ANALÍTIKAI KÉMIA

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN

RMKAK1KTNB

• Előadás ideje: páratlan hét, kedd 940-1110 , (D.1.EA.I)Kredit: 2, aláíráspotló vizsga (írásbeli, teszt)

• Előadás óraszám: 1/hét• Gyakorlat óraszám: 1/hét• Konzultáció: Kedd 13-15 óra, 255. szoba• Jegy: 50 % elmélet (Zh), 50% laboratórium

(Zh + mérések jegyzőkönyvei)

Előadások

• Analitikai kémia tárgya felosztása, mintavétel, minta-előkészítés

• Mérések pontossága, klasszikus eljárások (titrálás, gravimetria), elektrokémia (potenciometria, culometria, konduktometria),

• Atomi spektroszkópia (atomabszorpció, lángfotometria, ICP, röntgen gerjesztés), molekula spektroszkópia (UV-VIS, IR),

• Kromatográfia (GC, HPLC, GC/MS, elektroforézis)

• Zárthelyi• Pótzárthelyi

Jegyzet

Kőmives József, Környezeti Analitika (BME, 2000)

W. Kleiböhmer Ed., Environmental Analysis (Elsevier, 2001, ISBN 0444-50021-9)

R. Reeve, Introduction to Environmental Analysis (Wiley, 2003, ISBN 0-471-49295-7)

J.R. Dean, Methods for Environmental Trace Analysis (Wiley, 2003, ISBN 0-470-84421-3)

Előadási kivonatok, power point válogatás (intézet honlapja)

Analitikai kémia

• Az analitikai kémia az anyagok minőségi és mennyiségi elemzésének módszereit, és az eredmények megbízhatóságát tárgyalja.

• Környezetvédelemben csak a validált, mennyiségi elemzéseknek van teljes (jogi) értéke.

Mérendő komponensek kiválasztásának szempontjai

•Mérendő közeg és környezete (talaj-szennyvíz, ivóvíz bázis-hulladéklerakó, iszap-víz)

•Komponensek mérgező hatása (Dioxinok, fenolok, ionos detergensek, DDT )

•Komponensek előfordulása és koncentrációja (Fe, naftalin-szulfonátok, bezafibrát, cián)

•Komponensek mérhetősége (metabolitok, Na-szulfonátok)

•Kompromisszum a különböző szempontok között (16 PAH, 7 PCB, lindán - igen) (2-metilkrizén, glükuronidadduktok - nem)

Környezetvédelmi analitika felosztása/A

Rendszeres monitorozó

mérések

Mérések gyakorisága és

köre változó törvénytől és

megállapodástól függően(NO2, NO3, keménység,

vezetőképesség, BOI, PCB)

Eseti meghatározások• Felmérések• Helyi sajátságok • Balesetek (CN, nem-ionos detergensek,

KOI konzervgyárnál, TPH)

Környezetvédelmi analitika felosztása/B

Komponensek elkülönült

mérése(Fe, Cr3+, Cr6+, Ca, NH3, NO2,

NO3, atrazine, Silvex, DDT,

benz[a]pirén)

Csoportok mérése(TOC, TPH, PAH, ANA, KOI

összes nitrogén, összes Cr)

Környezetvédelmi analitika felosztása/C

Helyszíni mérések

Nem-stabilizálható mutatók

Félkvantitatív gyorstesztek(UV, csík-tesztek, pH,

Hőmérséklet, oldott oxigén)

Laboratóriumi mérésekValidált nagy pontosságúmérések (GC/MS, HPLC, BOI, KOI,

klorofill-α)

Kísérő standard, hűtött szállítás rendszerint szükséges

Környezetvédelmi analitika felosztása/D

Makro komponensek

meghatározása(KOI, NO3, pH)

Nyomelemekmeghatározása (Hg, Pb, PAH, DDT)

