Kraków 13.11.2015 r.
prowadzący: dr Kijak Beata

Kowalczyk Justyna
Biologia Środowiska
Grupa A

Temat ćwiczenia: Oznaczanie węglowodorów w powietrzu metodą chromatografii gazowej.
[ Benzen; Etylobenzen; Toulen; M-ksylen; O-ksylen; P-ksylen ]

I WSTĘP TEORETYCZNY:
¹Czas retencji – to czas mierzony od momentu zadozowania próbki do zarejestrowania maksimum piku chromatografowanej substancji. Czas retencji substancji wyznacza się w konkretnych warunkach pomiarowych, które mają wpływ na jego wartość [rodzaj kolumny oraz parametry analizy chromatograficznej].

Metoda analityczna - do wykonania ćwiczenia użyto metodę chromatografii gazowej, dzięki której możliwe jest rozdzielenie mieszaniny związków lotnych na 2 fazy. Wzbogacenie analitu następuje w pułapce kriogenicznej do której związek trafia na samym początku. Następnie związek ten razem z gazem nośnym dostaje się do kolumny chromatograficznej. Tam następuje rozdzielenie mieszaniny, dzięki procesom adsorpcji lub rozpuszczania. Substancje docierają w dalszej kolejności do detektora, który reaguje na zmiany składu gazów wypływających z kolumny. Sygnał z detektora jest wzmacniany i zapisywany przez komputer.

Metoda kalibracyji - do kalibracji jakościowej i ilościowej stosuję się mieszanine wzorcową, która zawiera węglowodory aromatyczne i alifatyczne. Kalibrację wykonuję się metodą wzorca zewnętrznego.

II CEL ĆWICZENIA:
Celem ćwiczenia było oznaczenie węglowodorów w powietrzu metodą chromatografii gazowej.

III WYKONANIE ĆWICZENIA:
1. Przygotowano chromatograf do wykonania ćwiczenia:
Sprawdzono przepływ gazów: nośnego i gazów doprowadzonych do detektora. Uzyskano następujące wyniki:
HEL (jako gaz nośny) -> 2,7 cm³/min;
GAZ NOŚNY I MAKE-UP -> 30 cm³/min;
POWIETRZE -> 300 cm³/min;
WODÓR - > 30 cm³/min.
Włączono chromatograf i program sterujący jego pracą – moduł „ System Control”. Zapalono płomień w FID. Wskazano metody oznaczeń oraz wpisano nazwy analizowanej próbki. Następnie włączono pompę i regulator przepływu. Nie zapominając o ustawieniu odpowiedniego przepływu. Przykręcono karnister do układu dozującego i przepłukano przewody, które doprowadzają próbkę powietrza.
2. Przed wejsciem do Centrum Badań Przyrodniczych Uniwersytetu Jagiellońskiego przy ulicy Gronostajowa 3 pobrano próbkę powietrza. Czas pobierania próbki nie przekraczał 5 minut. Próbka powietrza została zassana do karnistra.
3. Następnie wykonano analize chromatograficzną próbki powietrza.
4. Uzyskane wyniki spisano poniżej.

IV OPRACOWANIE WYNIKÓW

1) Metoda kalibracyji:

• Przeliczono stężenia z ppb na µg/m³ dla benzenu:
  *Benzen 110 ppb (analizowano 160 cm³ mieszaniny wzorcowej)

110 cz. objętościowych --------- 10⁹ cz. objętościowych

110 m³ ----------10⁹m³ /: 10⁹

110 x 10^-9 m³ ---------- 1 m³ mieszaniny

$$n = \frac{1\ mol*110*10^{- 9}m^{3}\ }{22,4*10^{- 3}m^{3}}$$

n = 0, 00000491 moli

$$x = \frac{0,00000491\ moli\ benzenu*78,11\ g}{1\ mol\ benzenu}$$

$$x = 0,0003835g = > \mathbf{353,5\ }\frac{\mathbf{\text{μg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$

$$x = \ \frac{353,5\frac{\text{μg}}{m^{3}}}{2}$$

$$\mathbf{x = 176,75\ }\frac{\mathbf{\text{μg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$

