BADANIE ZAWARTOŚCI WIELOPIERŚCIENIOWYCH WĘGLOWODORÓW AROMATYCZNYCH (OZNACZANIE ANTRACENU W PRÓBKACH GLEBY). Wprowadzenie: Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) to grupa związków zawierających od dwóch do kilkunastu pierścieni aromatycznych w cząsteczce (Rys. 1). Należy do niej wiele różnych substancji m.in.: antracen, benzo(a)antracen, benzo(a)piren. 1
Rys. 1. Przykłady wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Wiele z tych związków jest szkodliwych dla środowiska, toksycznych i kancerogennych dla ludzi. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne występujące w środowisku pochodzą zarówno ze źródeł antropogenicznych jak i naturalnych, przy czym ilości tych zanieczyszczeń będące wynikiem działalności człowieka są zdecydowanie większe. Związki te powstają jako produkty uboczne w wielu procesach chemicznych, praktycznie każdy proces, związany z silnym ogrzewaniem lub niecałkowitym spalaniem związków organicznych, może być źródłem emisji WWA, również pozaprzemysłowym (spalarnie odpadów, pożary lasów, spaliny samochodowe). Źródłem WWA jest także palenie tytoniu, przy czym zarówno bierne jak i czynne palenie jest istotnym czynnikiem ryzyka nowotworowego. WWA są na ogół słabo rozpuszczalne w wodzie, mogą jednak tworzyć z wodą emulsje, są trwałe pod względem chemicznym i nie ulegają łatwo rozkładowi pod wpływem mikroorganizmów. Ponadto związki te gromadzą się w osadach dennych, gdzie w warunkach beztlenowych ich rozkład jest dodatkowo spowolniony. Węglowodory 2
aromatyczne są kumulowane w organizmach zwierzęcych np. w tłuszczu oraz mięsie ryb czy mięczaków. Bardzo często WWA są obecne również w wodach podziemnych, do których przenikają przez mało zwarte warstwy filtracyjne gruntu zanieczyszczając w ten sposób źródła wody pitnej. Analiza WWA w próbkach środowiskowych jest trudna i czasochłonna gdyż na ogół obecna jest duża liczba związków z tej grupy, występują one w małym stężeniu wspólnie z innymi zanieczyszczeniami organicznymi. Izolacja WWA z próbek wody i ścieków może być wykonana poprzez ekstrakcje: ciecz-ciecz, do fazy stałej, płynem w stanie nadkrytycznym czy też z wykorzystaniem membran półprzepuszczalnych. W przypadku analizy próbek gleby stosuje się ekstrakcję rozpuszczalnikiem. Najczęściej wykorzystywane są takie rozpuszczalniki jak: benzen, toluen, heksan lub mieszaninę heksan aceton. Jeśli chodzi zaś o oznaczanie WWA w próbkach powietrza to przeprowadza się adsorpcję na odpowiednim filtrze, a następnie ekstrakcję rozpuszczalnikiem. Często stosowanym sposobem kontroli dokładności wyników analitycznych jest metoda odzysku. Realizuje się ją w ten sposób, że do kilku porcji tej samej próbki dodaje się znane, różne ilości wzorca oznaczanej substancji i przeprowadza procedurę analityczną. Stosowanie tej metody wymaga jednak zachowania środków ostrożności i rozwagi podczas wnioskowania, a także uwzględnienia jak największej ilości informacji na temat badanego układu. Cele ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest oznaczenie antracenu w roztworze glebowym i obliczenie odzysku antracenu z ekstraktu glebowego Wykonanie oznaczenia Odczynniki: 1. Acetonitryl (czystość HPLC) roztwór 70%, 2. heksan, 3
3. aceton, 4. antracen (roztwór wzorcowy o stężeniu 1 mg/cm 3 ). UWAGA Wszelkie roztwory pipetować z użyciem nasadki. Przy pracy z kwasami stosować okulary ochronne. Pozostałe po oznaczeniu roztwory przenieść do przeznaczonych na odpady pojemników. Sprzęt laboratoryjny i aparatura pomiarowa: Probówki stożkowe z tworzywa sztucznego, pipety automatyczne, chromatograf cieczowy HP 1050 z detektorem UV/VIS. Sposób wykonania: A. Wyznaczenie czasu retencji antracenu Przeprowadzić jedno oznaczenie Antracen oznacza się poddając analizie chromatograficznej ekstrakt