Определение нефтепродуктов в воде

Федеральное агентство по образованию и науке РФ

Государственное образовательное  учреждение высшего

 профессионального образования

Уфимский государственный нефтяной

технический университет

 

Кафедра  Прикладная экология

 

 

Реферат

на тему: «Определение нефтепродуктов в воде»

по предмету «Экологический мониторинг» 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст.гр. ОС-05-01                                                А.Ю. Салмияров

 

Проверил: доцент, к.х.н.                                                     Ф.А. Шахова

 

 

Уфа 2009

Содержание

Ведение ……………………………………………………………………………....4

1. Определение нефтепродуктов в поверхностных водах и питьевой воде………………………………………………………………………………..6
1. Гравиметрическое определение………………………………………………...6
2. Люминесцентно-хроматографическое определение…………………………..7
3. Спекторофотометрическое определение в инфракрасной области спектра ...7
4. Унифицированная методика определения нефтепродуктов в питьевой воде…………………………………………………………………………………....8
5. Газохроматографическая методика определения нефтепродуктов в природных и сточных водах………………………………………………………...9
2. Определение нефтепродуктов в морских водах…………………………...16
1. Метод ИКС-определения нефтепродуктов………………………………...17                                              
3. Система идентификации нефтяных разливов в море……………………….19
1. Принцип метода  СИ………………………………………………………...20
4. Методики количественного химического анализа вод, включенные в перечень методик, внесенных в Государственный реестр методик химического анализа……………………………………………………………………………... 22
1. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах природных и очищенных сточных вод методом колоночной хроматографии с гравиметрическим окончанием………………………………………………………………………….22
2. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах природных и очищенных сточных вод методом колоночной хроматографии с спектрофотометрическим окончанием……………………………………………………………………….....23
3. Методические указания по измерению массовой концентрации нефтепродуктов флуорометрическим методом в пробах питьевой воды и воды поверхностных и подземных источников водопользования…………………….24
4. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в природных и очищенных сточных водах методом ИК-спектрометрии……………………………………………………………………...25
5. Современные методики определения нефтепродуктов в воде на основе инфракрасной фурье-спектрометрии……………………………………………..26
5. Хроматографические методики для детального исследования состава нефтепродуктов…………………………………………………………………….32
1. Методики на основе тонкослойной хроматографии……………………....32
2. Методики на основе ВЭЖХ………………………………………………...35
3. Методики на основе газовой хроматографии……………………..37 Заключение……….…………………………………………………………………38 Список использованной литературы………………………………………….......39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Водные источники в различных  районах мира в разной степени  загрязнены продуктами человеческой деятельности, к которым, в первую очередь, следует  отнести антропогенные (промышленные) загрязнения.

Попадая в воду из различных источников, нефтепродукты делают ее непригодной для питья и создают реальную угрозу здоровью людей и обитателей водоемов. По этой причине определение нефтепродуктов в поверхностных, грунтовых, подземных, морских и других водах, а также в питьевой (водопроводной) воде в настоящее время считается одним из наиболее важных и широко распространенных анализов в экологической аналитической химии.

На конференции ООН по окружающей среде в июне 1992 г. Россия была отнесена к группе самых загрязненных в экологическом отношении стран планеты. Ситуация чрезвычайно серьезна, так как львиная доля вредных веществ поступает в организм человека при употреблении некачественной питьевой воды. Система централизованного водоснабжения в городах России находится в критическом состоянии.

 Для определения нефтепродуктов  в России и за рубежом используют  несколько аналитических методов,  позволяющих судить о суммарном  содержании углеводородов нефтяного  происхождения в различного рода  водоемах и питьевой воде. Это  гравиметрические (весовые) определения,  люминесцентно-хроматографические (флуориметрия), спектроскопия в ИК-области спектра  и хроматография (газовая, высокоэффективная  жидкостная и тонкослойная).

Отличительной чертой всех этих методик  является предварительное отделение  неполярных и малополярных углеводородов (собственно нефтепродуктов) от полярных органических соединений и загрязняющих воду примесей не нефтяного происхождения.

