Газохроматографическое определение ацетона в воздухе Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 553.98:550.84

ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЦЕТОНА В ВОЗДУХЕ

Анастасия Олеговна Малышева

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3; Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20, тел. (913)005-48-19, e-mail: nastymana@yandex.ru

Описана методика калибровки портативного газового хроматографа ЭХО-В-ФИД, основанная на парофазном анализе.

Ключевые слова: калибровка ацетоном, газовый хроматограф, ацетон в воздухе.

GAS CHROMATOGRAPHIC DETECTION OF ACETONE IN AIR

Anastasiya O. Malysheva

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect; Novosibirsk State Technical University, 630073, Russia, Novosibirsk, 20 Kar-la Marksa Prospect, tel. (913)005-48-19, e-mail: nastymana@yandex.ru

A technology for calibration of a portable EKHO-A-PID gas chromatograph based on a head-space analysis is described.

Key words: calibration of acetone, gas chromatograph, acetone in air.

Особенностью газохроматографического анализа является необходимость периодической градуировки (калибровки) в процессе измерений [1]. Для внела-бораторных геохимических и других типов анализов с применением портативных газовых хроматографов серии ЭХО актуальной является задача применения простых в реализации методик калибровки. В работе предложена и апробирована методика с использованием парофазного приготовления калибровочной концентрации тестовой пробы на примере анализа ацетона в выдыхаемом воздухе. Знание концентрации ацетона дает возможность диагностировать риск заболевания сахарным диабетом [2].

Для определения концентрации ацетона в выдыхаемом воздухе используется газовый хроматограф ЭХО-В-ФИД с пробоотборной приставкой (рис. 1).

Хроматограф ЭХО-В-ФИД состоит из трёх блоков, совмещённых в общем корпусе: аналитического, газоснабжения и электронного. В аналитическом блоке осуществляются все основные процессы газовой хроматографии. Аналитический блок содержит автоматический инжектор, газохроматографическую колонку и фото-ионизационный детектор.

Рис. 1. Хроматограф ЭХО-В-ФИД с пробоотборной приставкой:

1 - хроматограф "ЭХО-В-ФИД"; 2 - пробоотборная приставка; 3 - блок обеспечения пробоотборной приставки; 4 - персональный компьютер

Пробоотборная приставка: пациент через одноразовый силиконовый мундштук продувает фторопластовую трубку, объём которой позволяет сделать хроматографом ЭХО-В-ФИД три анализа одной пробы (последовательно в автоматическом режиме, отбирается автодозирующим инжектором). Для предотвращения конденсации на стенках фторопластовой трубки спиралевидные ёмкости приставки помещены в термостат с температурой 500 С. Результаты анализа обрабатывается компьютером.

Используемый в Хроматографе ЭХО-В-ФИД фото-ионизационный детектор из-за постепенного загрязнения окна ионизационной УФ лампы снижает свою чувствительность, поэтому необходимо регулярно проводить калибровку. В работе предложена эффективная и простая в использовании методика проведения калибровки хроматографа ЭХО-В-ФИД по отклику на известную концентрацию ацетона.

Схема калибровки. Параметры и режимы.

Прибор включён и выведен предварительно на рабочий режим. Калибровка содержит нижеследующие операции:

1. Подготовку калибровочного раствора с известной концентрацией ацетона (объёмы жидкой и воздушной фазы должны быть известны и постоянны для каждого измерения).

2. Анализ калибровочного раствора. Сохранение хроматограммы «Калибровка ацетоном».

3. Далее нужно вычесть из хроматограммы «Калибровка ацетоном» хрома-тограмму «Фон». Идентифицировать ацетон на хроматограмме. Рассчитать

концентрацию ацетона в воздушной фазе, используя закон Генри (формула 1.1) [1]. Для расчетов использовать коэффициент Генри для измеренной температуры калибровочного раствора и объёмы жидкой и воздушной фаз. Занести в базу набора.

4. Очистку пробоотборной приставки. Кнопка «очистка» на панели блока обеспечения. Включается компрессор ПОУ (открывается клапан продувки) и продуваются пробоотборные трубки ПОУ. По окончании продувки клапан закрывается.

На рис. 2 приведены хроматограммы калибровочного раствора с концентрацией ацетона в воде 5.3*10-6мг/см3 и анализа выдыхаемого человеком воздуха. В качестве жидкой фазы используется физиологический раствор. В основе проводимой калибровки лежит анализ равновесного пара [3]. Он позволяет определить по содержанию вещества в газовой фазе его содержание в равновесной ей жидкой фазе.

Рис. 2. Хроматограммы газовой фазы (290 мл) над водой (200 мл), содержащей 1 мкл ацетона (верхняя), и хроматограммы выдыхаемого человеком воздуха (нижние)

В области малых концентраций пользуются законом Генри (1.1) и уравнением материального баланса (1.2).

Сь = КСс, (1.1)

где Сь - концентрация вещества в жидкой фазе , Сс - в газовой фазе, К - коэффициент Генри для данной температуры раствора [3],

СьЧ = ад + СсУс, (1.2)

где С° - начальная концентрация вещества в жидкой фазе, Сс - в газовой фазе [1].

Для нахождения концентрации ацетона в воздушной фазе калибровочного раствора получим выражение:

= + (1.3)

Концентрация ацетона в выдохе человека в силу линейности зависимости отклика хроматографа определяется из соотношения площадей пиков ацетона на хроматограмме.

Таблица 1

Результаты измерений

Концентрация Время, с Средняя высота пика, В Средняя площадь, В*с Концентрация, 10-6мг/см3

Калибровка 22,48 64,95 160,52 5,25

Выдох 22,62 14,14 35,65 1,2

Относительная погрешность калибровки составляет ±7 %. Относительная погрешность определения площади пика ацетона равна ±0,94 %. Суммарная погрешность определения концентрации ацетона в выдохе не превышает ±8 %.

Заключение. Методика проведения калибровки ацетоном хроматографа разработана, апробирована. Данная методика с достаточной точностью позволяет определять концентрации ацетона в выдыхаемом человеком воздухе. Аналогичный подход может быть реализован и для калибровки по углеводородам С6-С8 при анализе проб геохимической съемки. В заключении автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке доклада В.М. Грузнову и М.Н. Балдину.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Яшин Я. И., Яшин Е. Я., Яшин А. Я. Газовая хроматография. - М.: ТрансЛит, 2009. -

528 с.

2. Содержание легких углеводородов в выдыхаемом воздухе в зависимости от факторов риска метаболических нарушений / В. Ю. Куликов, Л. А. Руяткина, М. Ю. Сорокин, Е. С. Шабанова, М. Н. Балдин, В. М. Грузнов, А. П. Ефименко, Д. В. Петровский, Е. П. Шнайдер, М. П. Мошкин // Физиология человека. - 2011. - Т. 37, № 3. - С. 70-75.

3. Куликов В. Ю., Руяткина Л. А., Сорокин М. Ю., Шабанова Е. С., Балдин М. Н., Грузнов В. М., Ефименко А. П., Петровский Д. В., Шнайдер Е. П., Мошкин М. П. Взаимосвязь между содержанием в выдыхаемом воздухе ацетона и особенностями метаболических нарушений у больных сахарным диабетом первого и второго типов [Электронный ресурс] // Медицина и образование в Сибири: электронный научный журнал. - 2011. - № 1. - Режим доступа: http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=468

3. Витенберг А. Г., Иоффе Б. В. Газовая экстракция в хроматографическом анализе. -Ленинград: Химия, 1982.

© А. О. Малышева, 2015