Metody przygotowania próbek do oznaczania technik ąGC i HPLC · Analiza jako ściowa czy ilo...
-
Upload
phungkhanh -
Category
Documents
-
view
250 -
download
0
Transcript of Metody przygotowania próbek do oznaczania technik ąGC i HPLC · Analiza jako ściowa czy ilo...
1
Metody przygotowania próbek
do oznaczania
techniką GC i HPLC
Przygotowanie próbek z analitycznego punktu widzeni a• Proces pomiarowy
Analiza jakościowa czy ilościowaMetody obliczenia wyniku
KRYTERIA WYBORU METODY ANALITYCZNEJ
Sprawność metody analitycznej – proces walidacjidokładność, poprawnośćprecyzja, czułość, granica oznaczalności, zakres oznaczania, selektywność, przepływność - wydajność metody analitycznej (throughput), stopień zautomatyzowania, elastyczność - uniwersalność (ruggedness), mobilnośćmetody (portability), uciążliwość dla środowiska (greenness), koszt jednostkowego oznaczenia.
3
POBIERANIE PRÓBEK
• Wybranie miejsca pobrania próbki reprezentatywnej
• Wybranie metody pobierania właściwej dla charakteru próbki oraz miejsca pobierania
• Wybór odpowiednich naczyń do pobierania próbek
• Utrwalenie próbki: zabezpieczenie przed utratą lotnych analitów oraz wskutek adsorpcji lub absorpcji składników trudnolotnych
• Kontrolowanie zmian fizycznych i chemicznych składników próbki
• Metody utrwalania próbek nietrwałych
• Warunki dostarczania próbek do laboratorium
• Przechowywanie – warunki i czas
• Wstępne czynności postępowania z próbkami do badań
Ekstrakcja analitu z próbek
Wzbogacanie ekstraktu
Podstawy procesów ekstrakcji
Analiza związków organicznych
• Ekstrakcja substancji trudnolotnych z próbek ciekłych
• Ekstrakcja substancji trudnolotnych z próbek stałych
• Ekstrakcja substancji lotnych i wysokolotnych z próbek ciekłych i stałych
Analiza związków nieorganicznych
• Przygotowanie próbek do oznaczania zawartości metali
• Metody przygotowania próbek do oznaczania zawartości DNA Technika PCR
Pobieranie próbki
Utrwalenie próbki
Transport, przechowanie, wstępna obróbka,
Homogenizacja, suszenie
Ekstrakcja analitu
Wzbogacanie
Frakcjonowanie i izolowanie analitu
Analiza
4
Przygotowanie próbek do oznaczania dioksyn w żywno ści
Próbki gazowe
•1. Spaliny z kominów – paleniska domowe i energetyczne•2. Spaliny ze spalarni odpadów komunalnych, szpitalnych i
niebezpiecznych•3. Spaliny z pojazdów mechanicznych (źródła ruchome)•4. Gazy z instalacji przemysłowych w tym z zamkniętych obiegów
technologicznych•5. Powietrze na stanowisku pracy•6. Powietrze atmosferyczne•7. Powietrze z górnych warstw atmosfery
Cel wzbogacania próbek
� Wzbogacenie próbki w mikroskładniki– usunięcie matrycy próbki
� uzyskanie granicy oznaczalności
5
Podstawowe czynności przygotowania próbki do analizy GC
Próbki gazowe nie wzbogacone
� osuszenie
Próbki gazowe wzbogacone
� ekstrakcja rozpuszczalnikowa� usunięcie H2O� zatężenie ekstraktu* * o ile możl iwe lub konieczne� termiczna desorpcja� wzbogacenie przez wymrożenie (pułapki kriogeniczne)
Próbki ciekłe nie wzbogacone
substancje trudno lotne (POP, TZO)� bezpośrednie wprowadzenie do GC
(woda i czyste rozpuszczalnki organiczne)� wzbogacenie przez ekstrakcję ciecz/ciecz, osuszenie i
zatężenie� wzbogacenie przez ekstrakcję SPE, ekstrakcja
rozpuszczalnikiem i zatężenie
substancje lotne (VOC)� bezpośrednie wprowadzenie do GC� analiza fazy nadpowierzchniowej (head-space)� analiza przez rugowanie gazem obojętnym i wyłapanie
(purge & trap)
Próbki ciekłe wzbogacone do fazy stałej
� ekstrakcja rozpuszczalnikiem
� usunięcie H2O
� odparowanie nadmiaru rozpuszczalnika (zatężenie)
