Chemia środków ochrony roślin Katedra Analizy Środowiska. Instrukcja do ćwiczeń. Ćwiczenie 2

Transkrypt

1 UNIWERSYTET GDAŃSKI WYDZIAŁ CHEMII Chemia środków ochrony roślin Katedra Analizy Środowiska Instrukcja do ćwiczeń Ćwiczenie 2 Ekstrakcja pestycydów chloroorganicznych z gleby i opracowanie metody analizy techniką chromatografii gazowej Gdańsk 2015

2 1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA Techniki ekstrakcyjne są najczęściej stosowanymi metodami izolacji i wzbogacania analitów występujących w próbkach środowiskowych. Stosowane są one w analityce śladowych składników próbek gazowych, ciekłych oraz stałych w celu usunięcia substancji zanieczyszczających oraz osiągnięcia odpowiedniej granicy wykrywalności (LOD). Podczas procesu ekstrakcji następuje przeniesienie analitów z próbki (matrycy pierwotnej) do matrycy odbierającej (tzw. wtórnej), która ma zazwyczaj prosty, ściśle zdefiniowany skład chemiczny. Wprowadzenie etapu ekstrakcji do procedury analitycznej daje zazwyczaj następujące korzyści: przeniesienie analitów do matrycy o znacznie prostszym niż matryca pierwotna i jednocześnie jednoznacznie określonym składzie chemicznym, najczęściej bardziej odpowiedniej do oznaczeń końcowych, usunięcie składników przeszkadzających w analizie końcowej, możliwość podniesienia stężenia analitów powyżej granicy oznaczalności stosowanej techniki i przyrządu pomiarowego. Należy jednak pamiętać, że proces ekstrakcji może prowadzić do straty pewnej części analitów i wprowadzać dodatkowe zanieczyszczenia próbki. Ekstrakcja zanieczyszczeń organicznych (np. węglowodorów aromatycznych i alifatycznych czy pestycydów) z gleby jest przykładem ekstrakcji próbek stałych. Proces ten może być realizowany na wiele sposobów, jak obrazuje Rysunek 1. Ekstrakcja cieczą jest podstawowym procesem wyodrębniania związków organicznych z próbek stałych. Polega ona na wybiórczym rozpuszczaniu substancji znajdującej się w stałej próbce w określonym rozpuszczalniku. Obecnie stosowane techniki ekstrakcji próbek stałych cieczą dzielą się na trzy zasadnicze grupy (patrz też Tabela 1): Rysunek 1. Klasyfikacja technik ekstrakcji z próbek stałych (J. Namieśnik, Z. Jamrógiewicz, M. Pilarczyk, L. Torres, Przygotowanie próbek środowiskowych do analiz, WNT, Warszawa, 2000). 2

3 Techniki klasyczne, do których zaliczamy: ekstrakcję rozpuszczalnikiem z wytrząsaniem, ekstrakcję za pomocą strumienia rozpuszczalnika, saponifikację, ekstrakcję w aparacie Soxhleta oraz homogenizację próbki z rozpuszczalnikiem; Nowoczesne techniki z wykorzystaniem dodatkowych czynników do wspomagania ekstrakcji (ultradźwięki czy promieniowanie mikrofalowe). Do tej grupy technik ekstrakcji należy sonikacja, przyśpieszona ekstrakcja z pomocą rozpuszczalnika (ASE), ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika pod zwiększonym ciśnieniem (MPLE), ekstrakcja z pomocą rozpuszczalnika wspomagana promieniowaniem mikrofalowym (MAE); Techniki, w których wykorzystuje się płyny w stanie nadkrytycznym (SFE). Tabela 1. Porównanie różnych technik ekstrakcji z wykorzystaniem rozpuszczalników ze względu na czas trwania procesu i ilość zużywanych rozpuszczalników (J. Namieśnik, Z. Jamrógiewicz, M. Pilarczyk, L. Torres Przygotowanie próbek środowiskowych do analiz, WNT, Warszawa, 2000). Technika ekstrakcji Ilość zużytego rozpuszczalnika [ml] Przeciętny czas trwania procesu ekstrakcji Ekstrakcja w aparacie Soxhleta h Ekstrakcja w zautomatyzowanym h aparacie Soxhleta Ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika min 1 h wspomaganego ultradźwiękami Ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika min 1 h wspomaganego promieniowaniem mikrofalowym Przyśpieszona ekstrakcja za pomocą min rozpuszczalnika Ekstrakcja za pomocą płynu w stanie nadkrytycznym min 2 h Pestycydy chloroorganiczne, stosowane na szeroką skalę w latach , należą do tzw. trwałych zanieczyszczeń organicznych (POPs, Persistent Organic Pollutants). Stanowią dziewięć spośród dwunastu zanieczyszczeń tego typu, zdefiniowanych przez Konwencję Sztokholmską, podpisaną w 2001 r. (weszła w życie trzy lata później). Ich wspólną cechą jest wysoka lipofilowość, duża trwałość w środowisku (nawet kilkadziesiąt lat) oraz zdolność do gromadzenia się w organizmach zwierzęcych (bioakumulacja) i przenoszenie wzdłuż łańcuchów pokarmowych (biomagnifikacja). Jednym z celów Konwencji jest eliminacja z użycia wszystkich pestycydów, ujętych w Tabeli 2. Wyjątkiem jest stosowanie DDT do zwalczania owadów przenoszących choroby; dodatkowo, pewne ilości heksachlorobenzenu powstają jako produkt uboczny niektórych procesów przemysłowych. Począwszy od roku 2009, lista POPs ulega rozszerzeniu na kolejne związki chemiczne. 3

