Физико-химические методы получения информации о состоянии окружающей среды

  В зависимости от положения пластинки и направления потока элюента различают восходящую, нисходящую и горизонтальную ТСХ. По технике работы выделяют фронтальный анализ (когда подвижной фазой служит анализируемая смесь) и обычно используемый элюционный вариант. Применяют также "круговую" (когда анализируемый раствор и растворитель последовательно подаются в центр пластинки) и "антикруговую" ТСХ (когда анализируемый раствор наносится по окружности и элюент перемещается от периферии к центру пластинки), ТСХ под давлением (когда растворитель под давлением пропускают через слой сорбента, покрытый плотно прижатой полиэтиленовой пленкой), а также ТСХ в условиях градиента, состава сорбента и т. п. В так называемой двухмерной ТСХ хроматографический процесс осуществляют последовательно в двух взаимно перпендикулярных направлениях с различными элюентами, что увеличивает эффективность разделения. С этой же целью применяют многократное элюирование в одном направлении.

  В элюционном варианте на слой сорбента наносят капли (объемом 1-5 мкл) анализируемого раствора и погружают край пластинки в элюент, который находится на дне герметично закрываемой стеклянной камеры. Элюент продвигается по слою сорбента под действием капиллярных и гравитационных сил; анализируемая смесь перемещается в том же направлении. В результате многократного повторения актов сорбции и десорбции в соответствии с коэффициент распределения в выбранной системе компоненты разделяются и располагаются на пластинке отдельными зонами.

  После завершения процесса пластинку вынимают из камеры, высушивают и обнаруживают разделенные зоны по собств. окраске или после опрыскивания их растворами реагентов, образующих окрашенные или флуоресцирующие пятна с компонентами разделяемой смеси. Радиоактивные вещества обнаруживают авторадиографически (экспонированием на рентгеновскую пленку, наложенную на хроматографии, пластинку). Применяют также биологические  и ферментативные методы детектирования. Полученная картина распределения хроматографических зон называется хроматограммой (см. рисунок 1). 

  Рисунок 1- Хроматограмма

  Хроматограмма, полученная при разделении смеси  трех компонентов методом тонкослойной хроматографии.

  Положение хроматографич. зон на хроматограмме  характеризует величина R_f-отношение пути l_i, пройденного центром зоны i-го компонента от линии старта, к пути l, пройденному элюентом: R_f = l_i/l; R_f 1. Величина R_f зависит от коэффициент распределения (адсорбции) и от соотношения объемов подвижной и неподвижной фаз.

  На  разделение в ТСХ влияет ряд факторов, состав и свойства элюента, природа, дисперсность и пористость сорбента, температура, влажность, размеры и толщина слоя сорбента, размеры камеры. Поэтому для получения воспроизводимых результатов необходимо тщательно стандартизовать условия опыта. Соблюдение этого требования позволяет устанавливать R_f  с относительно стандартным отклонением 0,03. В стандартных условиях R_f постоянна для данного веществава и используется для идентификации последнего.

  Кол-во компонента в хроматографической зоне определяют непосредственно на слое сорбента по площади зоны (обычно ее диаметр варьирует от 3 до 10 мм) или интенсивности ее окраски (флуоресценции). Используют также автоматически сканирующие приборы, измеряющие поглощение, пропускание или отражение света, либо радиоактивность хроматографических зон. Разделенные зоны можно соскоблить с пластинки вместе со слоем сорбента, экстрагировать компонент в растворитель и анализировать раствор подходящим методом (спектрофотометрия, люминесцентный, атомно-абсорбционный, атомно-флуоресцентный, радиометрический анализ, масс-спектрометрия и т.д.). Погрешность количественного определения обычно составляет 5-10%; пределы обнаружения веществ в зонах -10^-3-10^-2 мкг (по окрашенным производным) и 10^-10-10^-9 мкг (с применением люминесцентного анализа).

  Достоинства ТСХ: простота, экономичность, доступность  оборудования, экспрессность (продолжительность  разделения 10-100 мин), высокие производительность и эффективность разделения, наглядность  результатов разделения, простота обнаружения хроматографических зон.

  ТСХ применяют для разделения и анализа как органических, так и неорганических веществ: практически всех неорганических катионов и многих анионов, в т. ч. близких по свойствам ионов благородных металлов, РЗЭ, а также полимеров, пестицидов, аминокислот, липидов, алкалоидов и т. д. С помощью ТСХ удобно анализировать микрообъекты (малые кол-ва веществ), оценивать чистоту препаратов, контролировать технологические процессы и состав сточных вод, изучать поведение различных ионных форм элементов, предварительно подбирать условия для колоночной хроматографии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  5.4. Ионная хроматография  

  Объединяет принцип ионообменной хроматографии, включающей последовательное использование двух колонок, с кондуктометрическим детектированием. В основе этого метода – элюентное ионообменное разделение ионов на первой (разделяющей) колонке с последующим подавлением фонового сигнала элюента на второй (подавляющей) ионообменной колонке. Ионообменные колонки заполняют неподвижными фазами, содержащими в своей структуре ионогенные группы, способные к реакции обмена и обладающие высокой проникающей способностью. При анализе катионов колонку для разделения заполняют сульфированными катионитами низкой емкости. В качестве элюентов используют растворы HCL1 HNO3, гидрохлорида пиридина и др. В качестве подвижной фазы – растворы карбоната и гидрокарбоната натрия.