Próbki stałe� ekstrakcja rozpuszczalnikowa (aparat Soxhleta, ASE, USE,
MWAE, SFE)
� usunięcie H2O
� usunięcie matrycy techniką wielostopniowej chromatografii kolumnowej, HPLC, HPTLC lub SFC
� odparowanie nadmiaru rozpuszczalnika (zatężenie)
6
Podstawowe grupy organicznych zanieczyszczeńśrodowiska oznaczanych techniką GC
• Lotne związki organiczne (VOC, VVOC)Przemysł, transport, energetyka, źródła naturalne• Chlorofluorowęglowodory (CFCs, freony)
Rozpuszczaln iki organiczne, ciecze ekstrakcyjne i chłodzące• Węglowodory alifatyczne - C5-C24
Przemysł, transport, energetyka• Węglowodory aromatyczne (BETX) - benzen, etylobenzen, toluen i ksyleny.Niepełne spalanie – energetyka, komunikacja, metalurg ia, koksochemia• Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA, PAHs) Niepełne spalanie – energetyka, komunikacja, metalurg ia, koksochemia• Pestycydy oraz herbicydy chloroorganiczne i fosforoorganiczne Agrochemia• Chlorowane bifenyle (PCBs) Energetyka i elektrotechnika (kondensatory i transformatory przemysłowe)Chlorowane dioksyny i furany (PCDDs/PCDFs) Niekontrolowane spalanie odpadów, przepracowane oleje kondensatorowe
Coriolis MS
Coriolis® MS offer flexib ility with a choice of operating modes:Autonomous Sampling: Th is mode, triggered by the operator wearingIndividual Protective Equipment (IPE), can be used by recon teams or firstresponders to rapidly collect a sample that can be used by an “Identifier” to identify the biological threat. Biological Sentry Mode: For long term surveillance, the Coriolis® MS canfunction in a standby mode and, when triggered by the Detector, will collecta sample that can be used by the “Identifier” to identifythe biologicalthreat. This mode has already been tested successfully with the warn ingsystem, MAB of Proengin. Long Time Collection: for the surveillance of a criticalevent, the long timecollection mode (several hours) can be used to continuously collect a sample that is fully representative of a given period of time. In this mode ofoperation, an external power source is required.
7
Pobieranie próbek ciekłych � Bez wzbogacania� Ze wzbogacaniem
Metody wzbogacania próbek ciekłych:
Metody pasywne
� dyfuzja przez membranę (SPM, SPMD – Semipermeable Membrane Device)
Metody dynamiczne
� adsorpcja na powierzchni ciała stałego (adsorpcja)� ekstrakcja do ciała stałego (SPE – Solid Phase Extraction)� mikroekstrakcja do fazy stałe j (SPME – Solid Phase
MicroExtraction)
Pobieranie próbek stałych
� Bez wzbogacania
Konserwowanie próbek przed analizą
Próbka musi być reprezentatywna
Zmianie mogą ulegać własności fizyczne, chemiczne i biologiczne powodujące zmiany składu chemicznego badanej próbki
Zmiany fizyczne mogą być spowodowane
1. parowaniem (desorpcją) analitu,
2. sorpcją do powierzchni naczynia,
3. dyfuzją przez jego ścianki
4. Separacja faz, zmiany w zakresie specjacji
Konserwowanie próbek przed analizą
Zmiany chemiczne mogą być spowodowane:
1. reakcjami fotodegradacji i/lub fotosyntezy
2. utlenianiem tlenem atmosferycznym
3. wytracaniem analitu wskutek tworzenia sięnierozpuszczalnych soli (związków)
4. Zmianą pH środowiska próbki (pochłanianie CO2)
8
Konserwowanie próbek przed analizą
Zmiany biologiczne mogą być spowodowane:
1. Biodegradacja aerobowa lub anaerobowa i reakcje enzymatyczne
Utrata analitu wskutek parowania / desorpcji (lotność)
Substancje o wysokiej prężności pary nad roztworem lub ciałem stałym mogą być utracone wskutek ich lotności. Naczynia z próbkami ciekłymi należy napełniać do pełna, lub przestrzeńwolną wypełnićargonem (azotem).
Ciała stałe należy przykry ć warstwą obojętnej chemicznie cieczy (woda, heksan).
Przechowywanie próbek w temperaturze nie wyższej niż 4ºC, ale nie zamrożonej (woda, gleba).
Zamrażać należy próbki biologiczne
Wybranie odpowiedniego pojemnika na próbki
Ze względu na możliwość zarówno utraty analitu, jak i jego niekontrolowanego wprowadzenia do badanej próbki, a także zmiany jego własności fizycznych i chemicznych naczynie do pobierania próbek musi być właściwie dobrane.
Sposób przechowywania i transportu próbki musi zapewnić utrzymanie jej reprezentatywności.
Pobieranie próbek gazowych� Bez wzbogacania� Ze wzbogacaniem
Metody wzbogacania próbek gazowych:
Metody pasywne� dyfuzja przez membranę
Metody dynamiczne� sorpcja w rozpuszczalnikach (absorpcja, chemisorpcja)� adsorpcja na powierzchni ciała stałego (adsorpcja)� wymrożenie (pułapki kriogeniczne)
9
Apparatus for dioxin and PCB sampling from stack gasZestaw urządzeń do pobierania dioksyn i PCB ze spalin
wg. T. Hudyma – EMIO Sp. z o.o Wrocław. Poland
Schemat aparatury do poboru prSchemat aparatury do poboru próóbek bek spalin do oznaczania spalin do oznaczania dioksyn i PCBsdioksyn i PCBs
wg normy UE wg normy UE ENEN--19481948
V,∆∆∆∆p,T,H2O
spaliny
Pyły, kondensat i nasycony adsorbent są przedmiotem oznaczania dioksyn i PCBs
w spalinach
Pomiary dioksyn - „Blachownia” S.A., K ędzierzyn
Pobór próbek do oznaczania dioksyncementownia „Rejowiec” S.A.
2002r.
10
Sampling train for dioxin. PCB and HCB determinationin stack gas from sinter plant – Mittal Steel, Kraków
Pobieranie próbek powietrza
Rurki adsorpcyjne do metod dynamicznych i pasywnych
tzw. rurki Dräger’a
Umieszczenie bezpośrednie próbek w rurkach
11
NAFIONNafion jest kopolimerem kwasu nadfluoro-3,6-dioxa-4-metylo-7okteno-sulfonowego i tetrafluoroetylenu (Teflonu ), otrzymany w 1960r przez Walthera Grot’a. Nafion zawiera szkielet teflonowy do którego dołączone są łańcuchy innego polimeru fluorowęglowego. Łańcuch fluorowęglowy zakończony jest kwaśną grupą sulfonową (-SO3H).
Nafion bardzo łatwo absorbuje wodę, zarówno z fazy gazowej jak i ciekłej. Każda z grup sulfonowych jest w stanie koordynować do 13 cząsteczek wody. Wewnątrz hydrofobowego polimeru kwasowe grupy sulfonowe tworzą kanały jonowe , co umożliwia szybki transport wody. W stosunku do pary wodnej Nafionspełnia rolę bardzo selektywnej membrany półprzepuszczalnej.
Nafion nie jest materiałem mikroporowatym, który rozdziela związki na podstawie wielkości ich cząsteczek. Na przykład, osuszacze nafionowe mogąusun ąć wodę ze strumienia wodoru , mimo że cząsteczka H2 jest dużo mniejsza od cząsteczki wody. Siłą napędową procesu nie jest ciśnienie, a prężność cząstkowa pary wodnej.