4 Tabela 2. Pestycydy, ujęte na liście trwałych zanieczyszczeń organicznych w 2001 roku, wg Konwencji Sztokholmskiej (zakres stosowania wg Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska). Pestycyd Aldryna Dieldryna Cloran DDT Endryna Heptachlor Heksachlorobenzen Mirex Toksafen Zakres stosowania Insektycyd stosowany w uprawach kukurydzy i bawełny; zwalczanie termitów Insektycyd stosowany w wielu uprawach; zwalczanie termitów Insektycyd stosowany w wielu uprawach; zwalczanie owadów przenoszących choroby Insektycyd stosowany głównie w uprawach bawełny i zbóż; rodentocyd Insektycyd stosowany głównie do zwalczania owadów w glebie; także do zwalczania owadów przenoszących choroby Fungicyd; stosowany także w przemyśle chemicznym Insektycyd; stosowany także w przemyśle chemicznym Insektycyd o szerokim zakresie stosowania 4

5 2. WYKONANIE ĆWICZENIA 2.1 Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie wydajności technik ekstrakcji pestycydów z próbek gleby, przy wykorzystaniu: rożnych matryc: mokrej i suchej gleby, zanieczyszczonej mieszaniną pestycydów chloroorganicznych ekstrakcji z mieszaniem oraz wspomaganej ultradźwiękami Jako rozpuszczalnik do ekstrakcji wykorzystany zostanie dichlorometan. Zanieczyszczona gleba pochodzi z miejsca składowania znacznej ilości odpadów zawierających pestycydy chloroorganiczne. 2.2 Wykonanie ćwiczenia Ekstrakcja z gleby suchej Ekstrakcję należy wykonać zgodnie z poniższym schematem, w punkcie 5 należy dodać określoną przez prowadzącego ilość roztworu wzorca wewnętrznego. Rysunek 2. Schemat części doświadczalnej ekstrakcja pestycydów z gleby suchej. 5

6 2.2.2 Ekstrakcja z gleby mokrej Ekstrakcję należy wykonać zgodnie z poniższym schematem, w punkcie 5 należy dodać określoną przez prowadzącego ilość roztworu wzorca wewnętrznego. Rysunek 3. Schemat części doświadczalnej ekstrakcja pestycydów z gleby mokrej Analiza technikami GC-FID i GC-MS Uzyskane ekstrakty należy poddać analizom chromatograficznym (GC-FID oraz GC-MS) korzystając z warunków opracowanych na zajęciach we współpracy z prowadzącym ćwiczenia. 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW Na podstawie wyników analizy GC-MS (poprzez porównanie uzyskanych widm mas z widmami obecnymi w bibliotece NIST), należy zidentyfikować obecne w próbce pestycydy. Następnie, na podstawie uzyskanych pól powierzchni analitów oraz sygnału wzorca wewnętrznego należy dokonać oceny skuteczności wykorzystanych technik ekstrakcji pestycydów z próbek gleby (suchej i mokrej) i oszacować zawartość poszczególnych związków w badanej próbce. 6

7 4. SZKŁO I ODCZYNNIKI próbki gleby suchej i mokrej zanieczyszczonej mieszaniną pestycydów, dichlorometan, roztwór wzorca wewnętrznego, bezwodny siarczan (VI) sodu, waga analityczna, wyparka rotacyjna, mieszadło magnetyczne, szpatułka metalowa - 2 szt., szczypce metalowe - 1 szt., bagietka szklana - 2 szt., pipeta Pasteura - 5 szt., butelka z nakrętką (poj. 2mL) - 3 szt., strzykawka szklana 100 µl, strzykawka do GC 10 µl, cylinder miarowy 250 ml - 1 szt., cylinder miarowy 50 ml - 1 szt., kolby stożkowe 100 ml - 3 szt., kolby okrągłodenne 100 ml 3 szt., lejek szklany 3 szt., sączki twarde jakościowe Aparatura laboratoryjna Chromatograf gazowy SCHIMADZU z detektorem FID Chromatograf gazowy sprzężony ze spektrometrem mas Shimadzu QP- 2O1OSE 7