Приложение 4. Методы определения нефти и нефтепродуктов

Приложение 4

Методы определения нефти и нефтепродуктов

4.1. Весовой метод определения содержания нефтепродуктов в почве (16).

Ход определения. Для проведения исследований образцы почвы просушивают, измельчают и протирают через сито с диаметром ячей 1 мм. Из образца отбирают аналитическую пробу почвы массой 30-100 г (3-х кратной повторности), которую высушивают до постоянной массы. Навеску почвы помещают в колбу емкостью 150 мл, смачивают хлороформом до влажного состояния. Затем несколько раз проводят экстракцию путем добавления 10-15 мл хлороформа до получения в последней порции бесцветного экстракта. Полученную хлороформную вытяжку выпаривают в вытяжном шкафу на водяной бане или удаляют хлороформ методом отгонки. С этой целью экстракт помещают в колбу емкостью 250 мл, которая соединяется с холодильником Либиха и ставят её на водяную баню для выпаривания. Когда в колбе останется 20-25 мл жидкости, отгонку прекращают. Содержимое колбы сливают с стаканчик емкостью 50 мл, которую# дважды ополаскивают хлороформом (по 10 мл). Эти две порции хлороформа сливают в тот же стаканчик, который помещают в вытяжной шкаф для испарения.

Для очистки полученного экстракта готовят колонку, представляющую собой стеклянную трубку высотой 12-15 см диаметром 1 см с оттянутым нижним концом до диаметра, равного 1 мм. В нижнюю часть колонки вкладывают слой стеклянной ваты толщиной 1 см, затем колонку заполняют окисью алюминия (для хроматографии) на 2-8 см и покрывают слоем стеклянной ваты. Приготовленную колонку закрепляют в штативе, а её содержимое с помощью пипетки смачивают 3-5 мл гексана.

Под носик колонки ставят взвешенный на аналитических весах пустой стаканчик емкостью 50 мл. В таком виде фильтрационная колонка считается готовой к работе.

Оставшийся в стаканчике после испарения хлороформа осадок растворяют 5-10 мл нормального гексана и переносят в колонку, стаканчик споласкивают 3 раза 2 мл гексана и этот смыв также вносят в колонку. После окончания фильтрации колонку промывают 2-З порциями гексана (по 2-3 мл). При получении гексанового раствора нефтепродуктов освобожденного от полярных соединений, гексан испаряется в потоке воздуха при комнатной температуре. После полного удаления гексана стаканчик взвешивают, выдерживают в течение получаса в лаборатории для полного испарения гексана. Повторно взвешивают на аналитических весах и при совпадении массы анализ заканчивается.

По разности массы с содержимым и без содержимого определяют массу обнаруженных нефтепродуктов.

Содержание нефтепродуктов (X мг/кг почвы) вычисляют по формуле:

          А

      Х = - 1000,

          В

      где А - найденное количество нефтепродуктов в миллиграммах;

          В - навеска почвы, взятой для анализа в граммах.

Реактивы:

н-Гексан (НС6Н14) х.ч.

Хлороформ (СНСl3) х.ч.

Окись алюминия Аl203 безводный, ч, МРТУ 6-09-5296-68, активированный при t = 600+-10°С в течение 4 ч.

Стеклянная вата.

Приборы и посуда:

Аналитические весы

Фильтрационная колонка высотой 12-13 см.

Холодильник Либиха

Колбы на 150 мл, 250 мл, 50 мл.

4.2. Определение фракционного состава нефтепродуктов (17).

Метод основан на определении нефтепродуктов в почве с помощью тонкослойной хроматографии в сочетании с гравиметрическим методом.

Подготовка пробы к анализу. Отбирают пробу почвы 0,5-1 кг, из которой предварительно удаляют корешки, измельчают, тщательно перемешивают и отвешивают навеску.

Ход определения. Взвешенную навеску помещают в колбу вместимостью 500 мл и экстрагируют хлороформом несколько раз до получения порции бесцветного экстракта. Хлороформ используемый в дальнейшей работе очищают перегонкой. Экстракты смешивают, отгоняют на роторном испарителе хлороформ или выпаривают его при комнатной температуре в вытяжном шкафу сначала в большей емкости, затем после количественного перенесения в доведенном до постоянной массы в бюксе.

По разности определяют массу веществ, экстрагируемых из почвенной навески хлороформом. Далее навеску веществ, экстрагируемых хлороформом (10-20 мл), растворяют в нескольких каплях хлороформа и наносят капилляром с внутренним диаметром 1 мм на пластинку с силикагелем полосой на расстоянии 2 см от нижнего края.

Для приготовления хроматографической пластинки 3 г силикагеля марки ЛС 5/40 тщательно растирают с 6 мл воды, добавляемой по частям и наносят на обезжиренную стеклянную пластинку размером 6x18 см; сушат на воздухе при комнатной температуре. Для удаления органических примесей силикагель и фильтры предварительно обрабатывают гексаном в аппарате Сокслета в течение суток.

Для уменьшения краевых эффектов боковые края пластинки очищают от сорбента на глубину 4-5 мм. В хроматографическую камеру с хорошо пришлифованной стеклянной крышкой наливают систему растворителей хлороформ-гексан (1:9) высотой 3-5 мм. На внутренние стенки камеры помещают полоски обезжиренной бумаги для насыщения парами растворителя. Примерно через полчаса погружают вертикально пластинку с нанесенной пробой в подвижную фазу, следя за тем, чтобы полоса с нанесенной пробой находилась выше уровня растворителя, иначе будет размываться. Когда фронт растворителя достигнет 2 см от верхнего края пластинки, её вынимают, подсушивают на воздухе и рассматривают под люминоскопом в затемненной комнате. Можно наблюдать светящиеся зоны, которые отмечают острием иглы. В зависимости от состава нефти и степени её окисленности насчитывают от 4-х до 8 слоев. У линии фронта находятся нелюминесцирующие метано-нафтеновые углеводороды, за ними следуют люминесцирующие ярко-голубым и бирюзово-голубым светом ароматические углеводороды. Ближе к стартовой линии располагаются зоны, имеющие под УФ - лучами желтоватое и коричневое свечение. Это зоны смолистых компонентов. На линии старта видна коричневая зона асфальтеновых веществ.

Отмеченные зоны осторожно очищают лезвием бритвы в стаканчики и заливают хлороформом. Для растворения содержимое перемешивают стеклянной палочкой, после чего фильтруют через бумажные фильтры в доведенные до постоянной массы бюксы. После испарения хлороформа бюксы взвешивают на аналитических весах и определяют массу каждой фракции.

Количество нефтепродуктов вычисляют по следующей формуле:

          А В

      Х = ---

          С Д

      где X - количество нефтепродуктов (в г на г почвы);

          А - количество веществ, экстрагируемых  хлороформом  из  взятой

              навески почвы (в г);

          В - сумма   углеводородных   фракций  или  каждая   фракция   в

              отдельности (в г);

          Д - навеска,  взятая  для нанесения на  силикагелевую пластинку

              (в г);

          С - навеска почвы (в г);

Предложенный метод позволяет получить качественные и количественные характеристики образцов почв, загрязненных нефтепродуктами.

Реактивы:

Хлороформ (СНСl3) х.ч.

Гексан (С6Н14) х.ч.

Силикагель марки ЛС 5/40

Приборы и посуда:

Хроматографическая камера

Люминоскоп

Весы технические

Весы аналитические (ВЛР-200, АДВ-200)

Аппарат Сокслета

Стеклянная пластинка размером 6x18 см

Колба на 500 мл

Бюксы, стаканчики, бумажные фильтры

Капилляр с внутренним диаметром 1 мм.

4.3. Методика (ИК) спектрометрического определения нефтепродуктов (15).

Предлагаемая методика определения нефтепродуктов в почве основана на экстракции нефтепродуктов из почвы четыреххлористым углеродом с одновременной очисткой элюатов на окиси алюминия в колонке. Концентрации углеводородов в пробе определяются ИК спектрометрическим методом (ИКС).

ИКС метод основан на измерении интенсивности С-Н связей метиленовых - СН2 и метильных - СН3 групп в области 2700-3100 см(-1). Количественное определение нефтепродуктов проводится по калибровочным графикам, полученным на основании искусственной смеси углеводородов.

Чувствительность ИКС метода определения нефтепродуктов в почве составляет 0,02 г/кг воздушно-сухой навески.

4.3.1. Реактивы:

Алюминий окись (Аl2О3) безводный ч., МРТУ 6-09-5296-68.

Перед употреблением реактив активируют прокаливанием при t = 600+-10°С в течение 1 часа.

Углерод четыреххлористый осч., МРТУ 6-09-2666-65. Проверяют чистоту каждой партии на примеси органических соединений (наличие поглощения в области 2700-3100 см(-1)) относительно четыреххлористого углерода, перегнанного при 76,6+-0,2°С и пропущенного через колонку с активированной окисью алюминия. При наличии примесей реактив снова перегоняют при 76,6+-0,2°С.

Изооктан (С8Н18) х.ч., ТУ 6П-8-68.

Гексадекан (С16Н34) х.ч., МРТУ 6-09-4514-67.

Бензол (С6Н6) х.ч., ГОСТ 5955-68

Кальций хлористый ч., ГОСТ 4460-66

Вата, промытая четыреххлористым углеродом.