Rendszerint koncentrálás,

mátrixtól megszabadulásés kisérőstandard

szükséges

Nagyságrendek

Környezetvédelmi analitika felosztása/ E

Alkalmazott analízis módszer szerint• Klasszikus analitika (titrálás, szín, zavarósság)

• Elektroanalitika (potenciometria, culometria, eletroforézis)

• Molekula spektroszkópia (UV-VIS, IR, Fl, MS)

• Kromatográfia (GC, HPLC)

• Atom spektroszkópia (AAS, ICP, emissziós spektroszkópia)

• Biológiai teszt (BOI, RIA, ELISA)

Különböző környezeti határértékek természetes vizekben és üledékben

Osztály

Név Egység I II III IV V

KOI-Mn mg O2 /l 5 10 20 50 < 50

KOI-Cr mg O2 /l 10 25 50 125 < 125

NH4-N mgN/l 0.2 0.3 0.6 1.5 > 1.5

NO2-N mgN/l 0.01 0.06 0.12 0.3 > 0.3

NO3-N mgN/l 1 3 6 15 > 15

Ntot mgN/l 1,5 4 8 20 > 20

Pb µg /l <LOD 5 10 25 > 25

Pb mg /kg 35 (kanadai szabvány)

Hg µg /l <LOD 0.1 0.2 0.5 > 0.5

pp'DDT µg/l 0.001 0.01 0.02 0.05 >0.05

Atrazine µg/l 0.02 0.1 0.2 0.5 > 0.5

Benz[a]pirén µg/l 0.005 0.007 0.01 0.05 > 0.05

Analízis folyamata

Mintavétel Minta konzerválás

Minta előkészítés(homogenizálás,koncentrálás, tisztítás, oldószerváltás)

Mérés

Értékelés

Vizsgálandó anyag

Minta

Analitikai minta

Mérés

Mintázás követelményei• Reprezentatív

(jellemző, homogén, lehetőleg kis térfogatú)

• A közeg és keresett komponens szempontjai szerint (szennyvíz, illékonyság, keresztszennyezés)

• Könnyen végrehajtható, de pontos eredményt adó(megfelelő felszerelés, párhuzamos, vak minták)

• Megfelelő időpont, hely (pont-diffúz szennyezők, tél, este, beömlés, limány)

• Ne okozzon kárt, vagy sérülést(mintázás szennyezése, védőfelszerelés)

A rossz mintavételt később nem lehet korrigálni!

Szennyeződési profilok

Mintavétel, homogenizálás, tömeg redukció

Hőerőmű szálló porának kiülepedése

A szennyezés függ :• Elégetett mennyiségtől• Elégetett anyagtól• Égetési technikától• Kémény magasságától• Meteorológiai

viszonyoktól

Szélrózsa Budapesten

Dunai hőerőmű Ni szennyezése

Óvári Mihály Ph.D., 2002, ELTE

Légszennyezés változása napszakkal

Mintázás a szennyezés beömlésénél

Hulladéklerakó monitorozása

Gázminta vevő és tároló eszközök

Aktív adszorpciós mintavevő cső

Levegő szennyezés távmérése

Vízminta vevő

Kézi mintavevők talajra

Iszap mintázók

Minták elkoszolódásának, keresztszennyezésének forrásai

• Edények (szállítás, bemérés)

• Vegyszerek (oldószerek, reagensek)

• Más minta (keresztszennyezések)

• Memória hatások (helyiség, edények)

• Műszerek (előző mérések maradéka, bomlás)

Nélkülözhetetlenek a vak próbák

Minta konzerválás

Van, amit csak a helyszínen lehet mérni (pH, hőmérséklet, zavarosság)

Konzerválás pH beállítással vagy red-ox potenciállal

(szennyvíz, species analízis)

Hűtve szállítás (VOC, klorofill-α)

Megfelelő tároló edény (Fémekre műanyag, szerves vegyületekre üveg)

Minta előkészítés

• Koncentrálás (102-108)

• Tisztítás (mátrixtól való elválasztás)

• Oldószer csere (víz → szerves oldószer)

• Származékképzés (metilezés, denzilezés)

Szinreakciós analízisek

Minta Reagens Mérés (nm)

CrVI 1,5-difenilkarbazid 540

FeII Tiocianát 460

FeIII Pirokatekol 570

Co 4-(2-piridazi)rezorcin 510

Zn 4-(2-piridazi)rezorcin 510

Ni 4-(2-piridazi)rezorcin 510

Cu 4-(2-piridazi)rezorcin 510

Folyadék-folyadék extrakció alapegyenletei

Kd = Corg/Caqu

E = KdV/(1 +KdV)

Ahol Kd a megoszlási állandó

C org komponens koncentrációja vizes fázisbanCaqu komponens koncentrációja szerves fázisban

E extrakciós arány

V fázisarány (org/aqu)

Általában többszöri ismétlés, és a szerves fázis kisebb térfogatú

Folyadék –folyadék extrakció

Egymással nem elegyedő oldószerek (org/aqu) között oszlik meg a vizsgált Komponens(TPH, fenoxisavak, fémek komplex alakban)

pH szerepe(savak-bázisok, fenolok, triazinok)

Folyamatos folyadék-folyadék extraktor

Víznél nehezebb szerves oldószer esetén

Illékony anyagok purge and trap mintázása

Egyensúly eltolásaaz extrahált anyageltávolításával

Szilárd fázisú extrakció (SPE)Lépések: kondicionálás, felvitel, mosás és leoldás.

SPE fajtáiFázis anyagaFordított, (C18, PAH)

Normál (SiOH, TPH)

Imprint (atrazin)

Immuno-szorbens (antibiotikum)

Ioncserés (Al, ClO4)

Membrán (CO2,

FormákOszlop, diszk, SPME, por

Soxlet extraktor

Lassú

Hatékony

Egyszerű

Extrakció szilárd mátrixból

Fázisegyensúly

Diffúzió - konvekció

Nedvesítés

Szemcseméret(Soxlet, ultrahang,

mikrohullám, ASE)

Oldékonyság szerinti kioldás (Speciáció)

Förstner módszerI.kicserélhető

(NH4OAc)

II. karbonátos(HOAc)

III. könnyen redukálható (NH4OCl)

IV.közepesen redukálható(NH4OH)

V.oxidálható frakciót(H2O2/NH4OH)

Nemzetközi módszerA kicserélhető/karbonátos

(H2O)

B könnyen redukálható (2M HCl)

C oxidálható(8M HNO3)

Maradék feloldása: HF + HNO3

Mikrohullámú nagynyomású feltáró edény

Fémekre főleg roncsolás(erős savak)

Szerves mintára extrakció(szerves oldószer, enyhébb hőmérséklet nyomás)

Inhomogén szemcse

Mikrohullámú extraktor

Származékolás célja

• Analízisnek megfelelő formára hozás

(színreakció, polaritás csökkentés)

• Elválasztás mátrixtól(retenció módosítás, könnyebb extrahálás)

Fenoxisavak herbicidek gázkromatogramja metilészter alakban

Szinreakciós analízisek

Minta Reagens Mérés (nm)

CrVI 1,5-difenilkarbazid 540

FeII Tiocianát 460

FeIII Pirokatekol 570

Co 4-(2-piridazi)rezorcin 510

Zn 4-(2-piridazi)rezorcin 510

Ni 4-(2-piridazi)rezorcin 510

Cu 4-(2-piridazi)rezorcin 510

Víz eltávolítása

•Párologtatás hővel, vákuummal•Szárítószer alkalmazása (Na2SO4, Extrelute)•Liofilizálás•Fordított ozmózis

A cél nem csak a koncentrálás és az oldószerváltás, de a vízgőz-desztilláció megakadályozása is lehet (PAH).Egyes méréseket (GC, FL) nem lehet vizes közegből végezni.