glebowy. Analizę należy wykonać z zastosowaniem wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), przy użyciu chromatografu HP 1050 z detektorem UV/VIS (pętla nastrzykowa o objętości 20 mm 3, kolumna chromatograficzna ze złożem C18 (Grace, 250 x 4,6 mm)), sterowanego oprogramowaniem Clarity. Fazę ruchomą stanowi roztwór acetonitrylu i wody (70:30 v/v), szybkość przepływu wynosi 1,5 cm 3 /min. Detekcję prowadzić należy przy długości fali 250 nm. Identyfikacji związku dokonać na podstawie zgodności czasu retencji z wzorcem. W tym celu przygotować w wialce chromatograficznej 1cm 3 roztworu wzorcowego roboczego 4
antracenu o stężeniu 50 µg/cm 3 poprzez rozcieńczenie acetonitrylem roztworu wzorcowego podstawowego o stężeniu 1 mg/cm 3 i przeprowadzić jego analizę chromatograficzną. B. Przygotowanie ekstraktu glebowego Przeprowadzić dwa równoległe oznaczenia Na wadze analitycznej odważyć po 5 g wysuszonej na powietrzu i rozdrobnionej gleby, przenieść ją do plastikowych probówek (a, b). Następnie pipetą automatyczną dodać do każdej z nich 100,0 mm 3 roztworu podstawowego antracenu o stężeniu 1 mg/cm 3 i po 2,5 cm 3 acetonu i heksanu. Wytrząsać przez 10 min. Próbki odstawić na kilkanaście minut, aż osad ulegnie sedymentacji. Pobrać do strzykawek 2 cm 3 ekstraktów, przesączyć przez filtr 0,45 µm do wialek chromatograficznych (1a i 1b). Przeprowadzić chromatograficzne oznaczanie antracenu. C. Oznaczanie zawartości antracenu Przeprowadzić dwa równoległe oznaczenia Aby wyznaczyć stężenia badanego analitu w ekstraktach glebowych wykorzystać metodę dodatku wzorca, która polega na dodaniu do próbki znanych ilości substancji oznaczanych (zwykle 50 150% oczekiwanej zawartości oznaczanej substancji). W tym celu do wialek chromatograficznych (2a i 2b) przenieść przy pomocy pipety automatycznej 100 mm 3 ekstraktów z gleby oraz 100 mm 3 roztworu wzorcowego roboczego o stężeniu 50 µg/cm 3 i po dokładnym wymieszaniu wprowadzić do kolumny chromatograficznej. 5
Obliczanie wyników oznaczenia: Na podstawie uzyskanych sygnałów A G (pole powierzchni piku uzyskanego dla ekstraktu glebowego o stężeniu antracenu C G ) oraz A M (pole powierzchni piku mieszaniny 100 mm 3 ekstraktu glebowego i 100 mm 3 roztworu wzorcowego o stężeniu antracenu C M ) obliczyć stężenie antracenu w ekstrakcie glebowym. Ponieważ pomiędzy stężeniem a uzyskiwanym sygnałem istnieje zależność liniowa, możemy zapisać: Stężenie antracenu w roztworze powstałym poprzez zmieszanie roztworu badanego i wzorcowego możemy wyrazić równaniem: a stężenie analitu w ekstrakcie glebowym: gdzie: V W objętość dodanego wzorca V G objętość roztworu badanego C W stężenie dodanego wzorca. 6
UWAGA W sprawozdaniu należy umieścić: 1. Obliczenia dotyczące zawartości antracenu w badanym ekstrakcie glebowym. 2. Obliczenia dotyczące odzysku antracenu w badanej próbie. 3. Zaklasyfikować badaną próbę gleby pod względem zawartości antracenu zgodnie z rozporządzeniem ministra środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. (Dz. U. z dnia 4 października 2002 r.) załącznik (proszę zwrócić uwagę na jednostki). Zakres materiału do przygotowania: 1. Naturalne i antropogeniczne źródła WWA. 2. Sposoby przenoszenia WWA do gleb. 3. WWA właściwości, zagrożenia. 4. Podstawy teoretyczne stosowanej techniki oznaczania antracenu. Literatura 1. PN-Z-04240-3:1999P 2. Namieśnik J., Jamrógiewicz Z., Fizykochemiczne metody kontroli zanieczyszczeń środowiska, WNT, W-wa 1998 3. Hermanowicz W., Dojlido J., Dożańska W., Koziorowski B., Zerbe J., Fizycznochemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, W-wa 1999 4. Gomólka E., Szaynok A., Chemia wody i powietrza, Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1997 opracował: B. Krawczyk, E. Miękoś, R. Juszczak, D. Szczukocki, R. Dałkowski 7