4.3.2. Приборы и посуда:

Аналитические весы (ВЛР-200, АДВ-200 и т.д.)

Инфракрасный спектрометр типа ИКС-14, ИР-20, ИКС-2

Неразборные и разборные кюветы с окошками из кристаллов NaCl, стеклянные цилиндры (от спектрофотометра (СФ-16 или СФ-4) и держатели для соответствующих кювет и ИК спектрометру.

Пробирки стеклянные, ГОСТ ПКСШ 14, 5-20.

Хроматографическая колонка с внутренним диаметром 0,5-0,8 мм (рис.1).

Штатив для колонок (рис. 2).

Цилиндры мерные объемом 50, 100 мл, ГОСТ 8682-70.

ГАРАНТ:

Взамен ГОСТ 8682-70 постановлением Госстандарта России от 2 июня 1994 г. N 160 с 1 января 1995 г. введен в действие ГОСТ 8682-93

Стаканы мерные объемом 50, 100 мл, Н-50, Н-100 ТС, ГОСТ 10394-72.

Колбы мерные объемом 100 мл 4-100-2, ГОСТ 1770-74.

Пипетки на 1 мл 4-1-1, ГОСТ 20292-74.

Пипетки на 5 мл 7-1-5, ГОСТ 20292-74.

Сушильный шкаф Т-3.

Аппарат для перегонки растворителя.

Фарфоровая ступка с пестиком, ГОСТ 9147-73.

Мешки из плотной ткани для хранения проб.

Сито с диаметром отверстий 0,50 мм, ТУ 46-47 885-73.

Электрическая плитка, ТУ 92-288-74.

4.3.3. Подготовка образцов к анализу.

Из почвенных образцов в воздушно-сухом состоянии отбирают посторонние включения. Средние пробы образцов весом 30 г, подлежащие анализу, растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито 0,50 мм. Пробу квартуют и отбирают для анализа две параллельные пробы по 3-5 г. Если в пробе заведомо много нефтепродуктов, берут навеску 0,5-1,0 г. (табл. 4.1.).

Таблица 4.1.

Оптимальные условия экстракции нефтепродуктов из почв в колонке при комнатной температуре

Условия экстракции	Уровень концентрации нефтепродуктов в почве, г/кг
	1,0	1,0-20,0	20,0
Навеска, г	3-5	3-5	3-5
Объем элюата, мл	20-30	40-60	60-70
Количество сорбента для хроматографической очистки, г	1-3	1-3	1-3

4.3.4. Проведение определения.

Вся используемая при анализе посуда должна быть тщательно вымыта и освобождена от следов жира путем встряхивания с небольшим количеством четыреххлористого углерода. Реактивы и растворитель должны быть очищены и перегнаны.

Эффективность отделения нефтепродуктов зависит от способа подготовки окиси алюминия, поэтому следует обратить внимание п.п. 4.3.1.

4.3.5. Мешающие влияния.

На результаты определения могут оказывать влияние углеводороды неспецифических составляющих почвенного гумуса. К числу таких соединений относятся разнообразные физиологически активные вещества, углеводы, аминокислоты, различные пигменты. Критерием оценки их вклада является фоновый уровень содержания неполярных и изополярных соединений в пробе почвы, взятой в месте этого же региона, не подвергавшемся загрязнению. Для неполярных и малополярных углеводородов естественного происхождения в почвах разного типа колеблется от 0,04 до 1,0 г/кг, причем наиболее частыми значениями являются 0,20-0,05 г/кг.

4.3.6. Экстракция нефтепродуктов и очистка экстрактов.

Экстракцию нефтепродуктов из почвенного образца и очистку элюата от примесей полярных углеводородов осуществляют одновременно в хроматографической колонке. Для этого готовят стеклянную колонку (1) (см. рис. 1) помещают в нее ватный тампон (2) насыпают навеску сорбента (Al2O3) (3), смачивают его растворителем CCl4, засыпают навеску пробы (4), сверху заливают тем же растворителем (5). Процесс извлечения осуществляют при комнатной температуре при истечении элюата в приемник (мерный цилиндр или стакан) со скоростью 0,1-0,2 мл/мин. По мере прокапывания растворителя его доливают в колонку. Объём элюата, достаточный для количественного извлечения нефтепродуктов из почв с различным уровнем концентрации, указан в табл. 4.1. Объем элюата при ИКС окончании тщательно замеряют.

Вклад в результаты анализа неконтролируемых факторов осуществляют с помощью постановки "пустого опыта". Для этого в каждой серии анализов ставят колонку, не содержащую пробу почвы, и пропускают 30 мл растворителя, как описано выше.

С целью интенсификации процесса экстракции стеклянные колонки рекомендуется располагать на штативе (рис.2).

