставленной задачи целесообразно применять гидрофобные полимерные пористые сорбенты. Сорбенты этого типа могут применяться и при извлечении следовых количеств НП не только из воздушной, но и из жидкой среды (например, тонкой пленки нефтепродуктов или другой гидрофобной жидкости с поверхности воды), а также с поверхности твердых, влажных после тушения пожара водой, объектов-носителей. В случае исследования влажных объектов-носителей и водных сред наиболее предпочтительны к использованию оказались не гранулированные сорбенты, а сорбционные пластины.

В главе сформулированы основные критерии выбора материала сорбента для ТФЭ, обусловленные такими физическими свойствами, как гидрофобность, хорошая сорбционная емкость по отношению к НП, а также отсутствие в структуре сорбента составляющих, мешающих дальнейшей идентификации НП.

Описаны результаты исследований целого ряда сорбционных пластин из различных полимерных материалов. Наиболее предпочтительными для концентрирования НП из влажных сред и объектов-носителей оказались пластины из силиконового эластомера на основе полидиметилсилоксана и полиуретанового эластомера.

Анализ методами флуоресцентной спектроскопии и газожидкостной хроматографии элюатов показал, что данные сорбционные пластины способны хорошо сорбировать и удерживать как легколетучие, так «тяжелые» составляющие НП. При использовании данных материалов в качестве сорбента для ТФЭ отсутствует избирательная сорбция компонентов нефтепродуктов, что очень важно для получения истиной картины соотношения отдельных компонентов в пробе при решении идентификационных задач. Из приведенных на рисунках 3 и 4 спектров флуоресценции и хроматограмм некоторых выгоревших нефтепродуктов видно, что вещества, извлеченные твердофазной экстракцией (сорбент – силиконовый эластомер) и обычным способом (экстракция гексаном), практически идентичны по спектральным и хроматографическим характеристикам. При использовании сорбционных пластин из полиуретанового эластомера наблюдалась аналогичная картина.



  Спектры флуоресценции-0

Рисунок 3 – Спектры флуоресценции элюатов (ТФЭ – силиконовый эластомер) и экстрактов из объекта-носителя при анализе выгоревших СНП:

а – автомобильный бензин АИ-95 (элюат), б – автомобильный бензин

АИ-95(экстракт), в – дизельное топливо (ДТЛ) (элюат), г – дизельное топливо (ДТЛ) (экстракт)

  Хроматограммы элюатов (ТФЭ –-1

Рисунок 4 – Хроматограммы элюатов (ТФЭ – силиконовый эластомер) и экстрактов из объекта-носителя при анализе выгоревших СНП:

а – автомобильный бензин АИ-95 (элюат), б – автомобильный бензин

АИ-95(экстракт), в – дизельное топливо (ДТЛ) (элюат), г – дизельное топливо (ДТЛ) (экстракт)

В главе также приведены результаты исследования возможности применения в качестве сорбционного материала при извлечении следовых количеств НП пористого фторопласта марки Ф-4. Из литературных данных известно, что его используют в качестве сорбента при пробоподготовке в эколого-криминалистических экспертизах. Следует отметить, что пористый фторопласт по своей природе неполярен, инертен и способен удерживать молекулы органических веществ только за счет капиллярного эффекта.

Как показали исследования, проведенные в рамках данной диссертационной работы, адсорбированные на пористом фторопласте НП среднедистиллятных фракций такие, как дизельное топливо или жидкость для розжига, хорошо сорбируются и сохраняются в достаточных для идентификации количествах (при температуре хранения от -3 С до -5 С) более месяца. Более легкие НП, такие как бензины, нефрасы и др., при тех же условиях, – не более 2 дней. Преимущественное удерживание более тяжелых компонентов НП в данном случае является недостатком пористого фторопласта, поскольку, таким образом, возможно искажение истинной картины соотношения количеств отдельных компонентов в пробе.