  В последние годы развивается ионная хроматография без подавления фонового сигнала элемента и с различными способами детектирования: фотометрический, атомноадсорбционный, ионометрический (ионселективные электроды).

  Достоинства метода: низкий предел определения  – 1-10 мг/мл, селективность, возможность  одновременного определения неорганических и органических ионов, экспрессность, широкий диапазон определяемых концентраций.

  Применяют отечественный хроматограф «Цвет-300б», кондуктометрический детектор, микропроцессор. Предел обнаружения по хлориду натрия – 3,10 мг/мл. 
 
 
 
 
 
 

  5.5. Хроматомасс-спектрометрия (ХМС) 

    Это газовая хроматография с масс- спектрометром в качестве детектора. Данный метод позволяет расшифровывать состав сложных смесей, содержащих сотни неидетифицированных компонентов, и определять их по одной пробе.

  Применение  Хроматомасс-спектрометрии можно  рассмотреть на примере определения примесей в изотопно-обогащенном силане высокой чистоты.

  Ввиду отсутствия альтернативных высокочувствительных методов определения в силане этих веществ, правильность подтверждали путём хроматомасс-спектрометрического  анализа дочищенного силана-ректификата. Дополнительное удаление примесей из силана проводили методом фронтальной адсорбционной хроматографии. Для этого силан пропускали через колонку длиной 50 см и диаметром 3 мм, заполненную углем БАУ и охлажденную до –90 °С. В качестве исходного был использован наиболее чистый силан, прошедший очистку ректификацией. Скорость потока силана через колонку составляла 2–3 мл мин. В результате доочистки были получены образцы, в которых содержание дисилана было понижено в 150–190 раз и находилось на уровне предела обнаружения, содержание дисилоксана понижено в 5–10 раз и также находилось на уровне предела обнаружения. Таким образом, установлен, что образование примесей этих веществ при выполнения анализа силана не происходит, а результаты определения соответствуют действительному их содержанию в исследуемых образцах. Заключение Разработана методика высокочувствительного хроматомасс-спектрометрического анализа изотопно - обогащенного силана. Пределы обнаружения примесей составили 8Ч10 –6 –9Ч10 – 8 мол % и находятся на уровне лучших известных. Пределы обнаружения аргона, дисилоксана, дисилана, алкилпроизводных силана понижены по сравнению с лучшими известными из литературы в 2–8 раз, для хлорэтана, германа в 40 и 100 раз. Правильность определения на уровне концентраций 6.3Ч10 −3 –1.3Ч10 −6 мол. % доказана методом варьирования величины пробы и сравнением с результатами газохроматографического анализа.  
 

  6. Полярография (и вольтамперометрия) 

    Полярография – одно из электрохимических методов анализа. Полярограмма – зависимость силы тока от величины приложенного напряжения на электроды. При этом методе не происходит физического разделения смеси на отдельные компоненты. В качестве катода чаще всего применяют ртутный капающий электрод (РКЭ), поверхность которого непрерывно обновляется, что позволяет получать полярограммы и проводить анализ с высокой воспроизводимостью результатов.

  Прямое  определение возможно лишь при наличии  веществ, способных восстанавливаться  на РКЭ: ионы металлов, органические соединения, содержащие галоид -, нитро -, нитрозогруппы, карбонильные соединения, пероксиды, эпоксиды и др. это несколько ограничивает возможности метода. Однако при определении полягрофических активных соединений позволяет достичь высокой селективности определения без предварительного разделения сложных смесей на отдельные компоненты.

  Основные  типы полярографии – постоянно-токовая (классическая) и переменно-токовая.

  Анализ  атмосферного воздуха с помощью  газоанализаторов (определение SO2, NO, CO и других газов). Газоанализаторы в отличие от стационарных приборов не позволяют достигнуть столь же высокой чувствительности, точности и селективности. Однако при необходимости оперативного контроля содержания примесей зв в атмосферном воздухе и, особенно в воздухе рабочей зоны и в промышленных выбросах они могут быть полезны и необходимы.

   7. Дистанционные методы 

        Одним из важнейших этапов  реализации экологического мониторинга  является дистанционный мониторинг. Как способ получения информации  дистанционный мониторинг условно  может быть разделен на космический,  авиационный, наземный, подземный и подводный. Дистанционный мониторинг, в частности аэрокосмический, применяется для контроля состояния природно-техногенных объектов нефтегазовой отрасли. Основными задачами дистанционного мониторинга являются: техническое состояние магистральных нефте и газопроводов: определение нефтяных загрязнений окружающей среды в местах добычи, переработки и транспортировки углеводородов; оценка масштабов загрязнений при аварийных ситуациях; определение нефтяных загрязнений водной поверхности; контроль ландшафтных изменений в районе расположения техногенных