В настоящее время обязательны  для применения при контроле качества воды (санитарно-химические и экологические анализы) лишь те методики определения нефтепродуктов, которые утверждены на федеральном уровне (Госкомсанэпиднадзор России или Госстандарт России), особенно методики, включенные в Государственный реестр методик химического анализа Российской Федерации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Определение нефтепродуктов в  поверхностных и питьевой водах

Нефтепродуктами при анализе вод  принято считать неполярные или  малополярные соединения, растворимые  в гексане, т.е. углеводороды, являющиеся основной частью нефти. Предельно допустимая концентрация в воде водоемов для  многoсернистой нефти 0,1 мг/л, для  прочей - 0,3 мг/л.

При анализе поверхностных вод, как правило, летучие нефтепродукты  не определяют, поскольку их содержание ничтожно. Ниже приводятся методики для определения нелетучих нефтепродуктов.

1. Гравиметрическое определение 

Метод основан на экстракции нефти  и нефтепродуктов из воды хлороформом, удалении хлороформа, растворении остатка в гексане и последующем хроматографическом отделении полярных соединений и примесей воды не нефтяного происхождения в колонке с активным оксидом алюминия. Выделенные таким образом нефтепродукты определяют гравиметрически. Основное достоинство метода в том, что исключается приготовление стандартных растворов такого же качественного и количественного состава, как и исследуемая проба.

Непосредственная экстракция гексаном приводит к заниженным результатам. Погрешность может доходить до 30%, если исследуемая вода содержит взвешенные частицы. На их поверхности наряду с нефтепродуктами сорбируются асфальтены, смолы, нафтеновые кислоты и другие вещества, растворимые в хлороформе, но нерастворимые в гексане, и потому препятствующие экстракции нефтепродуктов гексаном. Если, однако, исследуемая вода прозрачна, без взвешенных частиц, или если заведомо известно об отсутствии мешающих веществ, указанных выше, то экстракцию можно сразу проводить гексаном тем же способом, что и хлороформом, затем отогнать большую часть гексана, отфильтровать через колонку с оксидом алюминия.

1.2 Люминесцентно-хроматографическое определение 

Арбитражный гравиметрический метод  для определения малых количеств  нефтепродуктов требует больших  объемов воды и растворителей. В  связи с этим для повседневной работы по контролю за содержанием нефтепродуктов в питьевой воде и воде водоемов рекомендуется люминесцентнохроматографический метод. Высокая чувствительность метода позволяет использовать для исследования меньший объем воды и меньшее количество растворителя. Результаты определения нефтепродуктов периодически сопоставляют с результатами, полученными арбитражным методом.

Метод основан на хроматографическом отделении нефтепродуктов от полярных углеводородов и примесей воды не нефтяного происхождения в колонке  с активным оксидом алюминия при использовании экстрагентов - хлороформа и гексана и дальнейшем определении выделенных нефтепродуктов люминесцентным методом. Легкие нефтепродукты (бензин, керосин) не определяются.

Чувствительность метода – 0,02 мг в пробе.

При содержании взвешенных веществ  менее 10 мг/л можно использовать один растворитель – гексан, что значительно упрощает и уточняет определение, так как исключает испарение хлороформа и потерю легких нефтепродуктов.

1.3 Спектpoфoтометрическое определение в инфракрасной области спектра

Метод основан на хроматографическом отделении нефтепродуктов от полярных углеводородов и примесей воды не нефтяного происхождения в колонке  с активным оксидом алюминия при использовании в качестве экстрагента четыреххлористого углерода и дальнейшем спектрометрировании в инфракрасной области.

Преимущество метода – меньшие потери легких фракций, чем при определении нефтепродуктов другими методами.

В области волновых чисел 2860 см^-1, 2930 см^-1, 2960 см^-1 в нефти наблюдаются три характеристические полосы, обусловленные наличием в углеводородах структурных групп СH₃, СH₂ и СH.

Чувствительность метода 0,1 мг/л  нефтепродуктов. Метод отличается высокой  избирательностью.

В результате всей операции полярные углеводороды сорбируются оксидом алюминия, а неполярные переходят в фильтрат. Основной экстракт нефтепродуктов разбавлен в 2,5 раза.