Таким образом, показана возможность и эффективность применения твердофазной экстракции (сорбенты – сорбционные пластины из силиконовых и полиуретановых эластомеров) для извлечения следовых кличеств НП из объектов–носителей и сохранения для дальнейших детальных лабораторных исследований. Их использование не приводит к изменению компонентного состава НП за счет селективного извлечения и искажению или утрате идентификационных признаков НП. Использование ТФЭ обеспечивает упрощение технологии и сокращение времени пробоподготовки, уменьшение расхода экстрагента-растворителя, эффективное извлечение из водных сред и влажных твердыхобъектов-носителей.

Четвертая глава посвящена разработке общей схемы извлечения остатков нефтепродуктов при мониторинге ЧС с применением ультразвуковой и твердофазной экстракции и последующим анализом инструментальными методами.

Данная схема предполагает предварительную сортировку образцов в зависимости от их агрегатного состояния, размеров и влажности (рис. 5).

При исследовании объектов, относящихся к группе «водные среды» для наименьшей потери целевого компонента (НП) рекомендуется проводить твердофазную экстракцию с использованием гидрофобного полимерного сорбента (например, силиконового эластомера на основе полидиметилсилоксана). После стадии сорбции проводят элюирование НП из сорбента.

Для извлечения НП из «твердых сухих объектов-носителей» в большинстве случаев рекомендуется применять экстракцию органическим растворителем. В случае необходимости, для повышения эффективности извлечения рекомендуется применить УЗ экстракцию.

Для повышения эффективности извлечения НП из «твердых объектов, содержащих большое количество влаги» рекомендуется использовать ультразвуковую экстракцию, а в некоторых случаях, во избежание потери целевого компонента, твердофазную.

Рисунок 5 – Общая схема пробоподготовки при поисках НП в объектах материальной обстановке с использованием ТФЭ и УЗ экстракции.

При исследовании «крупногабаритных объектов-носителей», зачастую трудно выделить участок поверхности объекта-носителя, содержащий наибольшее количество НП, а процесс жидкостной экстракции всего объекта целиком произвести не представляется возможным. Поэтому во избежание потери остатков НП целесообразно на начальной стадии исследования отобрать на сорбент газовую фазу над объектом-носителем при помощи установки экспрессного анализа газовой фазы. Данная установка, разработана при участии автора и позволяет сконцентрировать легколетучие составляющие НП на сорбенте для последующего анализа. Параллельно с помощью индикаторных трубок определяется компонентный состав веществ газовой фазы.

К группе «мелкодисперсные объекты-носители» относятся такие объекты-носители, как грунт, песок, древесные опилки и пр. При исследовании данных объектов на наличие СНП рекомендуется использовать жидкостную экстракцию органическим растворителем при помощи перемешивающего устройства или методом фронтального элюирования.

Полученные пробы НП с объектов-носителей далее исследуются известными инструментальными методами согласно существующей методике.

Пятая глава посвящена разработке способа экспресс-обнаружения и скрининга нефтепродуктов на местах ЧС с помощью твердофазной экстракции и портативного флуориметрического индикатора.

В настоящее время для обнаружения остатков НП в полевых условиях в России используются различные электронные детекторы (в основном, фотоионизационные), а также химические газоанализаторы с индикаторными трубками. Общим недостатком газоанализаторов указанных типов является то, что они способны обнаруживать НП лишь в паровой фазе. На местах возникновения ЧС, причиной которых являются НП (например, пожар, связанный с поджогом) их остатки лучше сохраняются в сорбированном виде на твердых объектах-носителях, а также в водных средах, образующихся после тушения пожара.

В состав всех НП в той или иной степени входят ароматические углеводороды, поэтому именно обнаружение ароматических углеводородов может быть использовано в качестве теста на наличие остатков НП.

Установить факт наличия ароматического соединения проще и удобнее всего, используя флуоресцентную спектроскопию. Использование данного метода для обнаружения остатков НП непосредственно на месте пожара долгое время было невозможно в виду отсутствия переносных (полевых) приборов, позволяющих количественно оценивать интенсивность люминесценции. Необходимо отметить, что обнаружение на месте пожара остатков нефтепродуктов по их люминесценции известно достаточно давно. В 50-х – 60-х годах прошлого века для этих целей достаточно широко использовались УФ-осветители (ртутные лампы). Однако из-за феномена гашения люминесценции многими объектами-носителями, невозможности измерить интенсивность люминесценции и, часто, неоднозначности получаемых результатов, метод постепенно был исключен из экспертной практики.