• Wykonano krzywą kalibracyjną :

• Obliczono stężenie benzenu w badanej próbce powietrza za pomocą równania regresji liniowej :
  Powierzchnia benzenu: 19027

y = 643, 71x

$$x = \frac{y}{643,71}$$

$${x = \frac{19027}{643,71}\backslash n}{\mathbf{x = 29,56\ }\frac{\mathbf{\text{μg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}}$$

NAZWA SUBSTANCJI	STĘŻENIE [µg/m^3]	DOPUSZCZALNE STĘŻENIE
BENZEN	29,56	30 (jedna godzina); 5 (rok kalendarzowy

• Wnioski:
  Korzystając z Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 26 stycznia 2010 roku w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu ( Dz. U. z dnia 3 lutego 2010 r.) porównano otrzymany wynik z dopuszczalnymi stężeniami. Stężenie benzenu nie przekracza jeszcze dopuszczalnego stężenia dla okresu jednej godziny. Jednakże stężenie benzenu jest bardzo wysokie.

2) Oszacowanie związków zidentyfikowanych i niezidentyfikowanych na podstawie powierzchni pików
Sumaryczna powierzchnia pików wszystkich związków: 404 943
Sumaryczna powierzchnia pików związków zidentyfikowanych: 45 959
Sumaryczna powierzchnia pików niezidentyfikowanych: 404 943 - 45 959 = 35 8984

$$\mathbf{x =}\frac{\mathbf{45959*100\%}}{\mathbf{404943}}$$

x = 11, 35 = >powierzchnioa pikow zidentyfikowanych

y = 100%−11, 35%

y = 88, 65% = >powierzchnia pikow niezidentyfikowannych  ∖ n

• Sprawność rozdzielania:
  * Obliczeń dokonano przy pomocy wzoru N=5,54 ($\frac{t_{R}}{w_{0,5h}}$)²
  Gdzie:
  N – liczba półek teoretycznych
  t_R - czas retencji [min];
  w_0,5h- szerokośc piku na połowie wysokości

ZWIĄZEK	tR [s]	W0,5h [s]	N
BENZEN	1858,86	4,3	1035300
TOULEN	2177,64	5,3	935255
ETYLOBENZEN	2443,02	4,8	1435097
M-0KSYLEN	2464,14	6,8	727482
P-KSYLEN	2464,14	6,8	727482
O-KSULEN	2530,14	6,0	985136

$${N = 5,54{*(\frac{\ 1858,86\ s\ }{4,3\ s})}^{2}\backslash n}\mathbf{N = 10353000}$$

• Współczynnik rozdzielności R dla benzenu:

$$\mathbf{R = 1,177*\ }\frac{\mathbf{d}}{\mathbf{W}_{\mathbf{1}\mathbf{h}\mathbf{0,4}}\mathbf{+}\mathbf{W}_{\mathbf{2}\mathbf{h}\mathbf{0,5}}}\backslash n$$

Szerokość piku wynosi - 4,3 s

*Czas retencji piku znajdującego się przed benzenem wynosi 30,774 minut tj. 1846,44 sekund

Szerokość piku wynosi - 4,7 s

*Czas retencji piku znajdującego się za benzenem wynosi 31,233 minut tj. 1873,98 sekund
Szerokość piku wynosi - 4,8 s

$${R = 1,177*\frac{1858,86 - 1846,44}{4,3 + 4,7}\backslash n}{R = 1,38\backslash n}{R = \frac{1873,98 - 1858,86}{4,3 + 4,8}\backslash n}{\mathbf{R = 1,66}\backslash n}$$

---

1. Bibliografia: Materiały do zajęć↩