После перемешивания записывают спектр разбавленного экстракта по сравнению  с четыреххлористым углеродом в  области 2700-3100 см-^! на инфракрасном спектрометре с оптикой из фторида лития в кювете с толщиной оптического слоя 20 мм. По полученному спектру исследуемой пробы высчитывают суммарную оптическую плотность и устанавливают концентрацию нефтепродуктов в исследуемой пробе по калибровочному графику.

1.4 Унифицированная методика определения нефтепродуктов в питьевой воде

В странах Европы для суммарного определения углеводородов нефтяного происхождения в основном применяют методику, основанную на ИК-спектрофотометрии. Возможно, поэтому при разработке унифицированной методики (для стран СЭВ) определения НП в питьевой воде источников хозяйственно-питьевого назначения использовали именно метод ИКС. Метод основан на экстракции нефтепродуктов из воды тетрахлоридом углерода, хроматографическом отделении нефтепродуктов от полярных углеводородов и примесей воды не нефтяного происхождения в колонке с активным оксидом алюминия и на дальнейшем спектрофотометрическом определении в инфракрасной области спектра. В области волновых чисел 2860; 2930 и 2960 см^-1 в нефтепродуктах наблюдаются три характеристические полосы поглощения, обусловленные наличием в углеводородах нефти структурных групп СH₃, СН₂ и СН.

Нижний предел обнаружения 0,1 мг/л, измеряемые концентрации 0,1 – 1,0 мг/л.

В результате всей операции полярные углеводороды сорбируются оксидом алюминия, а неполярные проходят в фильтрат. При этом основной экстракт нефтепродуктов разбавляется в 2,5 раза.

Фильтрат перемешивают, помещают в  кювету с толщиной слоя 20 мм и записывают спектр по сравнению со спектром тетрахлорида углерода в области 2700-3100 см^-1 на инфракрасном спектрофотометре. По полученному спектру анализируемой пробы рассчитывают суммарную оптическую плотность и устанавливают концентрацию нефтепродуктов в исследуемой пробе по градуировочному графику.

1.5 Газохроматографическая методика определения нефтепродуктов в природных и сточных водах

Приведенные выше методики определения НП в воде, основанные на гравиметрии, флуориметрии и ИК-спектрометрии, позволяют получить информацию о суммарном содержании в водоемах неполярных и малополярных углеводородов нефтяного происхождения. Однако с их помощью нельзя установить состав этих нефтепродуктов, то есть идентифицировать индивидуальные углеводороды.

Такую задачу можно решить с помощью  газовой хроматографии, и тогда, зная углеводородный состав смеси НП, можно сказать, к каким именно нефтепродуктам (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо и т.п.) относится данное загрязнение. А это прямой путь к источнику загрязнения, который легко выявить на основании результатов исследования воды, загрязненной вполне конкретным видом топлива или смесью различных нефтепродуктов (бензин и мазут, керосин и смазочные масла, дизельное топливо и др.).

Эта методика была разработана и успешно применялась в системе контрольных лабораторий Мосводоканала в 1985 – 1995 гг. В настоящее время она аттестована Госстандартом РФ и является наиболее надежной и информативной методикой для определения НП в любых природных и сточных водах, а также в питьевой (водопроводной) воде.

Ход анализа 

Образец воды (250 мл) подкисляли 1,5 мл серной кислоты (1:1) и дважды экстрагировали н-гексаном (по 25 мл) в стеклянной делительной  воронке емкостью 1 л в течение 5 мин при периодическом встряхивании содержимого воронки.

После расслаивания жидкостей слой н-гексана, содержащий извлеченные НП, отдел от водного слоя и пропускали через стеклянную колонку (15 см х 1 см) с оттянутым нижним концом, заполненную оксидом алюминия, для отделения полярных соединений.

Оксид алюминия (2-й степени активности «для хроматографии») прокаливали в муфельной печи в течение 3 ч при 600⁰С и после охлаждения помещали в стеклянную колбу с притертой пробкой, добавляли дистиллированную воду в количестве 4% от массы адсорбента и встряхивали в течение 1-2 мин. Использовали через сутки.