Современные возможности науки и техники позволили нам вернуться к этому методу на качественно новом уровне. Сущность предложенного в данной работе способа обнаружения заключается в твердофазной экстракции остатков НП, содержащихся в водной среде, а также на поверхности воды, влажных конструкций, изделий и их обгоревших остатков после тушения пожара, полимерным сорбентом, с последующим измерением интенсивности флуоресценции с поверхности данного сорбента с помощью портативного флуориметрического индикатора.

Известен похожий способ обнаружения нефтепродуктов в экосистемах по люминесценции ароматических углеводородов, входящих в состав загрязнений. Для твердофазной экстракции в данном случае используются пластины из пористого фторопласта Ф-4, активированного по специальной технологии. Такой метод позволяет обнаружить в основном нефтепродукты среднедистиллятной фракции (дизельное топливо и др.). Однако он недостаточно эффективен при обнаружении остатков нефтепродуктов, содержащих легкокипящие ароматические углеводороды, которые, в свою очередь, входят в состав большинства интенсификаторов горения (бензины, керосины, нефтяные растворители, сольвенты) используемых при поджогах, т.к. в описываемом методе идентификации нефтепродуктов используется диапазон регистрации люминесценции 420-490 нм. В то время как, например, при поджогах используются в основном нефтепродукты, наиболее выраженная область люминесценции которых находится в пределах от 270 до 400 нм.

Кроме того, на применяемом для твердофазной экстракции в данном случае пористом фторопласте Ф-4, как показал эксперимент, происходит коалесценция нефтепродукта на поверхности подложки, что при достаточном высоком содержании нефтепродукта в исследуемом объекте может привести к гашению люминесценции и искажению результатов измерений. Получить линейную зависимость величины люминесценции от концентрации можно при относительно низких концентрациях искомого вещества в матрице.

В данной диссертационной работе эффект концентрационного тушения удалось устранить при помощи использования в качестве сорбционных пластин микропористого полиэтилена. Микропористые полиэтиленовые пластины имеют толщину 20 мкм, величина общей пористости составляет 40%. За счет этого пористый полиэтилен обладает довольно высокой сорбционной емкостью по отношению к нефтепродуктам и также легко испаряет их с поверхности и из объема пор. Это дает нам возможность проследить изменение значений люминесценции во времени в зависимости от концентрации нефтепродукта в матрице и получить пороговую величину, при которой люминесценция адсорбированных частиц достигает максимальных значений. Эта величина и является параметром, характеризующим содержание искомого вещества в данном месте отбора пробы (рис.6).





Рисунок 6 – Аппроксимационные зависимости суммарной интенсивности флуоресценции от содержания НП (изменяющегося по мере испарения) в сорбционной матрице:

а – дизельное топливо летнее (ДТЛ), б – автомобильный бензин

АИ-98 Супер, в – авиационный керосин (ТС-1), г – толуол нефтяной

Математическая обработка представленных на рисунке 6 экспериментальных данных производилась с помощью программного пакета для численного анализа данных и научной графики MicroCal OriginPro 8 (фирмы OriginLab Corporation).

Исходя из графического анализа видно, что экспериментальные данные хорошо описываются полиномиальной зависимостью второго порядка:

, (1)

где а, b и с – расчетные коэфициенты, соответствующие значения которых приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Расчетные коэффициенты для уравнения полиномиальной зависимости второго порядка.

Коэффициенты Нефтепродукты
ДТЛ АИ-92 ТС-1 Толуол нефтяной
а -1,6010-2 6,3510-3 -0,210-3 -4,9110-3
Стандарт.отклонение 0,1210-2 0,4610-3 0,2210-3 0,4510-3
b 5,87 3,05 0,83 1,06
Стандарт.отклонение 0,36 0,14 0,06 0,09
c 21,50 -11,70 26,70 2,50
Стандарт.отклонение 22,80 8,60 4,10 3,59


Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.