Штатив для колонок состоит из двух кругов, жестко скрепленных шпильками. В верхнем вырезаются специальные гнезда для закрепления колонок или просверливаются отверстия, если используется колонки без кранов на конце. Нижний круг предназначен для расположения приемников (мерных цилиндров). Вся система насаживается на ось для свободного вращения. Такого типа штатив может быть рассчитан на 15-20 колонок, что позволяет одновременно анализировать такое же количество проб.

4.3.7. ИК спектрометрический анализ экстрактов.

Приготовление стандартных растворов и построение калибровочных кривых. Для построения калибровочной кривой в качестве стандартного раствора используют смесь, состоящую из 2,5 мл изооктана, 5,0 мл н-гексадекана и 2,5 мл бензола; систематическая ошибка при этом не превышает +-1,0%. Полученную смесь растворяют в ССl4 в мерной колбе на 100 мл. Концентрация полученного раствора 77,8+-0,8 мг/мл (раствор А). Из раствора А готовят два рабочих раствора Б. По 1,0 мл раствора (А) разбавляют в мерных колбах на 25 мл (раствор Б_1) и на 100 мл (раствор Б_2). Растворы Б_1 и Б_2 содержат 3,10+-0,03 и 0,80+-0,01 мг/мл соответственно и служат основными стандартными растворами. Две серии стандартных растворов с концентрациями 3, 10; 0,60;. 0,40; 0,20; 0,10 мг/мл готовят последовательным разбавлением соответствующих основных растворов Б_1 и Б_2 четыреххлористым углеродом.

Одну кювету заполняют ССl4, предварительно пропущенным через колонку с окисью алюминия (кювета сравнения), другую - исследуемым раствором.

Измеряют интенсивность поглощения каждого раствора на инфракрасном спектрометре в интервале длин волн 2700-3100 см(-1).

Измерения проводят в неразборных или разборных кюветах (для концентрации нефтепродуктов ниже 1,0 г/кг). Разборные кюветы состоят из двух окошек из кристаллов NaCl (прилагаются к спектрометру) и стеклянного цилиндра длиной 10 мм (прилагается с спектрофотометру СФ-4А (СФ-16) или можно вырезать из тефлона).

Оптическую плотность рассчитывают методом базисной линии. Последнюю проводят как касательную к основанию двух пиков, соответствующих симметричным и асимметричным валентным колебаниям CH2 и СН3 групп, как показано на рис. 3. Анализ ведут по полосе поглощения асимметричных валентных колебаний метиленовых групп (2926 см(-1)) либо по сумме оптических плотностей двух или трех длин волн (8).

На регистрирующей ленте указывают дату анализа, маркировку пробы, толщину кюветы и объем элюата.

Оптическую плотность вычисляют по формуле Е = lg J_0/J, где J_0, J - интенсивность падающего и прошедшего через раствор излучения. При анализе нефтепродуктов по одной длине волны* измеряют в максимуме поглощения полосы -CH2 ню = 2926 см(-1);

- интенсивность потока в отсутствие поглощения.

Таблица 4.2.

Вариационно-статистические характеристики анализа нефтепродуктов в почве ИКС методом

Характеристика	Интервал концентрации нефтепродуктов в почве, г/кг
	0,05-1,00	1,00-20,0	20,0
1	2	3	4
Среднее _ арифметическое X	0,09	2,77	69,5
Среднее квадратичное отклонение S_X	4,60 х 10(-2)	0,28	4,4
Коэффициент вариации V %	51,10	10,10	6,3
Стандартное среднее квадратичное отклонение Дельта	0,96 х 10(-2)	5,61 х 10(-2)	0,88
Относительная ошибка Q % при доверительной вероятности Р = 0,95	22,0	4,1	2,6
Объем выборки	22	30	25

Далее строят калибровочные графики, откладывая по оси ординат оптическую плотность, по оси абсцисс - концентрацию нефтепродуктов (мг/мл) в пробе. Вид калибровочного графика изображен на рис. 4.

Все стандартные растворы необходимо хранить только в стеклянной посуде с притертыми пробками при комнатной температуре в вытяжном шкафу.

Содержание нефтепродуктов (г/кг) в пробе (х) при ИКС аналитическом окончании определяют по формуле

          cV

      Х = --

          m

      где с - концентрация   нефтепродуктов   в   пробе,   найденная   по

              калибровочному графику, мг/мл;

          V - объем исходного элюата, мл;

          m - навеска пробы, г.

Вариационно-статистические характеристики ИК спектрометрического метода анализа почв на содержание в них нефтепродуктов представлены в табл. 4.2.

______________________________                         C x V

                                                       ----- = J

      * В этом случае результат,  найденный по формуле   m       умножают

        на 1,4, т.к. C6H6 на ню = 2926 см(-1) не поглощает.