Спосіб визначення розчинних компонентів органічної речовини у пробах морської води

Реферат: Спосіб визначення розчинних компонентів органічної речовини в пробах морської води полягає в сорбції органічної речовини на придонних сорбентах з переведенням їх в тверду фазу і піролізу з подальшою реєстрацією. Піроліз зразка здійснюють при 450-480 °C в присутності каталізатора окису-закису кобальту, при масовому співвідношенні його з навіскою зразка (K:Н), рівному (0,5-0,75):1. UA 108763 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ РОЗЧИННИХ КОМПОНЕНТІВ ОРГАНІЧНОЇ РЕЧОВИНИ У ПРОБАХ МОРСЬКОЇ ВОДИ UA 108763 U UA 108763 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель призначена для використання в геології, геохімії та екології, при пошуках морських родовищ нафти і газу, а також для контролю за рівнем забруднення нафтопродуктами морського середовища. Для отримання оперативної інформації необхідно мати прості і доступні експресні методи аналізу. Відомо багато методів визначення органічного вуглецю в донних відкладах і пробах морської води шляхом мокрого і сухого спалювання та ін. Всі вони переважно трудомісткі і тривалі за часом проведення, в кожному з них є і обмеження. Нижче наводяться деякі з них: 1. Відомий метод визначення по Люцареву-Романкевич [1], який полягає в тому, що на початку проба для аналізу проходить стадію попередньої підготовки, яка полягає в тому, що навіску проби обробляють в фарфоровому тиглі соляною кислотою, обсяг якої залежить від передбачуваної карбонатності (2-3 мл). Потім додають дистильовану воду. Розчини в тиглях упарюють досуха на водяній бані, після чого вміст в тиглях переносять в кварцовий човник для спалення в струмі кисню при температурі 950 °C. Гази, що виділяються при згоранні проби, оксиди вуглецю, сірки та азоту - з потоком кисню направляють через газопромивний сосуд з розчином сильного відновника (гіпосульфіту натрію і йодиду калію) і очищають додатково грубозернистим гідропіритом і ангідроном. Таким чином видаляють оксиди азоту та сірки, що заважають аналізу, а потік газу направляють в кулонометричний елемент з розчином хлористого барію, де проводиться визначення вуглецю в навісці проби. Недоліком даного методу є отримання недостовірних даних у зв'язку з кислотною обробкою проб, при якій видаляється частина органічної речовини, що не враховується в кінцевому результаті аналізу, трудомісткість проведення процесу підготовки проби для аналізу і тривалість за часом виконання. 2. Відомий метод визначення органічного вуглецю в морських донних відкладах за методом Горбаренко С.А. [2]. Спочатку в пробі визначають карбонатний вуглець шляхом розкладання проби 4 %-ним розчином соляної кислоти з підігрівом в реакторі. Потім визначають загальний вуглець методом спалювання проби при температурі 1000-1100 °C в струмі кисню і по різниці визначають вміст органічного вуглецю. Час визначення 40-60 хв. Однак, при використанні даного методу отримують неточні результати. Обробка кислотою досить трудомістка операція і, крім того, частково, органічна складова піддається соляно-кислотному гідролізу, зменшуючи достовірність визначення в результаті втрат, які становлять 15-20 %. Недоліком способу є також тривалість проведення процесу, оскільки на один аналіз з підготовкою витрачається більше однієї години. 3. Найбільш близьким з відомих способів, взятий за прототип, є метод С.В. Люцарева [3], де окислення органічної речовини проводиться за допомогою окислювальних сумішей (сірчанохромової або персульфатної) з реєстрацією СО 2, що дає можливість визначення органічного вуглецю безпосередньо у воді, без попереднього випарювання. Автором внесена суттєва зміна - автоматизоване кулонометричне титрування СО2 і реєстрація отриманих результатів, що дозволяє стежити за процесом спалення. Точність 3 % при концентрації 2 мг/л, тривалість одного аналізу 1,5 години. Також була зменшена величина холостого досліду, що було досягнуто прогріванням окислювальної суміші безпосередньо в приладі перед аналізом з відведенням СО2, що утворюється. Недолік методу полягає в тому, що попереднє видалення з води неорганічної СО2 при 60-70 °C шляхом надлишкового підкислення і 5-хвилинної продувки очищеним повітрям може бути джерелом втрати органічної речовини. Органічна речовина є сумішшю розчинних (рідких вуглеводнів) і нерозчинних компонентів (гумінових кислот і гуматів). Кількість розчинних компонентів знаходиться в прямій залежності від органічного вуглецю, що дозволяє отримувати перші відомості для рекогносцирувальної оцінки наявності їх в досліджуваних об'єктах морського середовища. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу визначення сумарної кількості розчинних компонентів органічної речовини за органічним вуглецем в пробах морської води із забезпеченням експресності, доступності, точності при виконанні аналізів. Поставлена задача вирішується способом визначення розчинних компонентів органічної речовини у пробах морської води, що включає сорбцію на природних сорбентах з переведенням у тверду фазу і піроліз з подальшою кількісною реєстрацією, і відрізняється тим, що піроліз вихідного зразка здійснюється при 450-480 °C у присутності каталізатора окису-закису кобальту, при масовому співвідношенні його з навіскою проби (К:Н), рівному (0,5-0,75): 1. Здійснюється спосіб наступним чином. Відбирають проби морської води, відповідно до стандартних методик. Готують сорбент на основі морських мулів, потім навіску сорбенту поміщають у бакпечатку з поліхлорвінілу, яка перемішується з пробою морської води і витримується протягом однієї години. Після цього 1 UA 108763 U 5 10 15 20 25 30 35 шляхом упарювання при t 40-60 °C доводять до повітряно-сухого стану. Сухий сорбент з сорбованою органічною речовиною піддають піролітично-кулонометричному визначенню при t 450-480 °C у присутності каталізатора окису-закису кобальту. За результатами аналізу судять про вміст органічного вуглецю у пробі морської води. Як показали дослідження, часу на проведення аналізу за пропонованим способом витрачається у два рази менше, а точність і відтворюваність результатів краще відносно відомих. Дослідження проводилися у науково-дослідній лабораторії морської геології і геохімії Одеського національного університету імені І.І. Мечникова. Визначення органічного вуглецю проводилося з використанням аналізатора АН-7560 піролітичним-кулонометричним методом. Для відбору проб морської води використовували ємності для малих об'ємів, зручні та практичні бакпечатки з поліхлорвінілу з пробками, що щільно закриваються та забезпечують герметичність і повне збереження проб при транспортуванні. Також вони дешеві і придатні для багаторазового використання при випаровуванні у діапазоні температур від 40 до 60 °C. Проведені дослідження з вибору кількості сорбенту і обсягу водних проб для сорбції органічної речовини у межах від 1 г до 10 г та від 10 мл до 100 мл. Дослідним шляхом встановлено найбільш оптимальне співвідношення сорбенту і водної проби 5 г: 10 мл і 5 г: 20 мл, тобто 1:2 і 1:4. При значеннях співвідношень 1:10 результат фіксується з більшою аналітичної погрішністю, а при більших (1:20) збільшується час підготовки зразка з переведенням у тверду форму для аналізу. Наступним важливим фактором при проведенні експериментальних досліджень по визначенню розчинних компонентів органічної речовини є температурний режим і часові інтервали (постійна часу) для контролю завершення процесу піролізу. Досліди проводилися з використанням ДСО з атестованими значеннями Сорг і Сзаг (СДО-1, СДО-2, СДО-3 з різними літологічними характеристиками). Для здійснення низькотемпературного піролізу як каталізатор використовувався закис-окис кобальту з відпрацюванням оптимального співвідношення його до навіски аналізованої проби К:Н. У таблицях 1, 2 і 3 наведені результати досліджень на стандартних зразках, які дозволили вибрати необхідні умови для проведення аналізу водних проб пропонованим способом: оптимальне співвідношення К:Н - (0,5-0,75):1 (табл.1); тимчасові інтервали t-2,0-2,5 хв. (t - постійна часу) для контролю завершення процесу піролізу (табл. 2); температура піролізу 450-480 °C (табл. 3). Як можна бачити з таблиці 1, взяті інтервальні значення К:Н0,75:1 призводять до перегріву каталізатора та сприяє підвищенню температури, що призводить до збільшення органічного вуглецю за рахунок піролізу нерозчинних компонентів органічної речовини - гумінових кислот і гуматів, що починається. У зв'язку з цим оптимальне співвідношення (К:Н) прийнято (0,5-0,75):1. Таблиця 1 Сорг. атест. знач., мас. % ДСО СДО-1 СДО-2 СДО-3 Органічний вуглець, мас. % К:Н 0,5:1 0,75:1 1,06 1,09 0,34 0,36 0,19 0,34 0,25:1 0,70 0,21 0,19 1,09 0,32 0,34 1:1 і > 1,30 0,56 0,89 У таблиці 2 наведені дані з фіксацією результатів аналізу у часових інтервалах (постійних часу і) і визначених значень органічного вуглецю 40 Таблиця 2 дсо Атест. значен, мас. % Органічний вуглець, мас. % t1 СДО-1 1,09 0,90 СДО-2 0,32 0,27 сдо-з 0,34 0,25 t2 t3 t4 Теригенна глина 1,06 1,12 1,19 Вулканогенно-теригенний мул 0,30 0,34 0,36 Вапняний мул 0,34 0,36 0,40 2 С заг. атест. С карб. 1,06 2,79 1,73 0,30 0,85 0,55 0,34 8,76 8,42 С орг. UA 108763 U Примітка: t1-t2-t3-t4 відповідає 1,5-2,0-2,5-3 хв.; С орг. - по t2; С карб. - по різниці. 