2012-02-15

Ćwiczenie laboratoryjne

Ćwiczenie laboratoryjne Analiza Chemiczna Zanieczyszczeń Środowiska

I rok II stopień OŚ

Analiza spektroskopowa naturalnych i antropogenicznych zanieczyszczeń atmosfery - dr Alina T. Dubis

Zanieczyszczenia powietrza pochodzą z dwóch źródeł: naturalnych i antropogenicznych.

Źródłem zanieczyszczeń naturalnych są głównie pożary lasów i wybuchów wulkanów.

Zanieczyszczenia antropogeniczne - spowodowane przez działalność ludzi - pochodzą z:

• dymów z kominów domów i fabryk,

• spalin samochodowych,

• rolnictwa,

• spalania węgla, ropy i gazów w elektrociepłowniach.

Najgroźniejsze zanieczyszczenia, które wpływają niekorzystnie na atmosferę ziemską to dwutlenek węgla (CO₂), metan (CH₄) i tlenki azotu (np. N₂O).

Również tlenki azotu (NOx), dwutlenek siarki (SO2), tlenek węgła (CO) oraz wiele różnych węglowodorów (tzw. lotne związki organiczne) dostających się one do atmosfery głównie przez spalanie paliw kopalnianych i spaliny samochodowe, są poważnym zagrożeniem dla istot żywych.

Zanieczyszczenia gazowe mogą wchodzić w reakcje chemiczne i wówczas mogą utworzyć się zanieczyszczenia wtórne oraz smog. Ruch samochodowy w mieście dostarcza również wiele zanieczyszczeń powietrza o znaczeniu zarówno regionalnym, jak też globalnym
Obok gazów aerozole są drugim zasadniczym źródłem zanieczyszczeń powietrza. Są to maleńkie cząstki różnych substancji w stanie ciekłym lub stałym unoszące się w powietrzu. Aerozole o najmniejszych średnicach stanowią duże zagrożenie dla ludzi. Do atmosfery dostają się w ten sam sposób co gazy.
Innym zanieczyszczeniem jest dym tytoniowy, środki chemiczne, kosmetyki lub klejenie modeli samolotów. Palenie papierosów, fajki czy cygar dostarcza do powietrza dym będący mieszanką ponad 4000 składników, z których ponad 40 jest znane jako substancje rakotwórcze.

Tabela 1. Zanieczyszczenia naturalne i antropogeniczne

Typ zanieczyszczenia	Wpływ na zdrowie człowieka	Typ zanieczyszczenia	Wpływ na zdrowie człowieka
Ditlenek azotu	Kaszel, katar, zaburzenia w oddychaniu, uszkodzenie płuc i oskrzeli.	Ditlenek siarki	Podrażnienie błon śluzowych, stany zapalne dróg oddechowych, zapalenie oskrzeli, duszność
Tlenek węgla	Zablokowanie transportu tlenu do komórek, zablokowanie niektórych układów enzymatycznych, zaburzenia układu nerwowego.	Ditlenek węgla	zakłócenia rytmu i głębokości oddechu, złe samopoczucie, bóle zawroty głowy, nadciśnienie.
Amoniak	Miejscowe objawy podrażnienia błon śluzowych oczu, nosa i gardła, bóle głowy, wymioty, nudności, pieczenie za mostkiem, zapalenie tchawicy, kaszel z podrażnienia, duszność, przy wysokich stężeniach - oparzenie chemiczne.	Ozon	Uszkodzenie błon komórkowych wskutek tworzenia nadtlenku wodoru i krótkołańcuchowych aldehydów; blokowanie aktywność niektórych enzymów i zmniejszenie efektywność oddychania komórkowego, uczucie zmęczenia, bóle głowy, przy długotrwałym narażeniu dochodzić może do zwłóknienia tkanki płucnej
Lotne zanieczyszczenia organiczne	Częste bóle i zawroty głowy (formaldehyd, tetrachloroetylen, polichlorowane bifenyle, nikotyna i jej pochodne), uczucie permanentnego zmęczenia i senności (tetrachloroetylen, chlorek winylu), podrażnienie błon śluzowych oczu, gardła, dróg oddechowych (formaldehyd, chlorek winylu, akroleina, aldehyd octowy, benzen), nadmierne pocenie się (tetrachloroetylen), uszkodzenie wątroby, nerek (tetrachloroetylen, polichlorowane bifenyle), układu nerwowego (benzen, toluen, styren, czterochlorek węgla), układu krwionośnego i limfatycznego (benzen, styren). Niektóre z lotnych związków organicznych (benzen, czterochlorek węgla, styren, tetrachloroetylen, p-dichlorobenzen, chlorek winylu, polichlorowane bifenyle, chloroform, naftaleny, fenol) mają udowodnione właściwości kancerogenne, teratogenne	Środowiskowy dym tytoniowy	Infekcje oddechowe, kaszel, trudności z oddychaniem zwłaszcza u dzieci, upośledzenie wzrostu płuc u dzieci, podrażnienie błon śluzowych, rak płuc.
Farby i emalie	pentan, heptan, oktan, nonan, dekan, undekan, metylocykloheksan, etylobenzen, toluen, o-, m-, p-ksylen, metylopropanol, octan metylu, octan dimetylu, octan butylu , formaldehyd, aceton, metylobutanon, pinen, karen.	Lakiery	etylobenzen, toluen, o,m,p,-ksylen, propylobenzen, metyloetylobenzen, trimetylobenzen, formaldehyd, aceton, izobutyloketon, 2-butanon.
Wykładziny podłogowe	izopropanol, butanol, fenol, glikol propylenowy, formaldehyd, cykloheksanon	Płyty styropianowe	toluen, etylobenzen, styren, octan etylu,
Tapety	formaldehyd, aceton, 2-butanon, toluen	Kleje	benzen, toluen, trimetylobenzen, octan metylu, octan etylu, octan winylu, ftalan dibutylu, formaldehyd, aceton, 2-butanon,

Monitoring i kontrola poziomu zanieczyszczeń powietrza

Badania jakości powietrza wewnętrznego prowadzone są z różną intensywnością na całym świecie. Oprócz standardowych badań wykorzystujących znane i sprawdzone metody analityczne do oznaczania zanieczyszczeń powietrza wewnętrznego stale prowadzone są prace nad doskonaleniem istniejących już technik i metodyk umożliwiających oznaczanie związków występujących w powietrzu wewnętrznym na coraz niższych poziomach stężeń.

Można wyróżnić dwie podstawowe grupy technik i metodyk analitycznych, wykorzystywanych w badaniach powietrza wewnętrznego:

- metodyki umożliwiające uzyskanie informacji analitycznej w miejscu pomiaru (in-situ),

- metodyki wymagające transportu próbki gazowej bądź też koncentratu analitów (próbki o odpowiednim stopniu wzbogacenia analitów) do laboratorium, gdzie prowadzone są dalsze prace prowadzące do uzyskania informacji analitycznej.

Ze względu na niskie, a często nawet i bardzo niskie, stężenia większości analitów obecnych w powietrzu wewnętrznym konieczne jest wykorzystanie odpowiednich procedur umożliwiających przeprowadzenie wzbogacania analitów na etapie pobierania próbek.

Ćwiczenie : Analiza spektroskopowa w podczerwieni węglowodorów aromatycznych -toluenu, ksylenów i styrenu

1. Rejestracja widma w podczerwieni.

Spektrometr w podczerwieni z transformacją Fouriera jest przyrządem jednowiązkowym. Przed pomiarem próbki należy zarejestrować widmo tła - czyli widmo natężenia promieniowania przechodzącego przez kuwetę porównawczą. Spektrometr rejestruje interferogram i wykonuje transformację Fouriera dając tło. Następnie w takich samych warunkach zarejestrować widma ciekłych próbki.

2. Analiza widm w podczerwieni

W oparciu o tabele korelacyjne dokonać interpretacji charakterystycznych pasm absorpcyjnych toluenu, ksylenów i styrenu.

Jakie obszary w widmie w podczerwieni są charakterystyczne dla węglowodorów aromatycznych?

Jakie pasma absorpcyjne pozwalają odróżnić węglowodory aromatyczne od węglowodorów alifatycznych?

3. Sprawozdanie

• Tytuł

• Cel ćwiczenia.

• Metodyka i aparatura

• Badane próbki

• Rezultaty pomiarowe każdej z próbek przedstaw w tabeli:

Liczba falowa [cm^-1]	Opis pasma	Przypisanie

• Analiza widm w podczerwieni badanych próbek wg punktu 2

• Wnioski: jakie informacje na temat składu próbek można uzyskać stosując spektroskopię absorpcyjną w podczerwieni?
  

4. Tabela częstości grupowych węglowodorów alifatycznych

Liczba falowa [cm^-1]	Opis drgania
2960	Rozciągające asymetryczne C-H w grupie CH3
2930	Rozciągające asymetryczne C-H w grupie CH2
2870	Rozciągające symetryczne C-H w grupie CH3
2850	Rozciągające asymetryczne C-H w grupie CH2
1470	Zginające asymetryczne CH3
1465	Nożycowe CH2
1380	Zginające symetryczne CH3
1305	Wahadłowe CH2
1300	Skręcające CH2
720	Kołyszące CH2

5. Tabela częstości grupowych węglowodorów aromatycznych

Liczba falowa [cm^-1]	Opis drgania
3100-3000	Rozciągające C-H
2000-1700	Nadtony i pasma kombinacyjne
1600-1430	Rozciągające C=C
1275-1000	Deformacyjne w płaszczyźnie C-H
900-690	Deformacyjne poza płaszczyźną C-H

 

---