Universal algorithm of preparation of soil samples for determination of hazardous chemicals

Full Text

Для пробоподготовки водных проб на наличие ОХВ был разработан универсальный алгоритм, который позволяет определить загрязнители различных классов [1]. Анализ проб грунта значительно сложнее, так как к нему не применимы прямые методы измерений. В статье для аргументирования выбора метода и последовательности операций подготовки проб грунта разработан алгоритм для определения ОХВ. При пробоподготовке грунта для определения более 20 летучих органических веществ (ЛОС) целесообразно использовать метод газовой экстракции с последующей термодесорбцией (55 - 220 °С) в пробе. Степень извлечения ЛОС из грунта при использовании составляет 89 ± 3%. Также этот метод применим и при анализе сильно загрязнённых почв. Для скрининга почвы на ЛОС (хлоруглеводороды, пестициды и полиароматические углеводороды, далее ПАУ) используют прямую термодесорбцию контролируемых компонентов из стеклянной или фторопластовой трубки с 200 мг анализируемой пробы с дальнейшим анализом методом газовой хроматографии и масс-спектрометрии (ГХ/МС). Лучше всего данный метод подходит для скрининга хлоруглеводородов (предел обнаружения - 30 пг/г грунта). Для более точного количественного анализа используют ГХ с пламенно-ионизационным детектором. При анализе пробы на наличие малолетучих органических соединений (МОС) применяют различные методы пробоподготовки в зависимости от определяемого компонента. Наиболее распространённым является потенциометрия с ионоселективными электродами с последующим анализом современными физико-химическими методами. В то же время для определения ароматических углеводородов С6 - С12 и ПАУ используют метод газовой экстракции с последующей термодесорбцией (250 - 255 °С), применяя для анализа ГХ/МС. Для определения фталатов используют тот же метод пробоподготовки с последующим анализом методом ГХ с электроннозахватным детектором. Токсичные органические соединения в продуктах выщелачивания промышленных отходов после их извлечения (твёрдофазная экстракция - ТФЭ, твёрдофазная микроэкстракция, экстракция органическими растворителями и др.) определяют с использованием гибридных методов (ГХ/МС, ВЭЖХ с масс-спектрометрией (ВЭЖХ/МС), ВЭЖХ с методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и биотесты), а неорганические соединения анализируют методом МС с индуктивно-связанной плазмой (МС/ИСП). При исследовании неустойчивых летучих металлорганических соединений используют метод улавливания в криогенной ловушке с последующей термодесорбцией (нагрев от -100 до 180 °С) и анализируют методом ГХ/МС/ИСП. Метод жидкостной экстракции используют для извлечения из почв ПАУ, полихлорированных бифенилов (ПХБ), пестицидов, хлорфенолов, изомеров гексахлорциклогексана, металлорганических соединений, взрывчатых и отравляющих веществ, гептила, фенолов, диоксинов и других малолетучих токсичных веществ. Главным методом выделения из почв остаточных количеств пестицидов и ПХБ является жидкостная экстракция с последующей очисткой экстракта методом ТФЭ и его концентрированием. Этот метод является наиболее эффективным и перспективным для определения множества различных МОС. Гораздо более эффективным растворителем, особенно для труднолетучих супероксидантов типа диоксинов, является вода в сверхкритическом состоянии - при температуре 250 °С и давлении 50 атм. Этот способ пробоподготовки требует минимального количества времени (15 - 20 мин на собственно экстракцию), прост, дёшев и позволяет извлекать из почвы целевые компоненты на 80 - 85% [2]. Мерой извлечения анализируемого компонента является коэффициент экстракции, определяемый экспериментально для каждого конкретного вещества [3]. Алгоритм пробоподготовки представлен на рисунке 1. Первоначально проводят отбор проб грунта, затем их доводят до воздушно-сухого состояния, измельчают, пропускают через сито с круглыми отверстиями диаметром 1 - 2 мм и хранят в коробках или пакетах. Пробу на анализ из коробки отбирают шпателем или ложкой [4] и проводят экспресс-анализ (скрининг) на содержание ОХВ. Если ОХВ не обнаружены, то принимают решение о дальнейшем исследовании. ОХВ делят на лёгко- и малолетучие (среднелетучие) органические соединения. Для определения ЛОС используют газовую экстракцию, что подразумевает улавливание в слое сорбента и последующую термодесорбцию (55 - 220 °С), либо смыв рабочего компонента растворителем. Метод жидкостной экстракции используют для подготовки проб грунта на анализ МОС. Для подготовки грунта на определение высокотоксичных органических соединений и диоксинов используют жидкостную экстракцию с последующей ТФЭ и концентрированием, но более эффективен метод экстракции субкритической водой. Рисунок 1. Алгоритм подготовки проб грунта Помимо метода жидкостной экстракции для определения ароматических углеводородов, ПАУ и фталатов также используют метод газовой экстракции с последующей термодесорбцией. Для подготовки проб на определение металлорганических соединений также используют метод жидкостной экстракции, а для определения неустойчивых металлорганических соединений - метод улавливания в криогенной ловушке с последующей термодесорбцией. Таким образом, перспективным является использование предлагаемого алгоритма, позволяющего проводить подготовку проб грунта неизвестного состава для химического анализа на наличие ОХВ.

About the authors

K. P. Latyshenko

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kplat@mail.ru
Dr.Eng., Prof.

A. A. Mironov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kplat@mail.ru
Ph.D.

I. A. Pavluchenko

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kplat@mail.ru

References

Supplementary files