Анализ существующих методов определения поверхностно-активных веществ

В предыдущих параграфах показано негативное влияние СМС на окружающую среду и организм человека. В связи с этим существует проблема очистки сточных вод от содержащихся в них поверхностноактивных веществ. Одним из методов является обработка воды коагулянтами - солями алюминия и железа. Для очистки растворов от неионных ПАВ предложена их сорбция на катионите КБ-2-12П (сополимере метилового эфира акриловой кислоты и дивинилбензола, содержащем карбоксильные группы) в присутствии солей Cu(II), Ni(II), Zn(II). Другим и наиболее приемлемым в экологическом аспекте методом очистки сточных вод от ПАВ является микробиологический (бактерии рода Psudomonas и Pseudomonas putida), причем возможна утилизация соединений как ионного, так и неионного типа [62].

Добиться 100%-ной очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ практически невозможно. Существующие на данный момент исследования, например [71], свидетельствуют об экологической опасности попадания ПАБ в водоемы и водотоки. Единственным эффективным способом борьбы с загрязнением воды поверхностно-активными веществами является исключение попадания их в водоемы. Для этого необходимо значительно снизить концентрации используемых СМС, и обеспечить употребление лишь того количества моющих средств, которое будет полностью задействовано в процесс стирки. Определить нормы расхода СМС можно проверяя остаток их компонентов на текстильных изделиях. Однако многие методики из имеющихся в распоряжении химиков-аналитиков достаточно трудоемки и требуют дорогостоящего оборудования, либо недостаточно точны и экспрессны [62].

Определение неионных ПАВ затруднено в силу их строения и как следствие, низкой реакционной способности. В частности, неионные ПАВ не участвуют в реакциях ионного обмена и не образуют ассоциатов с катионными и анионными красителями. Кроме того, они, как правило, не имеют точно определенной молекулярной массы, что еще более усложняет задачу нахождения их количественного содержания. Все это указывает на то, что число методов, пригодных для определения содержания неионных ПАВ на уровне предельно-допустимой концентрации (ПДК), которая составляет 0,5-5 мг/дм3 в зависимости от объекта исследования, крайне ограничено. Такое утверждение не противоречит исследованиям автора [62]. Кроме того, считается, что для определения содержания поверхностно-активных веществ (анионных, катионных, неионных) пригодны все группы методов анализа - химические, физические, физико-химические. Применение того, или иного метода оправдано условиями, необходимой точностью результатов определения, имеющейся в распоряжении аппаратуры и реактивов, а также временем, отводимым на проведение одного измерения.

Для определения компонентов СМС используется метод, основанный на измерении величины поверхностного натяжения его

0,5%-го раствора с помощью динамометра и сравнение полученных результатов с поверхностным натяжением воды при 20 °С.

Достаточно простым, экспрессивным и точным методом анализа является индикаторное титрование, которое применяется для определения содержания как ионных, так и неионных ПАВ. Для определения анионных ПАВ применяют двухфазное титрование в системе хлороформ- водный раствор. Титрантами служат водные растворы четвертичных аммониевых солей, а также галогенидов алкилпиридиниев (чаще всего цетилпиридиния). Индикаторы — водные растворы метиленового синего или бромкрезолового зеленого. Индикаторным титрованием возможно определение более 1 мг аПАВ с sr = 0,005-0,009 (объем пробы 6-9 мл). Аналогичным образом определяют содержание катионных ПАВ. Данный метод позволяет определять концентрации неионных поверхностноактивных веществ, их титруют водными растворами тетрафенилбората натрия в присутствии избытка хлорида или нитрата бария до изменения окраски образующегося осадка от розовой к сине-фиолетовой (индикатор конго-красный) [9-А].

Содержание оксиэтилированных алкилфенолов в жидких синтетических моющих средствах определяется их 3-х кратной экстракции в хлороформ из водного раствора в кислой среде. В качестве измеряемого параметра выбран суммарный объем экстракта. Методика пригодна для измерения высоких концентраций нПАВ, относительная погрешность определения не превышает 11 % [62].

Таким образом, химические методы анализа дают возможность определить лишь значительные содержания поверхностно-активных веществ в пробах.

Физических методов определения концентрации детергентов сравнительно немного. Они основаны на изучении спектров данных соединений. Идентификация отдельных групп или смесей анионных и катионных ПАВ может быть осуществлена по ИК-спектрам. Данным эмиссионного или атомно-абсорбционного метода анализа, спектрам ЯМР. Для количественного определения в основном используют спектрофотометрический метод. Неионные ПАВ (в частности, полиоксиэтили- рованные) определяют спектральными методами несколько чаще. Например, ИК-спектроскопия позволяет определить содержание оксипропильных групп (в масс.%) в образцах полиэтиленгликолей [62].

В последнее время появились сообщения о применении хромато- масспектрометрии для определения анионных, катионных и неионных ПАВ. Предварительно проведенная процедура жидкостной экстракции позволяет повысить селективность определения. При помощи данного метода возможно определение катионных ПАВ в пределах от 0,4 до 140 мкмоль/дм3. Содержание анионных ПАВ в образцах поверхностной воды может быть установлено на уровне от 0,01 до 2300 мкг/см3,что ниже предельно-допустимой концентрации аПАВ, которая составляет 0,5 мг/дм3. Возможно определение неионных полиоксиэтилированных ПАВ, а также раздельное определение компонентов смесей аПАВ и нПАВ. Предел обнаружения неионных ПАВ в питьевой воде составляет 0,0002 мкг/дм3, а для неочищенных сточных вод - 0,6 мкг/дм3, что так же меньше ПДК, равной 0,1 мг/дм3. [62]. Для определения следовых количеств этоксили- рованных неионных ПАВ также используется метод высокоэффективной жидкостной хроматографии, предел обнаружения этоксилировнных спиртов (С12-С15) составляет 3 мкг/дм3 для образца воды объемом 4,7 дм3 [4762].

Несмотря на низкую чувствительность по сравнению с вышеописанными методами, для определения поверхностно-активных веществ (особенно ионных) наиболее часто применяются фотометрический, экстракционно-фотометрический и спектрофотометрический методы. Стандартной является методика, основанная на образовании анионными ПАВ ионных ассоциатов с метиленовым синим (МС) в щелочной среде, экстракции их в хлороформ и последующим фото- метрированием экстракта. Диапазон определяемых содержаний составляет 0,1-5,0 мг/л; предел обнаружения 0,05 мг/дм3 (для стандартных растворов ПАВ в дистиллированной воде). Определению аПАВ мешают кПАВ в любых количествах, а также сульфаты, сульфонаты, фенолы, мочевина [62].

Предложена методика, позволяющая проводить одновременное определение катионных и неионных ПАВ в образцах сточных вод. Она основана на образовании смешанных комплексов состава бриллиантовый синий G-нПАВ-ЛС и бриллиантовый синий G-кПАВ-ЛС при спектрофотометрическом титровании в мицеллярной среде. Методика позволяет определять содержание неионных и катионных ПАВ на уровне мкг/мл, с относительной ошибкой, не превышающей в большинстве случаев 5%. Кроме того, стоит отметить простоту эксперимента и возможность регистрации кривых титрования за несколько секунд [62].

Отказаться от использования токсичных растворителей, и, кроме того, значительно снизить диапазон определяемых концентраций позволяет применение предварительной сорбции ассоциатов ионных ПАВ с красителями. При определении анионных ПАВ сорбентами служат силикагель, стекло, поверхность которого модифицирована триметилсиланом, а также хроматографические колонки, наполненные пористым политетрафторэтиленом. Пределы обнаружения составляют соответственно 0,05 ppm, 0,071 мкмоль/дм3 и 2 мкг/л, что на несколько порядков ниже, чем в обычном экстракционно-фотометрическом методе [62].

Указанные сорбенты пригодны для количественного извлечения ПАВ и последующего их спектроскопического определения непосредственно в матрице сорбента. Абсолютный предел обнаружения кПАВ составляет 2-3 мкг. Неионные ПАВ ввиду меньшей полярности данным способом определить невозможно.

Для определения ПАВ применяется и проточно-инжекторный спектрофотометрический метод, который основан на образовании ионных ассоциатов алкилсульфатов и сульфонатов с катионными красителями (бриллиантовым зеленым, малахитовым зеленым, метиленовым синим) и измерении оптической плотности при длинах волн 590-665 нм.

Метод полярографии не дает возможности достигнуть столь высокой чувствительности, как проточно-инжекторный, однако позволяет определить содержание индивидуальных ПАВ всех классов, а так же компонентов смесей. Установлено, что поверхностно-активные вещества образуют четкие пики адсорбции-десорбции, потенциалы которых зависят от природы изучаемого соединения. В области сравнительно небольших концентраций ПАВ (2-20 мг/л) наблюдается линейная зависимость величины тока от концентрации ПАВ. Минимально определяемая концентрация составляет 1,5 мг/дм3 для определения ОП-7 и ОП-Ю, 0,5 мг/дм3 для ПЭГ-3000, 2,0 мг/дм3 для JICNa. Относительное стандартное отклонение не превышает 0,09.

Представляет интерес косвенное вольтамперометрическое определение суммарного содержания ПАВ в воде. Показано, что присутствующие в небольших количествах ПАВ [JICNa - выше 25 мг/дм3, неонол - 0,05 мг/дм3 для Zn(II) и 0,15 мг/дм3 для Cd(II)] оказывают значительное влияние на высоту анодных пиков Zn(II), Cd(II) и Си (II). Степень ингибирования поверхности амальгамного электрода при этом пропорциональна концентрации ПАВ, что позволяет определять нПАВ (в пересчете на неонол) в интервале (0,1-5,0) мг/дм3. Относительная погрешность при концентрации ПАВ 0,1 мг/дм3 составляет 25 %.

Надежность, простота, доступность потенциометрического метода с применением ионселективных электродов позволяет использовать его для определения ПАВ, как ионных, так и оксиэтилированных неионных. Применение ионселективных электродов дает возможность количественно установить содержание ПАВ на уровне 10'5-10'6 моль/дм3 с погрешностью, не превышающей 5-10% [62].

Достоинствами потенциометрического метода являются точность, экспрессность, высокая чувствительность (1-2 мг/л), а так же возможность раздельного определения компонентов смесей ПАВ, в том числе и одного класса. Таких результатов удалось добиться использованием разнообразных ионселективных электродов (ИСЭ) (твердоконтактных, миниатюрных, пленочных).

Определение содержания ПАВ проводят чаще всего путем потенциометрического осадительного титрования. Титрантами при определении анионных ПАВ служат водные растворы катионных ПАВ (хлорида цетилпиридиния); катионных и неионных - тетрафенилбората натрия. Неионные ПАВ титруют в присутствии солей бария, обычно Ba(N03)2. Интервал определяемых концентраций составляет 10"2-10'5 моль/дм3 [62].

Методика определения содержания поверхностно-активных веществ в порошкообразных моющих средствах устанавливается ГОСТ 22567.6-87 Средства моющие синтетические. Метод определения массовой доли поверхностно-активных веществ [37].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >