DETERMINAREA BENZENULUI, TOLUENULUI sI XILENULUI DIN AER PRIN CROMATOGRAFIE DE GAZE

Introducere

Hidrocarburile aromatice sunt de o importanta industriala deosebita; ele reprezinta materia prima pentru mai mult de 60% din cantitatea de mase plastice, elastomeri si fibre sintetice, si de asemenea pentru vopseluri, insecticide, medicamente etc. În plus, acestea se gasesc în combustibilii obtinuti din petrol. Datorita acestora, îi putem gasi ca agenti de poluare atmosferica în concentratii foarte diferite. Cele mai importante hidrocarburi aromatice sunt benzenul, toluenul si diferiti xileni (izomeri micsti), urmati de naftalina si antracen.

Principalele surse de benzen sunt fractiile usoare de gudron de carbune si fractiile aromatice extrase din benzina. Toluenul se obtine din aceleasi surse ca si benzenul si poate fi separat de acesta si de xilen prin distilari succesive. Mai mult de 50% din toluenul produs se transforma în benzen prin hidro-dealchilare. O parte din fractiile cu continut mare de toluen se adauga benzinei pentru a creste cifra octanica. Aceste motive fac ca benzenul, toluenul si xilenul sa se g 555i85f 59;seasca în atmosfera drept agenti de poluare. În general, acestia sunt analizati prin cromatografia de gaze si cantitatea totala este exprimata ca BTX ( g de benzen, toluen sau xilen/m³).

Cromatografia de gaze (GC) este o tehnica de separare foarte folosita pentru a rezolva problemele din diverse domenii, printre care si analizele de mediu. La un moment dat, ea a fost folosita ca o tehnica de control, prezentând rezolutie foarte buna pentru compusii organici volatili.

Principiile teoretice de separare în cromatografia de gaze nu difera foarte mult de cele ale cromatografiei în general. În GC, faza mobila este un gaz, în timp ce faza stationara poate fi un adsorbant solid sau un lichid retinut pe un suport solid (coloane împachetate) sau impregnat pe peretii unei coloane capilare (coloana deschisa).

Pentru a obtine o separare buna si cromatograme cu rezolutie înalta, este necesar un control strict al temperaturii în cuptor, al debitului fazei mobile si o alegere potrivita a fazei mobile si a celei stationare, precum si un sistem de detectie adecvat.

Scopul lucrarii

Pentru a învata folosirea corecta a standardelor si a tehnicilor instrumentale de înalta performanta.

Pentru familiarizarea cu cromatografia de gaze si performantele acesteia.

Pentru a identifica si a determina benzenul, toluenul si xilenul din probe de aer.

Partea experimentala

A) Reactivi si aparatura

B) Prepararea solutiilor

Solutia stoc A. Într-un balon cotat de 25 mL se introduc 20 mL pentan, se acopera etans si se cântareste. Apoi se adauga 500 ”L benzen, se acopera imediat si se cântareste din nou. Se adauga rapid 500 ”L toluen. Se îndeparteaza balonul de pe balanta si se aduce la semn cu pentan.

Solutia standard B. Într-un tub se introduc 9 mL pentan si apoi 1 mL solutie stoc A.

Nota: se acopera imediat balonul si se lucreaza la nisa.

C) Modul de lucru

Prelevarea si pre-tratamentul probelor. Cu ajutorul echipamentului de prelevare, se introduce în cartusul adsorbant un volum de aer masurat exact (10 L), astfel încât concentratia de benzen, toluen si xilen sa se încadreze în domeniul liniar de calibrare. Daca este necesar se fac ajustarile de rigoare.

Extractia. În laboratorul analitic continutul din tubul de prelevare se trateaza cu 100 mL pentan pentru a extrage compusii organici.

Filtrarea. Extractul este filtrat pe un filtru de Naylon de 0,45 ”m pentru a elimina particulele si pentru a se evita introducerea acestora în coloana cromatografica.

Calibrarea. Solutii standard de benzen, toluen si xilen. Folosind tuburi acoperite, o serie de solutii standard de benzen, toluen si xilen se prepara prin diluarea unor volume de 1,0; 2,0; 3,0 si 4,0 mL solutie B în pentan pâna la 10 mL.

Nota: se acopera imediat balonul si se lucreaza la nisa.

Analiza. Analiza cromatografica se realizeaza tinând cont de urmatoarele conditii:

Volumul de injectare: 1”L;

Coloana: HP5 de tip fenilmetilsilicon (30m x 0,32 mm x 0,25 ”m);

Gazul purtator: heliu, debitul 1,5 mL min^-1;

Temperatura injectorului 230 șC;

Temperatura detectorului 250 șC;

Temperatura programata a coloanei: Izoterm la 35 °C timp de 5 min; de la 35 °C la 140 °C, la 15 °C min^-1; izoterm la 140 °C; 2 min; temperatura finala: 35 °C

5.1.) Identificarea benzenului, toluenului si xilenului. O solutie de benzen si apoi de toluen sunt injectate pentru a determina timpii de retentie care permit identificarea acestor compusi atât pentru graficul de calibrare cât si în probe.

5.2.) Injectarea standardelor. Diferite solutii standard de benzen, toluen si xilen sunt injectate în aceleasi conditii, obtinându-se cromatograme corespunzatoare si arii corect integrate pentru picurile acestor compusi.

5.3.) Injectarea probelor. 1 ”L extract se injecteaza în aceleasi conditii obtinându-se cromatograme corespunzatoare si ariile integrate pentru picurile benzenului, toluenului si xilenului ce vor fi identificate prin timpii lor de retentie.

Rezultate

1) Identificarea timpilor de retentie (t_R) pentru cei trei compusi.

2) Calcularea concentratiei în ”g L^-1 de benzen, toluen si xilen, folosind toate punctele de pe graficul de calibrare.

3) Scrieti în tabel aria picurilor din graficul de calibrare

4) Trasarea dreptelor de calibrare. Reprezentati grafic aria obtinuta din cromatograme fata de valorile concentratiilor de benzen, toluen si xilen si aplicati analiza regresiei liniare corespunzatoare.

5) Obtineti din dreptele de calibrare concentratiile corespunzatoare benzenului, toluenului si xilenului din solutiile de proba. Identificati prezenta celor trei compusi cu ajutorul timpilor de retentie. Obtineti ariile picului de pe cromatograme si apoi calculati concentratiile în ”g m ^-3.

Întrebari

Explicati problemele referitoare contaminarii datorate compusilor organici, originile lor, efectele si solutiile posibile de combatere a acestora.

Dati exemple de diferite scheme de prelevare a probelor pentru compusii organici.

Desenati schema unui cromatograf de gaze.

Ce efect are temperatura din cuptor asupra separarii acestor compusi?