Композиция стандартных образцов для контроля погрешности измерений содержания нефтепродуктов в водных средах

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в качестве средства метрологического обеспечения методик выполнения измерений при определении содержания нефтепродуктов в водных средах. Стандартный образец для контроля измерений содержания нефтепродуктов в водных средах представляет собой раствор нефтепродуктов в апротонном полярном гидрофильном органическом растворителе, который при взаимодействии с водой образует гомогенную субстанцию. В качестве нефтепродуктов используют индустриальное масло. Композиция стандартных образцов для контроля измерений содержания нефтепродуктов в водных средах содержит водорастворимую матрицу и нефтепродукт, причем в качестве водорастворимой матрицы композиция содержит полярный гидрофильный апротонный органический растворитель, а в качестве нефтепродукта - нефтепродукт с содержанием воды и механических примесей не более 0,005% и зольностью не более 0,005%, раствор которого в водорастворимой матрице при взаимодействии с водой образует прозрачную гомогенную субстанцию. Технический результат: использование стандартного образца позволит повысить достоверность оперативного и статистического контроля результатов измерений содержания нефтепродуктов в воде. Приготовление стандартных образцов не требует специального оборудования, быстро и нетрудоемко. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к вопросам проведения оперативного и статистического контроля погрешности результатов измерений, и может быть использовано контрольно-аналитическими и метрологическими службами предприятий химической и других отраслей промышленности.

Для контроля погрешности измерений содержания нефтепродуктов в водных средах гравиметрическим, флуориметрическим, ИК-спектрометрическим методами [1, 2, 3, 4] применяют стандартные образцы, с аттестованным содержанием нефтепродуктов, что позволяет учесть погрешность на стадии пробоподготовки.

Нефтепродукты практически не смешиваются с водой, образуя границу раздела вода - нефтепродукт. Основные требования, предъявляемые к стандартным образцам, - возможность получения из них контрольных проб в виде гомогенной субстанции, не содержащей границы раздела. Для получения равномерного распределения нефтепродуктов в воде используют водорастворимую матрицу.

Известны стандартные образцы для контроля измерений содержания нефтепродуктов в воде [5, 6]. Композиция стандартных образцов содержит водорастворимую матрицу, сформованную в виде таблеток и представляющую собой неорганическую соль (хлористый натрий), на которую нанесены нефтепродукты. В качестве вещества, являющегося носителем свойств нефтепродуктов, использовано машинное масло.

Недостатком известных стандартных образцов является использование в качестве водорастворимой матрицы неорганической соли. Растворение нефтепродуктов в воде с помощью неорганической соли не обеспечивает получения гомогенной системы. При больших концентрациях нефтепродуктов (около 5 мг/дм³) возможна их сорбция на стенках посуды, что приводит к искажению результатов измерений содержания нефтепродуктов при их определении из неполного объема приготовленных проб воды. Из органической химии известно, что неорганические соли не улучшают растворения масла в воде, более того, их используют для уменьшения растворимости органических веществ в воде, осуществляя так называемое «высаливание» при экстракции. К недостаткам можно также отнести сложность способа приготовления стандартных образцов, требующего применения специального оборудования для формования водорастворимой матрицы в виде таблеток. Кроме того, на стадии удаления растворителя с поверхности таблетки испарением происходит загрязнение окружающей среды при выпаривании гексана на воздухе.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание композиции стандартных образцов для контроля измерений содержания нефтепродуктов в воде, способных образовывать гомогенную прозрачную субстанцию в водной среде.

Поставленная задача решена тем, что в качестве водорастворимой матрицы используют полярный гидрофильный органический растворитель. В качестве нефтепродуктов используют любые нефтепродукты, которые могут находиться в водной среде, как правило, тяжелые нефтепродукты, раствор которых в водорастворимой матрице при взаимодействии с водой образует прозрачную гомогенную субстанцию.

Использование этих компонентов обусловлено тем, что они соответствуют функционально предъявляемым к ним требованиям. Разработана композиция стандартных образцов, содержащая в качестве водорастворимой матрицы апротонный полярный гидрофильный органический растворитель, в частности, диметилформамид или диметилсульфоксид, а в качестве нефтепродуктов - индустриальное, или турбинное, или трансформаторное масло.

Использование в качестве водорастворимой матрицы апротонного полярного гидрофильного органического растворителя, именно диметилформамида или диметилсульфоксида, обусловлено, с одной стороны, их хорошей растворимостью в воде, а с другой стороны, растворимостью в этих растворителях нефтепродуктов. Поэтому при введении раствора нефтепродуктов в диметилформамиде или диметилсульфоксиде в воду происходит быстрое распределение молекул раствора между молекулами воды с образованием гомогенной среды, не содержащей границы раздела вода - нефтепродукты. При этом апротонный полярный органический растворитель должен содержать не менее 99,8% основного компонента и не должен содержать примесей нефтепродуктов (предел обнаружения 0,0001 мг/см³).

Использование в качестве нефтепродуктов индустриального, или турбинного, или трансформаторного масла обусловлено их составом, приближенным к составу тяжелых нефтепродуктов, содержание которых определяют в воде, а также допустимыми концентрациями различных примесей в масле, не влияющих на результат анализа и имеющих следующие значения: воды и механических примесей не более 0,005%; неорганических веществ, определяемых зольностью, - не более 0,005%. При определении содержания нефтепродуктов методом флуоресценции интенсивность флуоресценции нефтепродуктов должна составлять 80-120% от соответствующей интенсивности стандартного образца, применяемого для градуировки флуориметров.

Приготовление стандартных образцов не требует специального оборудования, быстро, нетрудоемко. Стандартные образцы для контроля измерений содержания нефтепродуктов в воде используют непосредственно для приготовления контрольных проб воды.

Предлагаемая композиция стандартных образцов может быть использована для контроля погрешности измерений содержания нефтепродуктов в водных средах гравиметрическим, флуориметрическим, ИК-спектрометрическим методами без использования дополнительных индикаторов. При этом проводят предварительную подготовку исследуемых проб.

Предварительная подготовка исследуемых проб одинакова для всех методов анализа: нефтепродукты экстрагируют растворителем, экстракт пропускают через хроматографическую колонку с активированным оксидом алюминия для отделения полярных соединений, не относящихся к группе нефтепродуктов, полученный элюат анализируют одним из выше приведенных методов.

Концентрацию нефтепродуктов в контрольной пробе воды с массовой концентрацией нефтепродуктов более 0,1 мг/дм³ рассчитывают по формуле:

где С - массовая концентрация нефтепродуктов в контрольной пробе воды, мг/дм³,

m - навеска нефтепродуктов, мг,

А - содержание «основного вещества» в нефтепродукте, % (предварительно определяют содержание органических веществ)

V_n - аликвота раствора, отобранного с помощью мерной пипетки,

V_k - объем органического растворителя,

V_в - объем воды, взятой для приготовления контрольной пробы.

Для приготовления контрольных проб воды с содержанием нефтепродуктов менее 0,1 мг/дм³ применяют разбавление исходных приготовленных растворов нефтепродуктов в органическом растворителе. При этом для устранения мешающего влияния водорастворимой матрицы на результаты измерения содержания нефтепродуктов проводят холостой опыт.

Концентрацию нефтепродуктов в приготовленной контрольной пробе воды рассчитывают по формуле:

где С_исх - концентрация исходного раствора нефтепродуктов в органическом растворителе, взятого для разбавления, мг/см³,

V_ал - объем исходного раствора нефтепродуктов в органическом растворителе, взятого для разбавления, см³.

При соблюдении требований, предъявляемых к исходным материалам и условиям приготовления, получают контрольные пробы воды с метрологическими характеристиками, приведенными в табл.1.

Приготовление предлагаемой композиции стандартных образцов и возможность использования ее для контроля погрешности измерений содержания нефтепродуктов в воде иллюстрируется следующим и примерами.

Пример 1. Навеску индустриального масла массой 250,0 мг взвешивают на аналитических весах 1 кл., количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³ и растворяют в диметилсульфоксиде (ДМСО), доведя объем раствора до метки. После перемешивания получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 5,0 мг/см³. В мерной колбе вместимостью 1 дм³ растворяют в дистиллированной воде 1 см³ приготовленного раствора, отмеренного с помощью мерной пипетки, и получают контрольную пробу воды с содержанием нефтепродуктов 2,5 мг/дм³. Контрольную пробу воды объемом 1 дм³ переносят в делительную воронку и экстрагируют хлороформом 2 раза по 10 см³. Экстракты объединяют и удаляют растворитель при комнатной температуре до постоянного веса. Выделенные нефтепродукты взвешивают. Полученные результаты представлены в табл.2.

Пример 2. Навеску трансформаторного масла массой 100,0 мг взвешивают на аналитических весах 1 кл., количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³ и растворяют в диметилформамиде (ДМФА) при энергичном перемешивании. Получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 1,0 мг/см³. В мерной колбе вместимостью 1 дм³ растворяют в дистиллированной воде 1 см³ приготовленного раствора и получают контрольную пробу воды с содержанием нефтепродуктов 1,0 мг/дм³. Контрольную пробу воды объемом 1 дм³ переносят в делительную воронку и экстрагируют четыреххлористым углеродом 3 раза по 10 см³. Полученные экстракты объединяют, сушат сульфатом натрия и элюируют через хроматографическую колонку с активированным оксидом алюминия. Элюат собирают в мерный цилиндр и определяют объем. Концентрацию нефтепродуктов измеряют на концентратомере ИКН-025. Результаты представлены в табл.2.

Пример 3. Навеску турбинного масла массой 100,0 мг взвешивают на аналитических весах 1 кл. и количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³, растворяют в диметилформамиде (ДМФА) при энергичном перемешивании. Получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 1,0 мг/см³. В мерной колбе вместимостью 1 дм³, растворяют в дистиллированной воде 1 см³ приготовленного раствора и получают контрольную пробу воды с содержанием нефтепродуктов 1,0 мг/дм³. Контрольную пробу воды объемом 100 см³ переносят в делительную воронку и экстрагируют гексаном 3 раза по 10 см³. Полученные экстракты объединяют, определяют объем и измеряют концентрацию нефтепродуктов на флюориметре «Флюорат-02-3М». Результаты представлены в табл.2.

Результат анализа считается удовлетворительным, если выполняется условие:

где - результат анализа контрольной пробы воды, мг/дм³,

С - массовая концентрация нефтепродуктов в контрольной пробе воды, мг/дм³,

К - норматив оперативного контроля.

Норматив лабораторного оперативного контроля при доверительной вероятности Р=0,90 рассчитывают по формуле (1), а при Р=0,95 рассчитывают по формуле (2):

где Δ_к - погрешность результата анализа (в соответствии с МВИ) контрольной пробы воды, мг/дм³.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах природных и очищенных сточных вод методом колоночной хроматографии с гравиметрическим окончанием. ПНД Ф 14.1:2.116-97. Госкомитет по охране окружающей среды. Методика допущена для целей государственного экологического контроля. М., 1997.

2. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в природных и очищенных сточных водах методом колоночной хроматографии со спектрофотометрическим окончанием. ПНД Ф 14.1:2.62-96. Госкомитет по охране окружающей среды. Методика допущена для целей государственного экологического контроля. М., 1996.

3. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах природной, питьевой и сточной воды флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «Флюорат-02». ПНД Ф 14.1:2:4.129-98. (Взамен ПНД Ф 14.1:2:4.35-95.) Госкомитет по охране окружающей среды. Методика допущена для целей государственного экологического контроля. М., 1998.

4. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в природных и сточных водах методом ИКС. ПНД Ф 14.1:2.5-95. Госкомитет по охране окружающей среды. Методика допущена для целей государственного экологического контроля.

М., 1995.

5. Государственный реестр средств измерений, «Государственные стандартные образцы состава и свойств материалов», №7117-94.

6. Патент RU №2093812, кл. G 01 N 1/28.

1. Композиция стандартных образцов для контроля измерений содержания нефтепродуктов в водных средах, содержащая водорастворимую матрицу и нефтепродукт, отличающаяся тем, что в качестве водорастворимой матрицы композиция содержит полярный гидрофильный апротонный органический растворитель, а в качестве нефтепродукта - нефтепродукт с содержанием воды и механических примесей не более 0,005% и зольностью не более 0,005%, раствор которого в водорастворимой матрице при взаимодействии с водой образует прозрачную гомогенную субстанцию.

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полярного гидрофильного апротонного органического растворителя она содержит диметилформамид.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта она содержит индустриальное масло.