СОРБЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ
И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТОДОМ ТВЕРДОФАЗНОЙ ИК – СПЕКТРОСКОПИИ

Ковтунова Елена Вячеславовна

магистрант института цветных металлов и материаловедения,

РФ, г. Красноярск

E-mail: kovtunova_lena@mail.ru

Лысенкова Екатерина Сергеевна

магистрант института фундаментальной биологии и биотехнологий,

РФ, г. Красноярск

E-mail: elysenkova93@gmail.com

Кузьмин Андрей Петрович

аспирант института цветных металлов и материаловедения,

РФ, г. Красноярск

E-mail: apkuzmin@mail.ru

SORPTION CONCENTRATION OF OIL HYDROCARBONS
AND THEIR DETERMINATION BY SOLID – PHASE IR SPECTROSCOPY

Elena Kovtunova

graduate of the Institute of non-ferrous metals and material science,

Russia, Krasnoyarsk

Ekaterina Lysenkova

graduate of the Institute of fundamental biology and biotechnology,

Russia, Krasnoyarsk

Andrey Kuzmin

postgraduate student of Institute of nonferrous metals and material science,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Предложен вариант определения нефтепродуктов в воде, заключающийся в концентрировании нефтепродуктов из воды твердофазной экстракцией с применением в качестве сорбента фторопластовой и полипропиленовой пленок и детектировании на поверхности сорбента методом ИК – спектроскопии. Градуировочный график для определения нефтепродуктов в воде методом твердофазной ИК – спектроскопии, построенный в координатах высота пика в ИК – спектре на частоте 742 см^-1 и частоте 2920 см^-1 – концентрация нефтепродуктов в воде, в мг/л линеен в диапазоне 1–40 мг/л (10–400 ПДК).

ABSTRACT

A variant of the definition of oil products in water, which consists in concentration of oil products from water by solid-phase extraction with the use as a sorbent PTFE and polypropylene films and the detection on the surface of the sorbent by the method of IR – spectroscopy. Calibration curve for the determination of oil products in water using solid-phase IR spectroscopy, built in the coordinates of the peak height in the IR spectrum at the frequency of 742 cm-1 and a frequency of 2920 cm-1 concentration of oil products in water, mg/l linear in the range of 1–40 mg/l (10–400 MPC).

Ключевые слова: нефть; ИК-спектроскопия; определение; алифатические углеводороды; ароматические углеводороды.

Keywords: oil; IR spectroscopy; determination; aliphatic hydrocarbons; aromatic hydrocarbons.

Для идентификации нефтепродуктов (НП) успешно используется ИК-спектроскопия. Определение проводится в жидкой фазе после экстракции НП малополярными растворителями, которые, как правило, токсичны. По сравнению с обычной жидкостной экстракцией твердофазная экстракция сокращает время пробоподготовки, уменьшает расход растворителей [3, с. 207]. Нами предложено определять НП на поверхности сорбента после твердофазной экстракции, используя для детектирования метод ИК – спектроскопии.

Операция сорбционного концентрирования позволяет добиться заданной чувствительности, а получение пригодной для измерения аналитической формы концентрата на поверхности сорбента повышает экспрессность и экономичность соответствующих методик.

Цель работы – выбор условий сорбционного концентрирования НП с использованием твердотельного чувствительного элемента (ТЧЭ) для дальнейшего детектирования методом ИК – спектроскопии.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Выбор оптимального материала для ТЧЭ.
2. Выбор условий сорбции НП на поверхности ТЧЭ.

3.Исследование мешающего влияния различных компонентов анализируемых водных систем на определение НП методом твердофазной ИК-спектроскопии.

Экспериментальная часть.

При разработке методик определения НП в воде для приготовления стандартных смесей использовали цетан, индустриальное масло И – 20А, турбинное масло Т – 30, дибутилфталат (ДБФ), полиалкилбензол (ПАБ), прямогонный бензин, прямогонный дизель, нефть товарную.

Исследования проводили в двух областях волновых чисел: в диапазоне 2750–3200 см^-1, что соответствует валентным колебаниям метильных групп алканов и алкенов, и в диапазоне 650–900 см^-1, соответствующем внеплоскостным деформационным колебаниям – СН – групп ароматических связей.

Анализ ИК – спектров поглощения исследованных материалов показал, что в дальнейшем в качестве модельных смесей для определения ароматических УВ использовали ДБФ, поскольку он имеет сильную полосу поглощения в области внеплоскостных деформационных колебаний ароматического кольца. Для определения алифатических УВ использовали турбинное масло Т – 30.

