Ю.Г. Василенко, А.М. Кориков, Г.Н. Орнацкая
Защите окружающей среды от возрастающего действия химических веществ уделяется большое внимание во всем мире. Загрязнение окружающей среды является одной из главных проблем. К числу глобальных загрязнений окружающей среды следует отнести загрязнение органическими веществами. Содержание их в поверхностных водах непрерывно возрастает и это вызывает беспокойство у всех, кто имеет дело с проблемой качества воды. Качество питьевой воды, подаваемой централизованными системами водоснабжения, должно соответствовать санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам СанПиН 2.1.4.1074-01.
Актуальность количественного определения нефтяных загрязнений постоянно повышается, поскольку нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами антропогенного происхождения, присутствующих в воде, почве, донных отложениях. Масштабное загрязнение объектов окружающей среды происходит как нефтепродуктами так и другими органическими веществами. В их число кроме нефтепродуктов входят наиболее распространенные группы веществ, такие как жиры и неионогенные поверхностно-активные вещества (НПАВ).
В водных объектах органические загрязнители могут присутствовать в различном состоянии: в растворенном виде, в виде эмульсии или пленки. Поэтому при рутинном анализе обычно определяют общее содержание каждой из этих групп веществ – нефтепродуктов, жиров и НПАВ.
Нефтепродукты являются нормируемым видом загрязнения. В соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 для питьевой воды установлено ПДК 0,10 мг/дм3. ПДК для жиров в воде не установлены, но контроль за их содержанием необходим также как и для нефтепродуктов. Жиры, попадая в поверхностные воды в значительных количествах, существенно ухудшают качество воды, ее органолептические свойства, стимулируют развитие микрофлоры. Органические соединения, которые образуются в результате биохимических превращений жиров, оказывают более отрицательное воздействие, чем сами жиры. В соответствии с СанПин 2.1.4.1074-01 ПДК НПАВ составляет в воде 0,1 мг/дм3. Токсическое действие НПАВ определяется, главным образом, неполярной частью молекулы, при этом оно наиболее выражено при наличии в последней ароматического кольца. Отрицательным с гигиенической точки зрения свойством НПАВ является их высокая пенообразующая способность. При концентрациях 5 15 мг/дм3 оказывают существенное воздействие на природоохранные объекты, такие как природные и сточные воды.
Основная задача мониторинга анализируемых проб состоит в обнаружении ожидаемых веществ, подтверждении их идентичности и измерении концентрации. На практике решение этих задач требует применение современного оборудования.
Инфракрасная спектрофотометрия это наиболее универсальный и достоверный метод определения содержания нефтепродуктов, учитывающий алифатические и алициклические углеводороды, содержание которых в нефти достигает 90 %. В последнее время метод ИК-спектрофотометрии получил широкое развитие не только в России, но и в станах Европы.
ООО «ПЭП «СИБЭКОПРИБОР» более 15 лет выпускает приборы экологического контроля серии КН. Выпускаемые в настоящее время приборы «Концентратомер КН-2м» и «Концентратомер КН-3» представляют собой современные малогабаритные лабораторные ИК-спектрофотометры, предназначенные для измерения массовой концентрации нефтепродуктов, жиров и НПАВ в природных объектах.
«Концентратомер КН-3» - новая разработка ООО «ПЭП «СИБЭКОПРИБОР», отличительной особенностью которого от предыдущей модели КН-2м является то, что измерения производятся двумя режимами: одноволновым и двухволновым. Одноволновой режим рекомендуется использовать при анализе сильно загрязненных сточных вод. Концентратомеры КН-2м и КН-3 используются в сферах государственного метрологического контроля и надзора в соответствии с Федеральным Законом «Об обеспечении единства измерений», утверждены как типы средств измерений и зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений (концентратомер КН-2м - Свидетельство Госстандарта России RU.С.31.005.А № 40180, регистрация в Государственном реестре средств измерений 44669-10; концентратомер КН-3 - Свидетельство Госстандарта России RU.С.31.005.А № 40181, регистрация в Государственном реестре средств измерений 44670-10).
Приборы обладают метрологической стабильностью и экономичностью, обеспечивают широкий диапазон измерений и низкую погрешность при малой концентрации определяемого вещества. При смене измеряемого вещества переградуировка приборов не требуется, так как градуировочные характеристики всех типов измеряемых веществ хранятся в памяти приборов. Диалоговый режим работы и самодиагностика работоспособности обеспечивают удобство и надёжность приборов в эксплуатации.