Naczynie próżniowe powlekane tantalem do pobierania próbek powietrza
Wysokoobję tościowy próbnik do oznaczania zanieczyszczeń powietrza
12
Próbniki po ekspozycji – ok. 1500 m3 powietrzaWysokoobję tościowy próbnik do oznaczania zanieczyszczeń powietrza
Pipeta gazowa
Wysokoobjętościowypróbnik do oznaczania zanieczyszczeń powietrza
Airpointer – automatyczny analizator zanieczyszczeń powietrza
13
Airpointer – automatyczny analizator zanieczyszczeń powietrza
Analizator VOC w powietrzu
Analizator zanieczyszczeń biologicznych w powietrzu Aktywne pobieranie próbek powietrza
Sadza zatrzymana na filtrze
14
--PrPróóbniki bniki zaprojektowane zaprojektowane do tygodniowej, do tygodniowej, miesimiesięęcznej cznej i rocznej ekspozycjii rocznej ekspozycji
SPMDs
PolietylenPUF
POG
Pasywne pobieranie próbek powietrza
• słońce• opady• zmiany kierunku wiatru• zapylenie
Obejma stalowa
PUF disk
Cyrkulacja powietrza
Próbnik
PUF-Disk PAS – Zastosowanie w terenie
Nie wpływają na pomiar:
Pobieranie próbek wody i ścieków
Zabezpieczenie przed fotodegradacją – szkło oranżowe
15
Próbki wody do oznaczania
zawartości metalikonserwuje się za pomocą HNO3.
Próbki pobiera się do naczyń z polietylenu lub polipropylenu.
Nie wolno pobierać w tym celu próbek do naczyń szklanych.
Próbki wody do oznaczania związków organicznychkonserwuje się za pomocą metanolu lub chloroformu.
Próbki pobiera się do naczyń z silanizowanegoszkła lub ze szkła borokrzemianowegozamykanego z teflonowym uszczelnieniem
Nie wolno pobierać w tym celu próbek do naczyń z tworzyw sztucznych
Szkło borokrzemianowe (Pyrex, Simax, Termisil…)
PrPróóbnik do pobierania dioksyn i PCBs bnik do pobierania dioksyn i PCBs z wz wóód i d i scieksciekóóww
Membrana z polietylenu Membrana z polietylenu wypewypełłniona niona trioleintrioleinąą
16
Próbniki SPMD przygotowane do ekspozycji w ścieku
Próbnik SPMDzanurzony w ścieku
Techniki pasywne pobierania próbek analitów
Pobieranie analitów następuje na drodze swobodnego transportu masy przez membranędo medium zatrzymującego, na skutek różnicy potencjałów chemicznych związków w medium zatrzymującym i środowiskiem wodnym, w którym umieszczany jest próbnik .
SPMD paski LDPE MESCO POCIS
Konstrukcja próbnika typu CHEMCATCHER
17
Konstrukcja próbnika typu CHEMCATCHER
Budowa próbnika:
- obudowa
- membrana
- medium zatrzymujące
Próbnik typu Chemcatcher został zaprojektowany na University of Portsmouth, UK.STAMPS = Standardised Aquatic Monitoring of Priority Pollutants by Passive Sampling
Równanie (pierwsze prawo dyfuzji Fick’a) opisuje masę substancji przenoszonąna drodze dyfuzji w określonym czasie ekspozycji, gdzie:
U – dyfuzja, szybkośćprzenoszenia [mg/min],t – czas ekspozycji [min],M – masa substancji w medium zatrzymującym próbnika pasywnego [mg],A – przekrój poprzeczny strefy dyfuzji [cm-2],D – współczynnik dyfuzji substancji wzbogacanej [cm2/min],c0 – stężenie substancji w badanym środowisku [mg/cm3],L – długość strefy dyfuzji [cm].
L
tcDAMtU
⋅⋅⋅==⋅ 0
gdzie:LM – grubość membrany [cm],S – współczynnik permeacji substancji wzbogacanej
ML
tcASM
⋅⋅⋅= 0
W przypadku stosowania membran SPMD, równanie 2 ulega pewnym modyfikacjom. Zakładając, że temperatura badanego środowiska jest stała, a stan równowagi n ie zostałosiągnięty (CL/CW<< KOW), wówczas pobieranie analitów można opisać następująco:
gdzie:CL – stężenie analitu w trio lein ie,D – współczynnik dyfuzji analitu,A – pole powierzchni membrany,KOW – współczynnik podziału Kow analitu (trio leina/woda),CW – stężenie analitu w wodzie,t – czas ekspozycji,V – objętość trioleiny w mlLM – grubośćmembrany.
M
WOWL LV
tCKADC
⋅⋅⋅⋅⋅=