Обсуждение результатов эксперимента.

При выборе материала для ТЧЭ использовали полипропиленовую, полиэтиленовую, фторопластовую, полиуретановую пленки и листовой поликарбонат. ИК – спектры образцов в диапазоне частот 500 – 4000 см^-1

Для определения алифатических НП в воде в качестве ТЧЭ в дальнейшем использовали фторопласт (рисунок 1(а)), так как он имеет высокое светопропускание в области 2700–3200 см^-1, обусловленное отсутствием валентных колебаний CH₃ – и – CH₂- групп.

Для определения ароматических НП в воде в качестве ТЧЭ использовали полипропилен (рисунок 1(б)), так как он имеет высокое светопропускание в области 650–900 см^-1, которая соответствует колебаниям, обусловленным внеплоскостными деформационными колебаниями – СН – групп ароматических связей. При выборе ТЧЭ для определения алифатических углеводородов (УВ) нефти также исследовали влияние толщины пленки в диапазоне от 0,05 до 0,8 мм на ее спектральные характеристики.

Рисунок 1. ИК – спектры пропускания (а) – фторопласт; (б) – полипропилен

При изучении зависимости интенсивности аналитического сигнала (АС) от времени сорбции устанавливали площадь пика ароматических углеводородов при ν=2920 см^-1 и ν=705 см^-1 при различном времени встряхивания.

Изучен диапазон от 5 до 40 мин. Исследования показали, что АС выходит на плато через 30 мин.

При изучении зависимости интенсивности АС от скорости перемешивания изучен диапазон 400–1000 об/мин. При перемешивании со скоростью менее 700 об/мин ТЧЭ всплывает на поверхность эмульсии, что значительно снижает АС. При перемешивании со скоростью более 850 об/мин наблюдается повышенная турбулентность и пенообразование.

Таким образом, для построения градуировочного графика в градуировочные эмульсии НП с концентрациями 2; 4; 8; 16; 24; 32; 36; 38; 40 мг/дм³ помещали предварительно обезжиренные фторопластовые и полипропиленовые ТЧЭ в форме дисков и перемешивали на магнитной мешалке со скоростью 800 об/мин в течение 30 мин. Затем ТЧЭ извлекали из эмульсий, промывали дистиллированной водой, промокали фильтровальной бумагой и с помощью пинцета помещали в держатель пленочных образцов ИК – спектрометра и измеряли ИК-спектр пропускания в диапазоне 2700–3200 см^-1 для алифатических УВ и в диапазоне 650–900 см^-1 для ароматических УВ.

Градуировочный график для определения ароматических углеводородов нефти в воде методом твердофазной ИК–спектроскопии (в качестве модельной смеси ароматических углеводородов использовали ДБФ) представлен на рисунке 2(а), алифатических (в качестве модельной смеси алифатических углеводородов использовали турбинное масло Т – 30) – на рисунке 2 (б). Графики, построенные в координатах АС – концентрации НП в воде, в мг/дм³, линейны в диапазоне 4–40 мг/дм³. (40–400 ПДК). Предел обнаружения, найденный по 3S – критерию, составляет 0,05 мг/дм³.

Рисунок 2. Градуировочные графики для определения (а) – ароматических; (б) – алифатических углеводородов нефти в воде методом твердофазной ИК – спектроскопии

Заключение.

Предложен вариант определения НП в воде, заключающийся в концентрировании НП из воды твердофазной экстракцией с применением в качестве сорбента фторопластовой и полипропиленовой пленок и детектировании на поверхности сорбента методом ИК – спектроскопии.

Градуировочный график для определения НП в воде методом твердофазной ИК – спектроскопии, построенный в координатах высота пика в ИК – спектре на частоте 742 см^-1 и частоте 2920 см^-1 – концентрация НП в воде, в мг/л линеен в диапазоне 1–40 мг/л (10–400 ПДК).

Для увеличения чувствительности и воспроизводимости методики рекомендуется использовать в качестве аналитического сигнала сумму площадей и высот пиков в ИК – спектре на основных характеристических частотах.

Список литературы:

1. Другов Ю.С. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов / Ю.С. Другов, А.А. Родин. – Бином. Лаборатория знаний, 2007. – 272 с.
2. Ильичев И.С., Лазарев М.А., Щепалов А.А. Основы физико-химического анализа продуктов нефтепереработки и нефтехимического синтеза: электронный учебно-методический комплекс. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 163 с.
3. Проблемы техносферной безопасности-2012: материалы международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов – Москва, 2012. – С. 206–208.