Концентратомеры КН-2м и КН-3 с успехом используются в организациях охраны окружающей среды, экологии и природопользования, центрах Госсанэпиднадзора, предприятиях металлургической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслей промышленности, предприятиях морского, речного и железнодорожного транспорта, топливно-энергетического комплекса и конечно на предприятиях водоснабжения и канализации.
ООО «ПЭП «СИБЭКОПРИБОР» уделяет внимание не только разработке приборов серии КН, но и их метрологическому обеспечению, т.е. разработке и аттестации методик количественного химического анализа, стандартных образцов состава веществ и материалов. Благодаря высокой чувствительности и точности приборов стало возможным разработать ряд методик для экологического контроля водных объектов.
Разработана методика ФР.1.31.2010.07432 (ПНД Ф 14.1:2:4.168-2000) «Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в питьевых, природных и очищенных сточных водах методом ИК-спектрофотометрии на концентратомере КН-2м». Методика основана на экстракции нефтепродуктов из анализируемой пробы воды четыреххлористым углеродом. В присутствии полярных органических соединений отделение нефтепродуктов проводят на колонке с оксидом алюминия. Чувствительность методики составляет 0,02 мг/дм3.
Методика позволяет определять широкий спектр углеводородов, составляющих главную и наиболее характерную часть нефти (от 70 до 100 %) и продуктов ее переработки. Применение однократной экстракции небольшим количеством растворителя обеспечивает достаточную полноту извлечения нефтепродуктов из анализируемой пробы воды, способствует сокращению расхода реактивов и времени проведения анализа, а также снижению трудоемкости анализа.
Используя максимальные возможности концентратомеров серии КН, расширен диапазон измеряемых концентраций нефтепродуктов в воде от 0,05 до 1000,00 мг/дм3 и соответственно разработана ФР.1.31.2008.04409 «Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в сточных водах методом ИК-спектрофотометрии на концентратомере КН-2м».
Методика ФР.1.31.2008.04409 позволяет анализировать сточные воды различного происхождения.
Для расширения круга объектов аналитического контроля разработана методика ФР.1.31.2010.07433 (ПНД Ф 14.1:2.189-02) «Методика выполнения измерений массовой концентрации жиров в природных и очищенных сточных водах методом ИК-спектрофотометрии на концентратомере КН-2м».
Определение содержания жиров с применением метода ИК-спектрофотометрии основано на извлечении жиров и неполярных органических соединений (углеводородов) четыреххлористым углеродом из анализируемой пробы воды посредством двукратной экстракции, что обеспечивает достаточную полноту извлечения жиров из проб воды. Экстракт делят на две приблизительно равные части. В первой части экстракта определяют суммарную концентрацию всех экстрагированных веществ. Вторую часть экстракта подвергают хроматографическому разделению в колонке, заполненной оксидом алюминия, и в элюате определяют массовую концентрацию нефтепродуктов. По разности результатов этих определений находят суммарную концентрацию жиров в анализируемой пробе воды.
Методика проста в исполнении, не требует перестройки действующих технологий пробоподготовки и измерений. Данная методика позволяет измерять массовые концентрации жиров в природных и сточных водах от 0,1 до 100,0 мг/дм3 и доступна для внедрения в практику работы любой производственной аналитической лаборатории.
Для раздельного определения нефтепродуктов и жиров при их совместном присутствии разработана методика ФР.1.31.2006.02410 «Методика выполнения измерений массовых концентраций нефтепродуктов и жиров (при их совместном присутствии) в питьевых, природных и очищенных сточных водах методом ИК-спектрофотометрии на концентратомере КН-2м». Методика позволяет определять массовую концентрацию нефтепродуктов и жиров из одной пробы, тем самым сокращая затраты времени и реактивов на анализ. Диапазон измеряемых концентраций составляет: для нефтепродуктов от 0,04 до 5,00 мг/дм3, для жиров от 0,1 до 10,0 мг/дм3. Погрешность результатов измерений соответствует нормам, установленным для питьевых, природных и сточных вод.
В последнее время актуально встает проблема загрязнения вод неионогенными поверхностно-активными веществами (НПАВ). После использования НПАВ в крупных объемах поступают в стоки промышленных и бытовых вод и, в конечном счете, в водоемы. Вследствие этого они стали одним из компонентов, загрязняющих гидросферу. Из-за низкой скорости разложения отдельных НПАВ и сопутствующих им продуктов повсеместно наблюдаются результаты вредного их воздействия на объекты окружающей среды. В сточных водах особенно пищевой промышленности встречаются растительные и животные жиры, масла, а также соли высокомолекулярных жирных кислот. В настоящее время анализ этих вод затруднен из-за присутствия в них масел, а также НПАВ и эмульгаторов. Предлагаемые новые методы открывают широкие возможности для экстракционного разделения и концентрирования органических веществ в трехфазных системах, исключив взаимное влияние других веществ.
ООО «Производственно-экологическим предприятием (ПЭП) «СИБЭКОПРИБОР» совместно с Институтом неорганической химии СО РАН разработана схема разделения НПАВ, анионных поверхностно-активных веществ (АПАВ), жиров и нефтепродуктов и на ее основе разработана методика определения НПАВ в АПАВ, жиров и нефтепродуктов с использованием метода ИК-спектрофотометрии. ФР.1.31.2010.07434 (ПНДФ 14.1:2:4.256-09) «Методика выполнения измерений массовой концентрации неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ) в питьевых, природных и сточных водах на основе экстракции и последующего разделения в трёхфазной системе методом ИК-спектрофотометрии на концентратомере КН-2м».
Благодаря высокой точности концентратомеров серии КН методика позволяет определять НПАВ на уровне 0,5 ПДК с погрешностью не ниже требований ГОСТ 27384-2002. Отметим, что ПДК НПАВ в питьевой воде составляет 0,1 мг/дм3.
Методика основана на извлечении НПАВ из исходной пробы воды и отделении их от сопутствующих жиров (Ж) и нефтепродуктов (НП) с использованием трехфазной системы гексан-ацетонитрил-водный раствор хлористого натрия. При этом Ж и НП остаются в фазе (гексан), а НПАВ переходит в фазу (ацетонитрил), которую выпаривают досуха. Сухой остаток растворяют в четыреххлористом углероде и измеряют массовую концентрацию НПАВ в растворе по интенсивности поглощения С-Н связей в инфракрасной области спектра (2930 ± 70) см-1.
Методика позволяет определять содержания НПАВ в водных объектах в диапазоне от 0,05 до 100,00 мг/дм3. Предложенная методика экстракционного разделения надежна, экспрессна и проста в выполнении. Погрешность результатов измерений соответствует нормам установленным в ГОСТ 27384-2002 «Вода. Нормы погрешности измерений показателей состава и свойств».
Все разработанные ООО «ПЭП «СИБЭКОПРИБОР» методики включены в федеральный реестр (ФР) и в перечень природоохранных нормативный документов (ПНД Ф) и допущены как в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, так и для целей государственного экологического контроля.
В соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 5725 и ГОСТ Р 8.563-96 в методиках регламентированы принятые в международной практике основные положения и определения понятий в области оценки точности методов и результатов измерений.
ООО «ПЭП «СИБЭКОПРИБОР» постоянно проводит разработку новых нормативных документов с учётом современных требований, а также международных стандартов и норм.
ООО «ПЭП «СИБЭКОПРИБОР» также уделяет большое внимание разработке стандартных образцов состава веществ, которые предназначены для метрологического обеспечения приборов серии КН. Стандартные образцы соответствуют требованиям ГОСТ 8.315-97.
В настоящее время выпускаются следующие Государственные стандартные образцы (ГСО):
- ГСО 7822-2000 (НП-Сиб) состава раствора нефтепродуктов в четыреххлористом углероде;
- ГСО 8126-2002 состава тристеарина (жиров);
- ГСО 9437-2009 состава смеси триглицеридов жирных кислот (жиров).
Значение аттестуемой характеристики ГСО 7822-2000 (НП-Сиб) масса нефтепродуктов составляет 50,0 мг, и абсолютная погрешность аттестованного значения 0,25 мг. ГСО представляет собой раствор смеси нефтепродуктов (углеводородов) в четыреххлористом углероде (состав: изооктан 37,5 %, гексадекан 37,5 %, бензол 25 %).
