Oznaczanie wybranych związków powierzchniowo-czynnych ..., Notatki z Techniki analityczne

Pobierz Oznaczanie wybranych związków powierzchniowo-czynnych ... i więcej Notatki w PDF z Techniki analityczne tylko na Docsity!

Materiały do ćwiczenia:

„Oznaczanie wybranych związków

powierzchniowo-czynnych

w różnych elementach środowiska

(wykorzystanie chromatografii jonowej)”

Politechnika Gdańska

Wydział Chemiczny

Katedra Chemii Analitycznej

Gdańsk, 2011

Katedra Chemii Analitycznej

1. Definicja Związki powierzchniowo-czynne (ZPC), inaczej określane jako surfaktanty (ang. Surface Active Agents , SAA) - to substancje o specyficznej budowie, których obecność prowadzi do spadku napięcia powierzchniowego i/lub międzyfazowego różnych mediów. 2. Budowa cząsteczki Cząsteczki surfaktantów posiadają specyficzną budowę chemiczną (Rysunek 1). Wyróżnić można części o charakterze polarnym/hydrofilowym (reszta kwasowa lub zasadowa) oraz niepolarnym/hydrofobowym (proste, rozgałęzione lub aromatyczne węglowodory). **Rysunek 1. Schematyczne przedstawienie budowy związku powierzchniowo-czynnego

3. Klasyfikacja** Dokonując klasyfikacji surfaktantów można wziąć pod uwagę różne parametry:  pochodzenie surowca do ich produkcji (ze źródeł nie- i odnawialnych);  wpływ na środowisko (chemio-, bio-, trudno- i niedegradowalne);  możliwe zakresy zastosowań (jako środki zwilżające, dyspergujące, pieniące, piorące, anty- i emulgatory, solubilizatory);  budowa chemiczna (Tabela 1). Budowa chemiczna stosowanych surfaktantów w dużym stopniu determinuje ich wpływ na poszczególne elementy środowiska nieożywionego i bioty, a także na konieczność wykorzystania różnych procedur analitycznych na poszczególnych etapach ich oznaczania w odpowiednich próbkach środowiska. Stąd najczęściej stosuje się klasyfikację substancji z grupy ZPC ze względu na budowę chemiczną. Tabela 1. Klasyfikacja związków należących do grupy surfaktantów (ze względu na budowę chemiczną) Typy surfaktantów Nazwa grupy funkcyjnej Wzór sumaryczny karboksylowa CnH2n+1COO- siarczanowa CnH2n+1OSO 3 - sulfonowa CnH2n+1SO 3 - Anionowe (anionowa część hydrofilowa) fosforanowa CnH2n+1OPO(OH)O- Kationowe IV-rzędowa gr. amoniowa R 1 R 2 R 3 R 4 N+ (kationowa część hydrofilowa) (^) pirydyniowa [NC 5 H 5 ]+ aminokarboksylowa RN+-CH 2 - CH 2 - COO- betainowa R-N+(CH 3 ) 2 - CH-COO- JONOWE Amfoteryczne (grupa hydrofilowa o charakterze zarówno anionowym i kationowym) (^) sulfobetainowa R-N+(CH 3 ) 2 - CH 2 - SO 3 - alkilofenolowa R-C 6 H 4 - OH NIEJONOWE (niejonowa część hydrofilowa) alkilofenolowa polietoksylowana R-C 6 H 4 (OCH 2 CH 2 )nOH Część polarna Część niepolarna

ulegają w środowisku przemianom fizycznym i chemicznym (parowanie, adsorpcja, mokra depozycja, hydroliza, fotoliza, biodegradacja). Właściwości fizyko-chemiczne związków chemicznych należących do grupy surfaktantów powodują ich zwiększoną mobilności i swobodny obieg w środowisku (Rysunek 2 ). Ponadto surfaktanty obecne w różnych składnikach środowiska przez lipofilowy (hydrofobowy) charakter łatwo ulegają akumulacji w organizmach żywych (biokoncentracja), co jest niezwykle groźnym zjawiskiem. Rysunek 2. Schematyczny obieg surfaktantów w środowisku

7. ANALITYKA SURFAKTANTÓW W PRÓBKACH ŚRODOWISKOWYCH 7.1. Problemy związane z oznaczaniem surfaktantów Wykorzystywanie związków z grupy surfaktantów w bardzo szerokim zakresie życia codziennego i w przemyśle powoduje konieczność oceny, w jakim stopniu te substancje (bądź produkty ich degradacji) przenikają do różnych elementów środowiska. Zatem oznaczanie zawartości surfaktantów w próbkach środowiskowych jest bardzo istotnym zagadnieniem analitycznym. Wiąże się to z wieloma problemami, które obecnie są rozwiązywanie z wykorzystywaniem różnych technik analitycznych (Tabela 3). Tabela 3. Główne problemy i ich możliwości rozwiązania w analizach zawartości surfaktantów w próbkach środowiskowych Główne problemy Sposoby rozwiązania problemów (na etapie przygotowania próbek) Złożony skład próbek Niskie poziomy zawartości poszczególnych analitów Stosowanie technik izolacji i/lub wzbogacania analitów pozwala na:  eliminację substancji przeszkadzających,  zwiększenie poziomu stężeń oznaczanych związków Zróżnicowana budowa chemiczna Przygotowanie odpowiednich ekstraktów rozpuszczalnikowych pozwala na rozdzielenie analitów na poszczególne podgrupy Amfifilowy charakter analitów Dodanie wzorca wewnętrznego do próbek przed izolacją analitów pozwala ocenić straty oznaczanych związków po zastosowaniu określonej technik ekstrakcyjnych OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW OCZYSZCZONA WODA OSAD ŚCIEKOWY POWIETRZE R Biodegradacjaozcieńczenie Biodegradacja Sorpcja WODY GRUNTOWE GLEBY WODY POWIERZCHNIOWE PRODUKCJA ZASTOSOWANIE^ oraz WODA PITNA Wymywanie OSADY DENNE Rozpuszczanie/Sedymentacja ROŚLINY Biodegradacja Fotodegradacja Hydroliza Adsorpcja Desorpcja ORGANIZMY ŻYWE Bioakumulacja Biokoncentracja Bioakumulacja Biokoncentracja ŚCIEKI Parowanie Depozycja atmosferyczna Depozycja atmosferyczna Parowanie

7.2. Metodyki analityczne Obecnie w badaniach ukierunkowanych na identyfikację i ilościowe oznaczanie surfaktantów w próbkach środowiskowych stosuje się różnorodne techniki analityczne (Tabela 4 ciemnym kolorem oznaczono informacje dotyczące zarówno próbek stałych jak i ciekłych). Procedury analityczne służące do oznaczania związków powierzchniowo-czynnych w próbkach środowiskowych można podzielić na dwie grupy: grupa 1: oznaczanie sumarycznej zawartości surfaktantów z danej grupy (kationowe, anionowe, niejonowe); grupa 2: oznaczanie pojedynczych wybranych analitów należących do różnych klas związków chemicznych. Tabela 4. Techniki analityczne stosowane w oznaczaniu związków powierzchniowo-czynnych w próbkach środowiskowych Techniki stosowana do oznaczania surfaktantów na etapie: Oznaczane surfaktanty Typ próbki Przykład próbki pobierania i przygotowania próbek izolacji i/lub wzbogacania oznaczania ilościowego i jakościowego K A N spektrofotometria (^)    miareczkowanie potencjometryczne ^ ^

elektroforeza kapilarna -^ ^ - tensammetria - (^)   1 grupa Próbki ciekłe *opady i osady atmosferyczne *wody powierzchniowe *wody gruntowe *ścieki *dodanie biocydu (np. 1 % formaldehyd) *przechowywania w obniżonej temperaturze i bez dostępu światła *ekstrakcja ciecz – ciecz *ekstrakcja do fazy stałej *mikroekstrakcja do fazy stałej chromatografia gazowa

• (^)   Próbki stałe *gleba *osady denne *osady ściekowe *suszenie *przechowywania w obniżonej temperaturze i bez dostępu światła *ekstrakcja ciało stałe – ciecz *ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika w aparacie Soxhleta

• przyspieszona ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika *ekstrakcja za pomocą płynu w stanie nadkrytycznym *ekstrakcja do fazy stałej (do oczyszczania ekstraktów) wysokosprawna chromatografia cieczowa    2 grupa K – kationowe surfaktanty, A – anionowe surfaktanty, N – niejonowe surfaktanty 7.3. Informacja o zawartości surfaktantów w próbkach środowiskowych W literaturze dostępne są informacje potwierdzające obecności różnego typu surfaktantów w próbkach środowiskowych (Tabela 5).