5 Як видно з таблиці 2 процес піролізу органічного вуглецю завершується в інтервалах t2-t3 (2,0-2,5 хв). В таблиці 3 наведені експериментальні дані вмісту органічного вуглецю у стандартних пробах ДСО в залежності від співвідношення каталізатору до навіски і температури піролізу К:P/t°C, що і дозволило вибрати оптимальні умови для виконання аналізу. Таблиця 3 ДСО Сорг. атест. знач. мас. % СДО-1 СДО-2 СДО-З 10 15 20 1,09 0,32 0,34 0,25:1/400 0,60 0,15 0,16 Органічний вуглець, мас. % К:Н/t°C 0,5:1/450 0,75:1/480 1:1/500 1,04 1,10 1,15 0,30 0,34 0,40 0,31 0,35 0,39 1,25:1/520 1,40 0,60 0,90 Аналіз результатів, що наведені у таблиці 3, дозволив встановити температуру піролізу у межах 450-480 °C при аналогічних співвідношеннях К:Н, зазначених у таблиці 1. Крім цього, дані таблиці 3 свідчать про те, що при збільшенні співвідношень К:Н і температури відбувається збільшення кількості органічного вуглецю за рахунок початку піролізу гуматів, зазначених раніше. Крім зазначених вище експериментів, проводилися також дослідження у порівнянні результатів визначення вмісту органічного вуглецю у водних пробах пропонованим способом з результатами традиційних методів, більш трудомістких і тривалих за часом проведення. Для експерименту були відібрані проби поверхневих і придонних шарів води. Результати зіставлення вмістів органічного вуглецю у морській воді, отриманих різними методами аналізу, наведені у таблиці 4. Таблиця 4 № експерименту і проби 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 25 Вміст органічного вуглецю, мас. % Методи аналізу Сухе спалення Метод добавок Пропонований метод 2 3 4 І Поверхневий шар води 0,14 0,17 0,20 0,14 0,18 0,21 0,13 0,17 0,19 0,12 0,19 0,18 0,12 0,20 0,19 0,12 0,18 0,22 0,11 0,17 0,21 II Придонний шар води 0,33 0,36 0,38 0,30 0,38 0,39 0,31 0,33 0,37 0,29 0,30 0,35 0,31 0,32 0,35 0,32 0,32 0,36 Результати досліджень, наведені в таблиці 4, свідчать про те, що пропонований спосіб придатний для будь-яких видів природних водних середовищ, а також показують хорошу допустиму зіставність і точнішу інформацію про вміст розчинних компонентів органічної речовини. Пропонований спосіб задовольняє всім вимогам, що пред'являються до аналізів, має значну перевагу по відношенню до відомих - доступність, експресність, точність і достовірність, що розширює сферу застосування для визначення вмісту органічного вуглецю в різних об'єктах 3 UA 108763 U 5 10 водного середовища, незалежно від матричного складу і концентрацій, для рекогносцирувальних оцінок при пошукових і екологічних дослідженнях. Джерела інформації: 1. Люцарев С.В., Романкевич Е.А. Органическое вещество донных осадков. Нефтегазогенетические исследования в Индийском океане. - М.: Ин-т океанологии АН СССР, 1982. - С. 84. 2. Горбаренко С.Α., Токарчук Т.Н. Методика экспрессного определения CaCO в морских осадках. - В кн.: Современные методы морских геологических исследований. Материалы Всесоюзного совещания. - Μ., 1987. - Τ. 2. - С. 63. 3. Люцарев С.В. Автоматизированный прибор для определения углерода органических веществ в природных водах. - В сб.: Гидрохимические материалы. - 1969. - Т. 49. - 207 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб визначення розчинних компонентів органічної речовини в пробах морської води, що полягає в сорбції органічної речовини на придонних сорбентах з переведенням їх в тверду фазу і піролізу з подальшою реєстрацією, який відрізняється тим, що піроліз зразка здійснюють при 450-480 °C в присутності каталізатора окису-закису кобальту, при масовому співвідношенні його з навіскою зразка (K:Н), рівному (0,5-0,75):1. 20 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4