Аналогами выпускаемого ГСО 7822-2000 (НП-Сиб) являются стандартные образцы состава раствора нефтепродуктов (углеводородов) в четыреххлористом углероде ГСО 7248-96 и ГСО 7424-96, значение аттестуемой характеристики которых массовой концентрации углеводородов составляет 50,0 мг/дм3, и абсолютные погрешности аттестованного значения не превышают 0,2 и 1,5 мг/см3 соответственно. Использование этих ГСО для приготовления рабочих растворов включает процедуру отбора аликвот пипетками, что приводит к увеличению погрешности. Преимущество ГСО 7822-2000 по сравнению с другими выпускаемыми ГСО на нефтепродукты состоит в том, что раствор из ампулы количественно переносится в мерную колбу, соответствующей вместимости, что исключает необходимость использования градуированной пипетки. Применение для аналитических лабораторий ГСО 7822-2000 существенно позволило упростить процедуру приготовления градуировочных растворов и уменьшить погрешность по процедуре приготовления.
ГСО 9437-2009 представляет собой порошок белого или молочно-белого цвета. Значение аттестуемой характеристики ГСО 9437-2009 - массовая доля суммы триглицеридов жирных кислот - не менее 99 %, границы абсолютной погрешности аттестованного значения 0,4 % при доверительной вероятности 0,95.
ГСО 8126-2002 представляет собой порошок белого или молочно-белого цвета. Значение аттестуемой характеристики ГСО 8126-2002 - массовая доля тристеарина - не менее 93 %, абсолютная погрешность аттестованного значения не превышает 3,2 %; массовая доля суммы триглицеридов жирных кислот - не менее 99 %, абсолютная погрешность аттестованного значения не превышает 2,4 %.
ГСО 7822-2000 состава раствора нефтепродуктов, ГСО 8126-2002 состава тристеарина (жиров) и ГСО 9437-2009 состава смеси триглицеридов жирных кислот (жиров) предназначены для обеспечения операций настройки, калибровки и поверки концентратомеров КН-2м, КН-3, а также контроля точности выполнения измерений при определении содержания нефтепродуктов и жиров в природных объектах. ГСО состава смеси триглицеридов жирных кислот (жиров) используют также для контроля точности выполнения измерения при определении жиров в пищевых продуктах и пищевом сырье.
Для комплексного решения задач по определению нефтепродуктов, жиров и НПАВ в природных средах ООО «ПЭП «СИБЭКОПРИБОР» производит вспомогательное оборудование - пробоотборную систему, экстрактор лабораторный и термостаты серии АТ, которые могут использоваться в комплексе с концентратомерами серии КН, или как самостоятельные изделия.
Система пробоотборная СП-2 используется для отбора проб природных и сточных вод с целью определения в них содержания нефтепродуктов, солей и прочих загрязняющих веществ. Позволяет осуществлять отбор проб воды из колодцев, водоёмов природного и искусственного происхождения, включая и водоёмы, покрытые льдом.
Экстрактор лабораторный ЭЛ-1 предназначен для экстракционного концентрирования в делительных воронках нефтепродуктов, хлорорганических соединений, тяжелых металлов и других загрязняющих веществ из проб воды любыми органическими растворителями. Использование экстрактора значительно облегчает процесс пробоподготовки.
Термостаты электрические суховоздушные серии АТ предназначены для поддержания в рабочем объёме заданной температуры в диапазоне от + 20 oС до + 50 oС с отклонением не более ± 0,5 oС. Рабочий объём камеры (21 дм3) оптимален при проведении испытаний на воздействие температуры для большинства исследовательских работ, в том числе для стабилизации температуры поверочных растворов.
Таким образом, наличие разработанных методик количественного химического анализа, ГСО состава нефтепродуктов, ГСО состава тристеарина, ГСО состава смеси триглицеридов жирных кислот (жиров) позволяет говорить о высоком уровне метрологического обеспечения концентратомеров КН-2м, КН-3, что способствует широкому их внедрению в практику экологического и санитарно-производственного контроля органических веществ (нефтепродукты, жиры, НПАВ) в водных объектах.
ООО «Производственно-экологическое предприятие «СИБЭКОПРИБОР»
г. Новосибирск, Россия
Контактный телефон (383)-333-82-66, тел./факс (383)-333-74-58
Е-mail: sep@sibecopribor.ru
|
