Környezeti méréstechnikam
AZ ANALITIKAI MÓDSZER M JELLEMZÕI Egy analitikai módszer m alkalmasságát, ill teljesítőképess pességét jellemző paraméterek: Torzítás s ( val( valódiság ) Pontosság g (reprodukálhat lhatóság) Szelektivitás Érzékenység Sebesség g (v. mintaszám) m) A fentiek alapvető jellemzők, de egyéb b faktorok, mint ár, készk szülék, v. kiképzett személyzet szintén n fontos lehet
Az analitikai módszerek m lépéseil Mintavétel tel Laboratóriumi riumi minta előkész szítésese Kalibrálás és s mérésm Eredmények számítása sa Eredmények értékelése és s megbízhat zhatóságának becslése se
Miért mérünk? m - állapotfelmérés: adott időközönk nként, nt, hogy a változv ltozásokat nyomon tudjunk követni k (Monitorizálás) - szennyezők k kibocsátásának ellenőrz rzése, eloszlás s folyamata és mértéke - van-e e az anyagban a természetre káros k komponens - háttér, regionális vagy lokális lis szennyeződésr sről l van szó Mit mérünk? m - ismert anyagot illetve komponenst - ismeretlen anyagban jól j l ismert anyagot - ismeretlen anyagban ismeretlen komponenst Milyen mintavétel tel szüks kséges? - bolygatott (talaj, víz) v - bolygatatlan (gáz) - pont vagy átlagminta szüks kségessége Milyen a helyszín, pl. levegő,, víz v z? - munkahely (zárt) - lakott terület - folyó vagy tót
Mintavételkor telkor felmerülő problémák A mérési eredmény megbízhatóságát leginkább a mintavétel befolyásolja!!! Rossz mintavételi terv Helytelen mintatárolás Hibás feliratozás Enzimatikus inaktiválás ha enzim bontja az analizálandó komponenst hőkezelés Mikrobiológiai aktivitás mélyfagyasztás (csökkenti az enzimaktivitást) megváltoztatja az összetevők kémiai szerkezetét fagyasztás, szárítás, kémiai tartósítás Ha a mintavétel nem helyes, bármennyire nagy pontosságú és torzításmentes is a módszerünk, az eredmény használhatatlan!
Mit lehet szennyezni?
Térfogatos analízis (titrimetria( titrimetria) Titráláson alapuló analitikai eljárás. Titrálás: HCl + NaOH = H 2 O + NaCl Ismert koncentrációjú mérőoldat reakcióba lép az ismeretlen koncentrációjú minta vizsgálandó komponensével. metilnarancs indikátor HCl minta NaOH mérőoldat A reakció gyors 99%-ban lezajlik Egyértelműen jelezhető 1 csepp NaOH feleslegre átcsapott
Térfogatos analízis (titrimetria( titrimetria) felhasználása sa Víz keménységének (Ca 2+ ; Mg 2+ ) meghatározására összkeménység: Ca2+; Mg 2+ összesmennyisége CaO2- változó keménység: Víz oldott oxigéntartalmának meghatározására (MnSO 4 ) Víz szervesanyag-tartalmának meghatározására - 3 módszer 1. BOI - biológiai oxigén igény 2. KOI - kémiai oxigén igény
Víz TOC (Total Organic Carbon) teljes szerves szén tartalom meghatározása Szerves szén: Összes szén - szervetlen szén 1. Összes szén tartalom meghatározása: A mintát a készülék oxigén áramába juttatják, ott elég (680-900 C), a keletkezett CO 2 -t infravörös detektorral mérik. 2. Szervetlen szén tartalom meghatározása mintát savval elroncsolják, a szerves szén elroncsolódik, a szervetlen szén megmarad.
Műszeres Analitikai módszerek 1. Optikai módszerek 2. Elválasztási technikán alapuló módszerek zabad atomok vegyértékelektronjai is képesek energiát elnyelni Abszorpció (gerjesztett állapot) emisszió Alapállapotba visszakerül
z atomok szerkezete
Műszeres Analitikai módszerek 1. Optikai módszerek zabad atomok vegyértékelektronjai is képesek energiát elnyelni Abszorpció (gerjesztett állapot) emisszió Alapállapotba visszakerül
z elektromágneses spektrum Ibolya: 400-420 nm Gamma sugárzás Indigókék: 420-440 nm Röntgen sugárzás Kék: 440-490 nm Ultraibolya Látható fény Infravörös Zöld: 490-570 nm Sárga: 570-585 nm Mikrohullámok Narancs: 585-620 nm Rádió hullámok Vörös: 620-780 nm
A kémiai k elemek atomjaiban az elektronok jól j l meghatározott energiájú állapotban vannak. Az elektronok csak bizonyos energiaszinteken eken létezhetnek. Egy adott energiaszintről l az elektron csak úgy kerülhet valamelyik magasabb szintre, hogy a különbsk nbségnek megfelelő energiát felveszi fény f (foton) formájában vagy hőátadh tadással. Ez a folyamat a gerjesztés. Az elektronok igyekeznek a lehető legkisebb energiájú szintre kerülni, ezért a gerjesztés s után n az energiaszinteknek megfelelő különbség g kisugárz rzása közben visszakerülnek egy alacsonyabb energiaszintre. A kisugárzott energia foton formájában is távozhat t az atomból. Ha a foton hullámhossza a láthatl tható fény tartomány nyába esik, a szemlélő az adott atomra jellemző színek neket et vesz észre. A fémek f egy részr szének atomjait a láthatl tható fény fotonjai gerjesztik, így az instabil magasabb energiaszintről l visszaérkezve az atomok a láthatl tható fény tartomány nyában sugároznak. Mivel a gerjesztés s nyomán n kisugárzott foton hullámhossza jellemző az adott fémre, f ezért ezt a módszert m kimutatásra (minőségi analízis) is lehet alkalmazni.
Lángfotometria Emmisziós színk nképelemzési módszer, m amely során n a vizsgált anyag gerjesztése se gázlg zlánggal törtt rténik. A gerjesztett anyag (molekula, ion) által kibocsátott fény f hullámhossza az molekula szerkezetével, a kibocsátott fény f intenzitása a molekula koncentráci ciójával arányos.
Lángfotometria
Atomabszorpci abszorpciós spektroszkópia pia elmélete lete vizsgálatokhoz gázfg zfázisú és s szabad (nem molekulárisan kötött) k tt) atomokra van szüks kség. A szabad atomokat elektromágneses sugárz rzással besugározzuk (megvilágítjuk) megvilágító fényből elnyelik azokat a hullámhosszakat, amelyek az adot atom egy-egy elektronátmenet tmenetének nek megfelelő energiájú. NaCl NaCl NaCl NaCl Na + Cl folyadék nedv. aeroszol szárazaeroszol ( aq) ( aq) ( s) ( g ) ( g ) (
Azért nem mindegy
Atomspektroszkópia pia elmélete lete (abszorpció) vizsgálatokhoz gázfg zfázisú és s szabad (nem molekulárisan kötött) k tt) atomokra van szüks kség. A szabad atomokat elektromágneses sugárz rzással besugározzuk (megvilágítjuk) megvilágító fényből elnyelik azokat a hullámhosszakat, amelyek az adot atom egy-egy elektronátmenet tmenetének nek megfelelő energiájú. NaCl NaCl NaCl NaCl Na + Cl folyadék nedv. aeroszol szárazaeroszol ( aq) ( aq) ( s) ( g ) ( g ) (
Láng-atomabszorpciós égő és vájt katód lámpa
Grafitkemencés atomizálás
ICP idukciós plazmaégő: a minta ARGON jelenlétében atomizálódik nem ég el!!!!
otométerek abszorpciós elv
otométerek
UV-VIS spektrofotométer UV-VIS spektrofotométer: küvettatartó Használják a víz nitrit ion (NO 2- ) tartalmának meghatározására
Műszeres Analitikai módszerek 1. Optikai módszerek 2. Elválasztási technikán alapuló módszerek
Kromatográfia Elválasztástechnikai művelet, melynek során egy keverék alkotóit fizikailag elkülönítik. Oszlop, kolonna Álló fázis: Oszlop belső felületén Mozgó fázis
Kromatográfia alapjai Az egyes komponensek fajlagos kötődése k a szorbensréteghez nem azonos, ezért az ún. futtatás s során az állófázishoz jobban kötődő komponensek lemaradnak.
Kromatográfia alapjai Az eluálódó komponens detektálása nyomán n keletkezik az ún. kromatogram
Kromatogram A kromatogram: : a kolonnáról eluálódó komponensek detektorjelének időfüggvénye. A kromatográfi fiás s futtatás s kezdetétől l a komponens eluálódásáig eltelt időt retenciós (visszatartási) si) időnek nevezzük. A retenciós s idő,, a komponens anyagi minőségét jellemzi, míg m g a csúcs alatti terület a mennyiséggel van összefüggésben. T ret
Kromatográfi fiák k csoportosítása sa A csoportosítás s elvégezhet gezhető: 1. Állófázis geometriája szerint: -planáris- (pl.: vékonyrv konyréteg) és -oszlopkromatográfia 2. Mozgófázis zis halmazállapota llapota szerint: -folyadékkromatográfia (liquid chromatography,, LC) -gázkromatográfia (gas( chromatography,, GC)
Gázkromatográfia technikai megvalósítása sa Mintabevitel az áramló gázba törtt rténik, pillanatszerű elpárologtat rologtatással. Temperált kolonnatér
olyadékkromatogr kkromatográfia technikai megvalósítása sa A mintamennyiséget (1-100 ul) folyadékáramba juttatjuk (injektáljuk). Az eluenst pumpa áramoltatja.
Nagyhatékonys konyságú folyadékkromatogr kkromatográfia igh Performance Liquid Chromatography (HPLC) ellemzők: A mobilfázis és s az állófázis (különb nböző kromatográfi fiás s elméletek letek alapján n optimalizálhat lható) ) nagy felületen leten találkozik, lkozik, így egységnyi gnyi oszlophosszon több t komponens választhatv lasztható el, azaz a kromatográfia hatékony. Ez apró szemcsékkel tömören t töltt ltött tt oszlopokkal valósíthat tható meg. Ilyen oszlopok esetén, az eluenst nagy nyomással (100-200 bar) lehet az oszlopon (a töltet t szemcséi i között) k átpréselni.
HPLC - Kolonna
Levegőmin minőség g vizsgálatok A levegőmin minőség g vizsgálatoknak 3 főf alapterülete lete van: Levegőszennyez szennyezés s vizsgálat - Emisszió mérés: A kibocsátás közvetlen mérése, m mielőtt a szennyezés s elhagyná a szennyezőforr forrást (kéményt) Levegőszennyezetts szennyezettség g vizsgálat - Immisszió mérés: Levegő minőség g meghatároz rozása, hátth ttér és s közlekedk zlekedési szennyezettség vizsgálata Levegőszennyez szennyeződés s vizsgálat - Transzmisszió számítások, sok, vizsgálatok: Levegőszennyez szennyező anyagok terjedésének modellezése, számítása, sa, kis részben r mérése. m
Általában a tüzelt zelőberendezések üzemeltetőinek a szilárdanyag, szén-monoxid, nitrogén-oxidok oxidok és s kén-k dioxidok kibocsátásokr sokról l kell megbízhat zható adatokat szolgáltatniuk. ltatniuk. A kibocsátásokat sokat kg/h értékben kell megadni, a gázalkotg zalkotók mennyiségét t mg/kg-ban adjuk meg. A mérési m elv módszer kiválaszt lasztásánál, l, elsősorban sorban az emisszió mérések kategóri riájában, két k t nagy területr letről l beszélhet lhetünk: mintavételes teles és in situ mérésről. Az in situ,, a mintavétel tel nélkn lküli, li, közvetlen k mérés m s módszere. m
Emisszió A kibocsátás s más m s néven n emisszió meghatároz rozása törtt rténhet méréssel, m illetve műszaki számítással. ssal. Ugyan az emisszió,, mint fogalom főleg f a levegőtisztas tisztaság-védelem terület letén terjedt el, de érdemes kiterjeszteni vízszennyezv zszennyezésre, sre, zajszennyezésre sre is. Az emissziómérés lehet gáz g és s szilárdanyag meghatároz rozása. gázanalízisnél l egy, két k t vagy több t komponensből álló gáz z (mérend rendő gáz) összetételét t kell meghatározni. A gyakorlatban általában elégs gséges ges a keverék egyik komponense (mérend rendő komponens) koncentráci cióját t meghatározni. olyamatos gázanalizg zanalizáláshoz vagy tisztán n fizikai, illetve fizikai-kémiai, vagy pedig elektrokémiai eljárásokat használnak, amelyeknél l a mérendm rendő komponens koncentráci ciója elektromos mennyiségg ggé általában egyenfeszülts ltséggé vagy egyenáramm rammá van átalakítva. tva. ekintettel arra, hogy a gázemisszig zemisszió mértéke a térfogatt rfogatáram ram és s a szennyező anyag koncentráci cióértékének szorzata, a méréshez m a térfogatt rfogatáramot ramot minden esetben meg kell határozni.
Légszennyező anyagok mennyiségének nek mérésére m re szolgáló berendezések
Gázemissziót t mérni m lehet: Hővezetés s elvén n működőm gázanalizátorok Paramágneses elven működőm gázanalizátorok Infravörös s elven működőm gázanalizátorok Ultraibolya sugárz rzás s elve alapján n működőm gázanalizátorok Kemilumineszcencia elvén n működőm gázelemzők k (lumineszkáló fény) Az egyes gázok g más m s anyagokkal alacsony hőmérsh rsékleten reakciójuk során lumineszkáló fényt bocsátanak ki. A fény f intenzitása a gázalkotg zalkotó mennyiségével összefüggésbe hozható. Elektrokémiai elven működőm gázelemzők k (galv( galváncellára épülő gázelemző) Villamos vezetőképess pesség g elvén n működőm gázelemzők
Lidar (light detection and ranging)
Kémiai szenzorok olyan eszközök amelyek a kémiai információt analitikai jellé alakítják. Adott vegyi anyag koncentrációjának megváltozására elektromos jelváltozással reagálnak.
Levegő portartalma A pormintavételez telezésre különböző szabványok léteznek. l (MSZ ISO 9096, VDI 2066) A pormintavétel tel portartalmának a meghatároz rozása gravimetrikusan történik. A mintavétel tel előtt is és s után n is le kell mérlegelni m a kiszárított szűrőket, és s az így kapott különbsk nbség g adja a mintavétel tel során n felfogott por tömegt megét. Ezeknek a lemérése általában laboratóriumban riumban törtt rténik.
S-404 automatizált emissziós pormintavevő mérőkőr
Gravimetria (tömeg szerinti analízis) A meghatározandó iont kémiai vagy elektrokémiai reakció segítségével olyan kis oldékonyságú vegyületté alakítjuk, hogy az szűréssel vagy centrifugálással az oldattól elválasztható legyen. csapadék A csapadékot szárítással tömegállandóvá tesszük, majd tömegét megmérjük. A csapadék tömegéből a csapadék összetételének ismeretében kiszámítható a reakció során leválasztott komponens koncentrációja a kiindulási oldatban. HÁTRÁNY: Lassú, időigényes Fáradtságos ELŐNY: Komponens vagy vegyületének közvetlen mérése Azonosság, tisztaság könnyen ellenőrizhető A tömegmérés az egyik legpontosabb módszer