Mgr Patrycja Fastyn Wydział Chemii uw



Pobieranie 14.73 Kb.
Data09.05.2016
Rozmiar14.73 Kb.
mgr Patrycja Fastyn

Wydział Chemii UW

Pracownia Radiochemii
Autoreferat rozprawy doktorskiej
„Badanie wpływu pary wodnej na warunki oznaczania lotnych związków organicznych w powietrzu”
Promotor pracy: prof. dr hab. Jan Niedzielski
Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego, należące do grupy bardzo lotnych i lotnych związków organicznych, stanowią ważną grupę analitów. Każdego roku powiększa się lista związków o udowodnionym lub potencjalnie negatywnym wpływie na ekosystem, i co się
z tym wiąże, na wszelkie organizmy żywe. Ocena skali zagrażania wymaga rzetelnych informacji na temat stężeń określonych grup związków w atmosferze.

W praktyce analitycznej do oznaczania lotnych związków organicznych stosuje się metody chromatograficzne połączone z technikami wyodrębniania i wzbogacania analitu na adsorbentach stałych. By wzbogacenie miało charakter ilościowy, niezbędne jest określenie objętości przebicia danego sorbenta. Dane literaturowe dotyczące objętości przebicia przez poszczególne typy sorbentów nie są pełne. Objętości przebicia, często wyznaczane przy użyciu pośrednich metod pomiaru, nie uwzględniają istotnych czynników mających wpływ


na zjawisko adsorpcji np. wilgotności względnej.

Wiele zalecanych i popularnie stosowanych metod (np. EPA TO-17) nie uwzględnia specyficznych cech niektórych grup adsorbentów m.in. zdolności adsorpcji pary wodnej.

Może prowadzić to do strat analitu i błędnych wyników.

Celem tej pracy było zbadanie adsorpcji pary wodnej przez adsorbenty należące do grupy węglowych sit molekularnych oraz zbadanie wpływu pary wodnej na adsorpcję lotnych związków organicznych w celu określenia przydatności tych adsorbentów do wzbogacania związków. Otrzymane wyniki pozwoliły przystosować znane i popularnie stosowane metody pobierania i analizy prób powietrza do analizy ilościowej lotnych związków organicznych.


Pierwszym etapem pracy było wyznaczenie wartości progowych wilgotności względnej wybranych sorbentów węglowych. W ten sposób zbadano cztery sorbenty z grupy węglowych sit molekularnych (Carboxen 1002, Carboxen 1003, Carboxen 1012, Anasorb CMS) oraz jeden z grupy węgli grafityzowanych (Carbopack X). Pozwoliło to na uzupełnienie wyników otrzymanych w naszej pracowni we wcześniejszych latach. Z analitycznego punktu widzenia, znajomość wartości progowej wilgotności względnej danego sorbenta jest istotna. Umożliwia obliczenie temperatury do jakiej należy podnieść pułapkę z sorbentem by zapobiec adsorpcji pary wodnej. Pozwala też na oszacowanie masy wody jaką zaadsorbuje dany sorbent
z określonej objętości powietrza.

Kolejną wielkością charakteryzującą właściwości danego sorbenta jest pojemność sorpcyjna w stosunku do wody. W tej serii doświadczeń zbadano jedenaście sorbentów należących do węglowych sit molekularnych (Carboxeny 569, 1000, 1001, 1002, 1003, 1012, C1, C2, C3, Anasorb CMS, Carbosieve SIII) oraz trzy węgle grafityzowane (Carbopack X, Carbopack Y, Carbograph 5TD). Zebrane informacje dotyczące pojemności sorpcyjnej w stosunku do wody oraz wartości progowej wilgotności względnej pozwalają dokonać wyboru odpowiedniego adsorbenta w zależności od warunków pobierania próby, tak aby uniknąć dużej adsorpcji pary wodnej. Co więcej, wyniki ukazują wyraźną korelację miedzy objętością mikroporów obecnych na powierzchni węglowych sit molekularnych a masą zaadsorbowanej w nich wody, co pozwala przypuszczać, że adsorpcja pary wodnej w tym przypadku przebiega zgodnie z mechanizmem objętościowego wypełniania mikroporów.

Ważnym etapem pracy było sprawdzenie wpływu masy węglowych sit molekularnych

w złożu na masę zaadsorbowanej wody oraz zbadanie rozkładu masy wody wzdłuż złoża adsorbenta w zależności od objętości przepuszczonego wilgotnego gazu. W trakcie pierwszej części eksperymentów zbadano siedem adsorbentów, wyselekcjonowanych na podstawie wcześniejszych badań. Były to Carboxeny 1000, 1002, 1003, C1, C2, C3 oraz Anasorb CMS. W badaniach rozkładu masy wody w złożu skupiono się na dwóch adsorbentach Carboxenie 569 i Carboxenie 1000. Otrzymane wyniki pozwoliły jednoznacznie stwierdzić, że wbrew wcześniejszym doniesieniom literaturowym oraz oficjalnie zalecanym metodom, nie ma znacznej zależności między masą zaadsorbowanej wody a masą adsorbenta w pułapce


w przypadku, gdy złoże znajduje się w stanie dalekim od wysycenia. Złoże nasyca się stopniowo, nie ma więc potrzeby limitowania jego masy. Zwiększenie masy adsorbenta

w pułapce jest wręcz korzystne. Pozwala na pobieranie prób o większej objętości,


bez konieczności zwiększania objętości suchego gazu użytego do przedmuchu i bez obawy
o straty analitów adsorbujących się najsłabiej. Co więcej, wzrost masy adsorbenta zabezpiecza przed tego typu stratami, a większa objętość próby ma korzystny wpływ na granice oznaczalności, powodując ich obniżenie.

Znajomość objętości przebicia oznaczanych związków w zależności od różnych czynników pozwala na oszacowanie bezpiecznej objętości pobieranej próby danego związku w danych warunkach. W trakcie badań sprawdzono zależność objętości przebicia od masy adsorbenta


w złożu (badano Carboxen 1000) oraz zbadano wpływ wilgotności względnej pobieranego gazu na objętości przebicia lotnych związków organicznych (badano Carboxen 1000, Carbopack X i Carbograph 5TD). Stwierdzono, że zarówno masa sorbenta jak i wilgotność względna pobieranego gazu mają wpływ na objętości przebicia. Wraz ze wzrostem wilgotności względnej pobieranego gazu, zmniejszają się objętości przebicia lotnych związków organicznych przez złoża zbudowane z węglowych sit molekularnych. Wyznaczone wydajności adsorpcji propanu i izobutanu na Carboxenie 1000 klarownie ukazują mechanizm adsorpcji pary wodnej na powierzchni tego sorbenta. Cząsteczki wody kondensują w mikroporach, wypełniając je objętościowo i blokując w ten sposób powierzchnię sorbenta zdolną do zaadsorbowania analitu, co powoduje spadek wydajności adsorpcji wraz ze wzrostem objętości pobieranej próby. Otrzymane wyniki pozwoliły
na wyznaczenie parametru zwanego współczynnikiem wypełnienia mikroporów, tłumaczącego w bardzo przejrzysty sposób pogarszanie się zdolności adsorpcyjnych węglowych sit molekularnych oraz pozwalającego przewidywać po pobraniu jakiej objętości próby może wystąpić pogorszenie zdolności sorpcyjnej złoża.
Współczynnik wypełnienia mikroporów
mads – masa adsorbenta, g

V(H2O) – objętość mikroporów wypełniona przez wodę, cm3

V0całkowita objętość mikroporów, cm3/g

m(H2O) – masa zaadsorbowanej wody, g

m0(H2O) – pojemność sorpcyjna, g/g
Otrzymane w opisanych powyżej badaniach wyniki pozwoliły na ostateczny wybór adsorbentów do prób środowiskowych. Do budowy dwuwarstwowych próbników zastosowano Carbotrap 5TD oraz Carboxen 1000. Po wyznaczeniu bezpiecznej objętości próby wynoszącej 0,5l wykonano 17 serii pomiarów w ramach badań prób powietrza miejskiego. Opracowana metoda pozwala na wyznaczeni stężeń związków takich jak etan, etylen, propan, propylen, izobutan, n-butan, trans-2-buten, 1-buten, 2,2-dimetylopropan, izobutylen, cis-2-butan, izopentan, oraz n-pentan wchodzących w skład gazów wydechowych silników spalinowych na poziomie g/m3. Otrzymane wyniki wykazują zadawalającą zgodność z wynikami literaturowymi co pozwala stwierdzić, że metoda znajduje zastosowanie w wyznaczeniu stężenia zanieczyszczeń komunikacyjnych.

Wyniki uzyskane w ramach przygotowania doktoratu zostały opublikowane


w międzynarodowych czasopismach analitycznych Journal of Chromato-graphy A
i The Analyst.


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna