prÓbniki pasywne - niedoceniane · profile stĘŻeŃ analitÓw w czasie ekspozycji...

„Nowa aparatura, stare problemy” Ślesin, 26-28.05.2014 r.

Katedra

Chemii

Analitycznej

11

PRÓBNIKI PASYWNE - NIEDOCENIANE

NARZĘDZIE ANALITYCZNE

Mariusz Marć, Bożena Zabiegała, Jacek Namieśnik

Katedra Chemii Analitycznej

Wydział Chemiczny

Politechnika Gdańska

ul. G. Narutowicza 11/12

80-233 Gdańsk, Polska

tel: (58) 347 10 10

fax: (58) 347 26 94

e-mail: [email protected]

„Nowa aparatura, stare problemy” Ślesin, 26-28.05.2014 r. 2

Identyfikacja źródeł

emisji zanieczyszczeń

Ocena efektywności

zabiegów

sozotechnicznych

Oszacowanie zasięgu

oddziaływania źródeł

emisji zanieczyszczeń

Standardowa ocena

jakości elementów

środowiska

(zgodność z

normami i

przepisami)

Badanie tła i trendów

długookresowych

Pomiar ekspozycji

Badanie przemian

chemicznych,

biochemicznych i

footchemicznych

zanieczyszczeń

środowiska

Badanie dróg

przemieszczania się

zanieczyszczeń

Badania

ekotoksykologiczneOszacowanie

emisjiPomiar imisji

Badania procesów

zachodzących w

środowisku

Badania procesów

kumulacji i

metabolizmu

zanieczyszczeń

przez organizmy

żywe

Badanie wpływu

zanieczyszczeń na

zmiany klimatyczne

WYKORZYSTANIE ANALITYKI I MONITORINGU

ŚRODOWISKOWEGO


ANALITYKA POWIETRZA


ANALITYKA I MONITORING ZANIECZYSZCZEŃ

ŚRODOWISKA

Techniki bezpośredniego pomiaru poziomów

zawartości poszczególnych składników w czasie

rzeczywistym przy wykorzystaniu automatycznych

monitorów i analizatorów w postaci:

ourządzeń stacjonarnych (na stacjach

pomiarowych),

ourządzeń mobilnych (przenośne, przewoźne).

4



ŚRODOWISKA

Pobieranie próbek powietrza do odpowiednich

pojemników:

oo stałej objętości – pojemniki zbudowane z

polerowanej stali nierdzewnej – SUMMA®,

oo zmiennej objętości – pojemniki zbudowane z

tworzyw sztucznych: Tedlar, Teflon, Nafion.

Konieczny jest transport do laboratorium w celu

przeprowadzenia analizy

5



ŚRODOWISKA

Proces izolacji/wzbogacania analitów z badanego

medium – zatrzymywanie analitów w pułapce na

drodze:

owymrażania (pułapka kriogeniczna),

oabsorpcji,

oadsorpcji,

o rozpuszczania,

o reakcji chemicznej.

6


KONFIGURACJA ZESTAWÓW DO DYNAMICZNEGO

POBIERANIA PRÓBEK ANALITÓWURZĄDZENIA

DYNAMICZNE

POMPAP

UŁ

AP

KA

DO

ZA

TR

ZY

MY

WA

NIA

AN

AL

ITÓ

W

FILTR DO

ZATRZYMYWANIA

MATERII

ZAWIESZONEJD

EN

UD

ER

STRUMIEŃ MEDIUM GAZOWEGO PRZEPUSZCZANY PRZEZ PUŁAPKĘ

URZĄDZENIA

DENUDACYJNE

POMPA

FILTR DO

ZATRZYMYWANIA

MATERII

ZAWIESZONEJ


DENUDACJA – TECHNIKA POBIERANIA PRÓBEK

ANALITÓW Z FAZY GAZOWEJ

A. Kloskowski , M. Pilarczyk, J. Namieśnik, Crit. Rev. Anal. Chem., 32 (2002) 301-335

Zasada działania klasycznego

denudera cylindrycznego:

1 — cząstki stałe,

2 — cząsteczki medium gazowego,

3 — cienki film medium

zatrzymującego,

4 — ścianki denudera


DENUDACJA – TECHNIKA POBIERANIA PRÓBEK

ANALITÓW Z FAZY GAZOWEJ

L

R

wlot strumienia

medium gazowego

faza

stacjonarna

Równanie Gormleya-Kennedy’ego oraz

Cooneya-Kima-Davisa:

gdzie:

Co – stężenie analitu A w powietrzu na wlocie do denudera,

Cśr – średnie stężenie analitu A w fazie gazowej opuszczającej

denuder,

L – długość cylindra denudera [cm],

V – objętościowe natężenie przepływu w denuderze [cm3/s],

DA – współczynnik dyfuzji analitu A w powietrzu [cm2/s].

A. Kloskowski , M. Pilarczyk, J. Namieśnik, Crit. Rev. Anal. Chem., 32 (2002) 301-335


PASYWNA TECHNIKA POBIERANIA PRÓBEK

ANALITÓW

10

c0

LM

x

c0

L

L

c0

medium

zatrzymujące

anality

c

ME

MB

RA

NA

warstwa

stojącego

powietrza

cząsteczki

analitów

medium

zatrzymujące

anality

próbniki pasywne

typu dyfuzyjnegopróbniki pasywne

typu permeacyjnego

A. Kot-Wasik, B. Zabiegała, M. Urbanowicz, E. Dominiak, A. Wasik, J. Namieśnik, Anal. Chim. Acta, 602 (2007) 141-163


TEORIA PASYWNEGO POBIERANIA PRÓBEK

ANALITÓW (I prawo dyfuzji Ficka)

U – dyfuzyjna szybkość przenoszenia analitu [mol/s]

A – przekrój poprzeczny strefy dyfuzji [cm2]

D – współczynnik dyfuzji analitu [cm2/s]

x – długość strefy dyfuzji [cm]

c – stężenie danego składnika w odległości x [mol/cm3]

(p1-p2) – różnica ciśnień cząstkowych analitu po obu stronach membrany

S – stała przenikalności (permeacji) analitu związana z materiałem membrany [cm2/min]

Lm – grubość membrany [cm]

dx

dcDAU

mm L

pSA

L

ppSAU

)( 21

11

próbniki pasywne

typu dyfuzyjnego

próbniki pasywne

typu permeacyjnego



SIŁA NAPĘDOWA DO TRANSPORTU CZĄSTECZEK

ANALITÓW

PRÓBNIKI PASYWNE TYPU DYFUZYJNEGO:

Różnica stężeń analitu: otoczenie próbnika

pasywnego – powierzchnia medium zatrzymującego

PRÓBNIKI PASYWNE TYPU PERMEACYJNEGO:

Różnica ciśnień cząstkowych analitu po obu stronach

membrany

12


TEORIA DOZYMETRII PASYWNEJ

t – czas ekspozycji próbnika [min]

m – masa analitu zatrzymana w dozymetrze [ng]

(SR) – szybkość pobierania analitów (sampling rate) [ml/min]

k – stała kalibracyjna

ctSRtx

DAcUtm )(

tSR

mc

)(

k

ctt

L

DApUtm

m

t

mkc

13

próbniki pasywne

typu dyfuzyjnego

próbniki pasywne

typu permeacyjnego



JAKI PARAMETR TRZEBA ZNAĆ PRZED ETAPEM

EKSPOZYCJI PRÓBNIKA PASYWNEGO

14

PRÓBNIKI PASYWNE TYPU DYFUZYJNEGO:

Szybkość pobierania próbek analitów: SR [ml/min]

PRÓBNIKI PASYWNE TYPU PERMEACYJNEGO:

Stała kalibracyjna: k


ekspozycja pobieranie próbki analitów

transport i przechowywanie

wykrywanie, identyfikacja i oznaczanie analitów

TOK POSTĘPOWANIA ANALITYCZNEGO

urządzenie pasywne urządzenie dynamiczne i

denudacyjne

uwalnianie analitów

15


KROKI MILOWE W DZIEDZINIE PASYWNEGO

POBIERANIA ANALITÓW – PODEJŚCIE ILOŚCIOWE

16

1973 - Oznaczanie ditlenku azotu z wykorzystaniem dyfuzyjnego próbnika pasywnego

o budowie rurkowej do pobierania próbek analitu z powietrza atmosferycznego (rurka

Palms’a)

E. D. Palmes, A. F. Gunnison, Am. Ind. Hyg. Assoc. J., 34 (1973) 78-81


KROKI MILOWE W DZIEDZINIE PASYWNEGO

POBIERANIA ANALITÓW – PODEJŚCIE ILOŚCIOWE

17

1973 - Oznaczanie ditlenku siarki z wykorzystaniem permeacyjnego próbnika

pasywnego typu pudełkowego.

K. D. Reiszner, P. W. West, Environ. Sci. Technol., 7 (1973) 526-532


DLACZEGO PRÓBNIKI PASYWNE?

urządzenia o prostej konstrukcji, małej masie i

gabarytach,

eliminacja urządzeń do wytwarzania strumienia

badanego medium (pompy) i źródeł zasilania w energię

elektryczną,

pobieranie zintegrowanych próbek analitów i określenie

średniego ważonego w czasie stężenia (TWA) bez

znajomości objętości pobranej próbki a jedynie na

podstawie znajomości czasu ekspozycji,

przydatność do długookresowego pobierania próbek

analitów,

możliwość pobierania próbek analitów w miejscach

trudnodostępnych i bez nadzoru

18


RODZAJ INFORMACJI ANALITYCZNEJ

Zastosowanie techniki pasywnej

pobierania próbek analitów może

być podstawą do obliczenia

średniego ważonego w czasie

stężenia analitu za czas

ekspozycji urządzenia

(Time-Weighted Average

Concentration

– TWA)

19


KLASYFIKACJA PRÓBNIKÓW PASYWNYCHParametr klasyfikujący:

Przeznaczenie dozymetru

Zjawisko wykorzystywane

na etapie pobierania

analitów

Rodzaj bariery dyfuzyjnej

Rozwiązania konstrukcyjne

Rodzaj medium

zatrzymującego anality w

dozymetrze

Sposób określenia

średniego ważonego w

czasie stężenia analitów

dozymetry indywidualne

(osobiste)

ocena jakości atmosfery

na stanowiskach pracy

dozymetry powierzchniowe

(pomiar imisji)

ocena jakości powietrza

wewnętrznego

permeacja dyfuzja

porowata

zatyczka

membrana

porowata

warstwa stojącego

powietrza

membrana

półprzepuszczalna

rurkowypudełkowy

stały sorbentodczynnik chemiczny osadzony na nośnikuroztwór absorpcyjny

węgiel aktywny syntetyczne

polimery porowate

sadze grafityzowaneodczynnik do konwersji

chemicznej

bezpośredni odczyt (długość

lub rozmiar barwnej plamy)

pośredni odczyt (po zastosowaniu

odpowiedniego przyrządu pomiarowego )

w laboratorium – po uwolnieniu i

ilościowym oznaczeniu analitów

zmiana intensywności zabarwienia

roztworu pochłaniającego

zmiana intensywności zabarwienia

taśmy nasączonej reagentem


PROFILE STĘŻEŃ ANALITÓW W CZASIE EKSPOZYCJI

PRÓBNIKÓW PASYWNYCH

Próbnik permeacyjny

Próbnik dyfuzyjny

Powietrze

atmosferyczne medium

zatrzymujące

Bariera

dyfuzyjna

Odległość

Stę

że

nie

Powietrze

atmosferyczne

Odległość

Stę

że

nie

21

S. Seethapathy, T. Górecki, X. Li, J. Chromatogr. A, 1184 (2008) 234–253

Stężenie analitu

Stężenie analitu

medium

zatrzymujące

ME

DIU

M G

AZ

OW

E

Grubość

membrany


PROFIL STĘŻEŃ ANALITÓW W CZASIE EKSPOZYCJI

PRÓBNIKÓW PASYWNYCH W ŚRODOWISKU WODNYM

Odległość

Stę

że

nie

22

Membrana

Woda

powierzchniowa

Stężenie analitu

warstwa

graniczna

warstwa

graniczna

(medium sorpcyjne)

Strefa dyfuzji/permeacji

medium

zatrzymujące

S. Seethapathy, T. Górecki, X. Li, J. Chromatogr. A, 1184 (2008) 234–253


CHARAKTER PRACY PRÓBNIKÓW W TRAKCIE POBIERANIA

PRÓBEK ANALITÓW

23

B. Zabiegała, A. Kot-Wasik, M. Urbanowicz, J. Namieśnik, Anal. Bioanal. Chem., 396 (2010) 273–296

CZAS

MA

SA

AN

AL

ITU

PO

BR

AN

A P

RZ

EZ

PR

ÓB

NIK

PA

SY

WN

Y

OBSZAR RÓWNOWAGOWY

PRÓBNIKI PASYWNE PRACUJĄCE W

OBSZARZE RÓWNOWAGOWYM

PRÓBNIKI PASYWNE PRACUJĄCE W

OBSZARZE KINETYCZNYM


OBSZARY WYKORZYSTANIA TECHNIKI PASYWNEGO

POBIERANIA ANALITÓW W ANALITYCE ŚRODOWISKOWEJ

24

HY

DR

OS

FE

RA

B. Zabiegała, A. Kot-Wasik, M. Urbanowicz, J. Namieśnik, Anal. Bioanal. Chem., 396 (2010) 273–296


KRYTERIA DOBORU PRÓBNIKÓW PASYWNYCH W

MONITORINGU ŚRODOWISKA

25

Rodzaj medium, w którego pobierane mają być anality (powietrze

wewnętrzne, powietrze atmosferyczne, cieki wodne, gleba itd.),

Charakter analitów (związki organiczne, związki nieorganiczne),

Czas ekspozycji (8 godzin, 24 godziny, 7 dni, 14 dni, miesiąc,

rok),

Miejsce instalacji próbników pasywnych (pomiar tła miejskiego,

„gorące miejsca”)

Charakterystyka metrologiczna próbnika pasywnego

(szybkości pobierania analitów, charakter pracy próbnika, wymiary

próbnika),

Technika uwalniania analitów z medium zatrzymującego,

Koszty eksploatacyjne


OBSZAR PRAKTYCZNEGO WYKORZYSTYWANIA

PRÓBNIKÓW PASYWNYCH

26

Ocena jakości atmosfery na stanowisku pracy,

Pobieranie próbek analitów ze strefy oddychania człowieka,

Ocena jakości powietrza wewnętrznego (atmosfera

w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt stały ludzi,

Ocena poziomów zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego

Ocena ekspozycji indywidualnej (próbniki osobiste),

Ocena powietrza wydychanego przez człowieka,

Ocena emisji zanieczyszczeń z materiałów konstrukcyjnych

i wyposażenia pomieszczeń mieszkalnych,

Oszacowanie strumienia emisji składników emitowanych przez skórę,

Ocena poziomu zanieczyszczeń wód powierzchniowych (cieki

i zbiorniki wodne,

Badanie poziomu zanieczyszczeń gleby i osadów dennych,

Pomiar emisji związków biogennych przez roślinność


PRÓBNIKI PASYWNE DOSTEPNE W OBROCIE

HANDLOWYM

27

Nazwa

handlowaProducent Obszar wykorzystywania Anality

Ogawa PS Ogawa & Co. USA Inc• Monitoring powietrza atmosferycznego

• Kontrola jakości powietrza wewnętrznegoNO, NO2, O3, SO2

ORSA 5,

National DrägerDraeger Safety UK Ltd

• Monitoring indywidualny,

• Monitoring powietrza atmosferycznego,

• Kontrola jakości powietrza wewnętrznego

Związki chemiczne z grupy LZO

Próbnik

pasywny

Perkin–Elmer

Perkin Elmer

• Monitoring indywidualny,

• Monitoring powietrza atmosferycznego,



OMV 3500 3M Company• Monitoring indywidualny,



UMEx Series SKC Inc.• Monitoring indywidualny,


Aldehydy (w tym formaldehyd),

SO2, NO2, aminy,

Radiello SeriesFundazione Salvatore

Maugeri

• Kontrola jakości powietrza atmosferycznego,

• Kontrola jakości powietrza wewnętrznego,

• Monitoring atmosfery na stanowisku pracy

Związki chemiczne z grupy LZO,

Aldehydy, SO2, NO2, HF, HCl,

H2S, O3, NH3,

G.A.B.I.E. Tecora• Monitoring indywidualny,

• Monitoring atmosfery na stanowisku pracyZwiązki chemiczne z grupy LZO,


PRÓBNIKI PASYWNE DOSTEPNE W OBROCIE

HANDLOWYM

28

Nazwa

handlowaProducent Obszar wykorzystywania Anality

Chemcatcher®

University of

Portsmouth, Chalmers

University of Technology

• Monitoring jakości cieków oraz zbiorników

wodnych

pestycydy, związki z grupy PCB

i WWA, trwałe zanieczyszczenia

organiczne

Gore-Sorber® W. L. Gore &

Associates, Inc.

• Monitoring jakości cieków i zbiorników

wodnych,

• Pobieranie próbek analitów z gleby i osadów

dennych

związki chemiczne z grupy

lotnych oraz średniolotnych

związków organicznych, związki

z grupy WWA

MESCO Gerstel Mühlheim• Monitoring jakości cieków oraz zbiorników

wodnych

pestycydy, związki z grupy

WWA i PCB

SPMDEnvironmental Sampling

Technologies Inc.

• Monitoring jakości powietrza

atmosferycznego,


wodnych,


dennych

związki z grupy WWA i PCB,

pestycydy

AQUASENSE-

P (POCIS)

Environmental Sampling

Technologies Inc.


wodnych

pestycydy, naturalne i

syntetyczne hormony, związki

hydrofilowe, farmaceutyki

PETREXNortheast Research

Institute (NERI)


dennych

związki chemiczne z grupy

lotnych oraz średniolotnych

związków organicznych


INSTALACJA PRÓBNIKÓW PASYWNYCH W CELU POBRANIA

PRÓBEK ANALITÓW Z WODY POWIERZCHNIOWEJ

M. R. Rosen, D. A. Alvarez, S. L. Goodbred, T. J. Leiker, R. Patiño, J. Environ. Qual., 39 (2010) 1161–1172

29

Dno zbiornika wodnego


ROZWIĄZANIA KONSTRUKCYJNE PRÓBNIKÓW

PASYWNYCH OPRACOWANYCH W KATEDRZE

CHEMII ANALITYCZNEJ, WCH, PG

Permeacyjny próbnik pasywny typu pudełkowego

przeznaczony do oznaczania lotnych związków

organicznych w powietrzu wewnętrznym (np.

pomieszczenia przeznaczone na pobyt stały ludzi);

Próbnik pasywny przeznaczony do pobierania

próbek analitów z grupy: WWA, chlorofenoli,

pestycydów chloroorganicznych z wody (z

rozpuszczalnikiem jako medium sorpcyjne),


PERMEACYJNY PRÓBNIK PASYWNY TYPU PUDEŁKOWEGO Z

WARSTWĄ SORBENTA

31

1. Polietylenowa pokrywa usuwana podczas

ekspozycji próbnika,

2. Podkładka teflonowa,

3. Membrana z PDMS (powierzchnia 13 cm2),

4. Podkładka z metalową siatką ochronną,

5. Podkładka teflonowa,

6. Gwintowana osłona zewnętrzna próbnika,

7. Uszczelka z tworzywa sztucznego,

8. Tylna pokrywa próbnika,

9. Gniazdo na uchwyt próbnika,

10. Śruba mocująca,

11. Złoże sorpcyjne (węgiel aktywny ok. 200

mg o granulacji 40-50 mesh)

12. Zwitek waty bawełnianej

Desorpcję zatrzymanych na złożu sorpcyjnym analitów przeprowadza się w

naczynkach chromatograficznych z wykorzystaniem 1 ml rozpuszczalnika CS2


PRÓBNIK PASYWNY TYPU PERMEACYJNEGO (typu

pudełkowego) DO POBIERANIA PRÓBEK ANALITÓW

ORGANICZNYCH Z WODY Z ROZPUSZCZALNIKIEM JAKO

MEDIUM SORPCYJNE

A. Kot, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Trend. Anal. Chem., 19 (2000) 446–459

uszczelka

rozpuszczalnik

miedziana siatka ochronna

korpus ze stali

nierdzewnejnakrętki ze stali

nierdzewnej

uszczelka

teflonowa membrana

Czas ekspozycji próbnika

pasywnego: od 30 do 60 dni,

Objętość komory próbnika: 1 ml,

Stosowane medium sorpcyjne:

cykloheksan lub izo-oktan,

Wykorzystywany do pobierania

próbek analitów z grupy: WWA,

chlorofenoli, pestycydów

chloroorganicznych,

Możliwość oznaczania analitów

zatrzymanych w medium

sorpcyjnym bez wcześniejszego

etapu przygotowania próbki

(bezpośrednia analiza próbek

medium zatrzymującego)


PRÓBNIKI PASYWNE OPRACOWANE W INNYCH

OŚRODKACH NAUKOWYCH

Rurki z polietylenu ze złożem sorpcyjnym (Versatile,

Easy and Rapid Atmospheric Monitor - VERAM)

przeznaczone do oznaczania w powietrzu wewnętrznym

związków z grupy LZO opracowany przez zespół prof. M.

de la Guardia (University of Valencia);

Waterloo Membrane Sampler™ (WMS) opracowany w

Uniwersytecie Waterloo przez zespół prof. T.

Góreckiego, przeznaczony do pobierania próbek

analitów z grupy LZO z medium gazowego


RURKI Z POLIETYLENU ZE ZŁOŻEM SORPCYJNYM

(Versatile, Easy and Rapid Atmospheric Monitor - VERAM)

34

S. Ly-Verdu et al., Anal. Chim. Acta, 677 (2010) 131–139

Przygotowanie odcinków

rurek z LDPE

Zgrzanie rurki od dołu

Wypełnienie rurki porcją materiału

sorpcyjnego

Zgrzanie rurki od góry i

homogenizacja

5 mg węgla

aktywnego20 mg Florisilu

Czas ekspozycji

próbników w

pomieszczeniu

zamkniętym - od 8 do

24 godziny,

Badania jakości

powietrza wewnętrznego

prowadzono w takich

pomieszczeniach jak:

magazyn, laboratorium

oraz warsztat naprawy

pojazdów

mechanicznych.


RURKI Z POLIETYLENU ZE ZŁOŻEM SORPCYJNYM

(VERAM)

35

Przygotowanie próbnika pasywnego do pracy

D. Sanjuan-Herraez et al., Talanta, 98 (2012) 40–48

Napełnienie

próbnika,

Zgrzanie

zewnętrznych

ścianek próbnika,

Homogenizacja.

Pobieranie

próbek analitów

z medium

gazowego

Zakończenie etapu pobierania

próbek analitów z medium

gazowego i przechowywanie

próbników w hermetycznie

zamykanych naczynkach

Transport do

laboratorium

Jakościowe i ilościowe oznaczanie analitów zatrzymanych na złożu sorpcyjnym próbnika pasywnego

Umieszczenie próbników w naczynkach do analizy fazy nadpowierzchniowej

Analiza fazy nadpowierzchniowej:

150oC, 10 min.GC-MS


WATERLOO MEMBRANE SAMPLER (WMS)™

Membrana z

PDMS

Aluminiowy

kapsel

Naczynko

chromatograficzne

o obj. 2 mlZłoże sorpcyjne

S. Seethapathy, T. Górecki, J. Chromatogr. A, 1218 (2011) 134–155

Złoże sorpcyjne – węgiel aktywny 250

mg,

Dostępne dwie wersje: użytek

jednorazowy lub do wielokrotnego

użycia,

Grubość membrany z PDMS – 75 mm,

Mały koszt i łatwy dostęp do

elementów konstrukcyjnych

próbnika,

Różne funkcje pojemnika:

pojemnik na sorbent,

naczynko do ekstrakcji za pomocą

rozpuszczalnika – CS2 (1 ml)

36


WATERLOO MEMBRANE SAMPLER (WMS)™

S. Seethapathy, T. Górecki, J. Chromatogr. A, 1218 (2011) 134–155

Ekspozycja

próbnika

(od 3 do 16 dni)

37

Koniec etapu

ekspozycji

próbnika. Transport

do laboratorium

Usunięcie

aluminiowego kapsla

z membraną (PDMS)

Desorpcja za pomocą

rozpuszczalnika (1 ml CS2)

Nałożenie

aluminiowego kapsla

z membraną pokrytą

PTFE

Automatyczny

podajnik

próbek


Określenie poziomu zawartości związków chemicznych z

grupy BTEX (benzen, toluen, etylobenzen, ksyleny) w

powietrzu atmosferycznym na terenie aglomeracji

Trójmiejskiej i Tczewa z wykorzystaniem próbników

pasywnych na etapie pobierania próbek analitów

38


CEL POMIARÓWUzyskanie informacji na temat:

Obecności i poziomach stężeń potencjalnychzanieczyszczeń powietrza atmosferycznego naterenie objętym monitoringiem,

Zmienności składu zanieczyszczeń i ich ilości w czasie iprzestrzeni,

Potencjalnych zródeł emisji zanieczyszczeń,

Procesów transportu i przemian zanieczyszczeń wpowietrzu,

Poziomu imisji i intensywności depozycjizanieczyszczeń

39


PRÓBNIK PASYWNY TYPU DYFUZYJNEGO Radiello®

40

Parametr 1. Bariera/membrana dyfuzyjna

Bariera dyfuzyjna Mikroporowaty polietylen

Długość membrany 60 mm

Średnica zewnętrzna 16 mm

Grubość 5 mm

Porowatość 10 ± 2 mm

Długość strefy dyfuzyjnej 150 mm

Parametr 2. Rurka wypełniona złożem sorpcyjnym

Materiał Stalowa siatka

Medium sorpcyjne Carbograph 4 (sadza grafityzowana 35-50 mesh)

Masa złoża sorpcyjnego 300 ± 10 mg

Długość 60 mm

Średnica zewnętrzna 4.8 mm

M. Marć, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Inter. J. Environ. Anal. Chem., 94 (2014) 151-167 ; http://www.radiello.it/

Typ

monitorowanego

powietrza

Czas

ekspozycji

próbnika

Pobierane

anality

Powietrze

atmosferyczne14 dni

Związki chemiczne

z grupy BTEX

Technika

uwalniania analitów

ze złoża

termiczna desorpcja

Warunki pracyWilgotność powietrza: 15 – 90%,

Prędkość wiatru: 0,1 – 10 m/s


PRÓBNIK PASYWNY TYPU DYFUZYJNEGO Radiello®

41

1 – bariera dyfuzyjna, 2 – stalowa rurka wypełniona medium sorpcyjnym

Próbniki pasywne umieszcza się w stalowej klatce w

celu zabezpieczenia przed niekorzystnym

działaniem warunków atmosferycznych,

Próbniki pasywne są instalowane na wysokości ok.

3 m,

W każdej klatce instaluje się dwa próbniki pasywne

w odległości co najmniej 20 cm,

M. Marć, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Inter. J. Environ. Anal. Chem., 94 (2014) 151-167


SIEĆ STACJI POMIAROWYCH FUNDACJI ARMAAG NA

TERENIE AGLOMERACJI TRÓJMIEJSKIEJ

42

AM1 - Gdańsk ul. Powstańców Warszawskich;

AM2 - Gdańsk ul. Kaczeńce;

AM3 - Gdańsk ul. Wyzwolenia;

AM4 - Gdynia ul. Porębskiego;

AM5 - Gdańsk ul. Ostrzycka;

AM6 - Sopot ul. Bitwy pod Płowcami;

AM8 - Gdańsk ul. Leczkowa;

AM10 - Gdynia ul. Wendy;

www.armaag.gda.pl


PROCEDURA ANALITYCZNA OZNACZANIA ZWIĄZKÓW Z GRUPY

BTEX W POWIETRZU ATMOSFERYCZNYM

43

M. Marć, J. Namieśnik, B. Zabiegała, Air Quality, Atmosphere & Health, doi:10.1007/s11869-014-0247-x, 2014


ŚREDNIOMIESIĘCZNE WAŻONE W CZASIE STĘZENIE BEZNENU

W POWIETRZU ATMOSFERYCZNYM NA TERENIE AGLOMERACJI

TRÓJMIEJSKIEJ W ROKU 2012

44



PROFIL STĘŻENIA TOLUENU, ETYLOBENZENU I KSYLENÓW W

POWIETRZU ATMOSFERYCZNYM NA TERENIE AGLOMERACJI

TRÓJMIEJSKIEJ W ROKU 2012

45



ŚREDNIOROCZNE STĘŻENIE BEZNEZNU W POWIETRZU

ATMOSFERYCZNYM NA TERENIE AGLOMERACJI

TRÓJMIEJSKIEJ W LATACH 2008-2012

46

9,7oC

8,7oC

7,3oC

11,2oC

8,4oC

M. Marć, B. Zabiegała, V. Siemonov, J. Namieśnik, CLEAN – Soil, Air, Water, DOI: 10.1002/clen.201300188, 2013


PORÓWNANIE WYNIKÓW POMIARU STĘŻENIA BENZENU W

POWIETRZU ATMOSFERYCZNYM Z WYKORZYSTANIEM DWÓCH

PROCEDUR ANALITYCZNYCH

0

1

2

3

4

5

6

7

2008 2009 2010

Stę

że

nie

be

nze

nu

[m

g/m

3]

Procedura oparta na wykorzystaniu

próbników pasywnych na etapie

pobierania próbek analitów

Pomiar bezpośredni z wykorzystaniem

automatycznego analizatora

47

S. Król, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Anal. Bioanal. Chem., 403 (2012) 1067-1082


Badanie jakości powietrza wewnętrznego (IAQ) w

pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt stały

ludzi z wykorzystaniem techniki pasywnego

pobierania próbek analitów

48


POWODY PROWADZENIA BADAŃ JAKOŚCI

POWIETRZA WEWNĘTRZNEGO

jako odpowiedź na narzekania użytkowników pomieszczeń

na złą jakość powietrza wewnętrznego objawiającą się np.

wystąpieniem objawów związanych z tzw. syndromem

chorych budynków (SBS),

jako część badań epidemiologicznych,

w celu oceny skuteczności działań podjętych na rzecz

poprawy jakość powietrza wewnętrznego,

w celu sprawdzenia czy określone parametry powietrza

wewnętrznego (np. poziom stężenia związków chemicznych

z grupy lotnych związków organicznych) są zgodne zapisami

zawartymi w obowiązujących przepisach prawnych.

49



POWIETRZA WEWNĘTRZNEGO – PROBLEMY I

WYZWANIA

stężenie analitów w powietrzu wewnętrznym jest na znacznie

wyższym poziomie niż w powietrzu atmosferycznym –

endogenne źródła emisji,

duża różnorodność zanieczyszczeń,

możliwość występowania tego samego związku na różnych

poziomach zawartości w pomieszczeniach o podobnej wielkości i

przeznaczeniu,

konieczność prowadzenia badań w trakcie normalnej

eksploatacji pomieszczeń,

brak odpowiednich wzorców i materiałów odniesienia.

50


WYKORZYSTANIE PRÓBNIKÓW PASYWNYCH TYPU

DYFUZYJNEGO Radiello® W BADANIACH JAKOŚCI POWIETRZA

WEWNĘTRZNEGO

51

S. Król, J. Namieśnik, B. Zabiegała, Sci. Total Environ., 468-469 (2014) 985-995

Próbniki pasywne instalowano wewnątrz

pomieszczenia zamkniętego na wysokości ok.

180 cm, w odległości co najmniej 1 m od siebie,

Czas ekspozycji próbników pasywnych typu

dyfuzyjnego Radiello® w pomieszczeniu zamkniętym

wynosił od 12 do 24 godzin,

Zidentyfikowanie potencjalnych źródeł emisji

związków zaliczanych do monoterpenów w powietrzu

wewnętrznym,

Oznaczanie związków zaliczanych do monoterpenów

(a-Pinen, 3-Karen, D-Limonen) w powietrzu

wewnętrznym mieszkań zlokalizowanych na terenie

Gdańska, Gdyni oraz Tczewa,

Określenie wpływu aktywności człowieka na

zawartość związków zaliczanych do monoterpenów w

powietrzu wewnętrznym,


ŚREDNIE WAŻONE W CZASIE STĘZENIE (12 godzinne) D-

LIMONENU W CZASIE DNIA I NOCY W POWIETRZU

WEWNĘTRZNYM POMIESZCZENIA MIESZKALNEGO

52

S. Król, J. Namieśnik, B. Zabiegała, Sci. Total Environ., 468-469 (2014) 985-995


ŚREDNIE WAŻONE W CZASIE STĘŻENIE ZWIĄZKÓW

ZALICZANYCH DO MONOTERPENÓW W POWIETRZU

WEWNĘTRZNYM NOWOWEGO POMIESZCZENIA MIESZKALNEGO

53

M. Marć, J. Namieśnik, B. Zabiegała, Sci. Total Environ., 481 (2014) 35–46


ŚREDNIE WAŻONE W CZASIE STĘŻENIE TOLUENU W

POWIETRZU WEWNĘTRZNYM POMIESZCZEŃ

MIESZKALNYCH

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Stę

żen

ie t

olu

en

u [

µg

/m3]

m-1

m-2

m-3

m-4

m-5

m-6

m-8

m-9

m-10

m-11

m-12

m-13

numer mieszkania

technika pasywna

technika dynamiczna (rurki sorpcyjne)

54


SUMARYCZNA ZAWARTOŚĆ ZWIĄZKÓW

CHEMICZNYCH Z GRUPY LZO (TVOC) W POWIETRZU

WEWNTRZNYM

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

numer mieszkania

technika pasywna

technika dynamiczna (rurki sorpcyjne)

Stę

że

nie

[m

g/m

3]

55


Badanie wielkości strumienia emisji związków

organicznych emitowanych z powierzchni materiałów

wewnętrznych w pomieszczeniach przeznaczonych na

pobyt stały ludzi z wykorzystaniem małogabarytowych

pasywnych komór emisyjnych

56


ZWIĄZKI ORGANICZNYCH EMITOWANE Z MATERIAŁÓW

WEWNĘTRZNYCH

węglowodory

alifatyczne

węglowodory

aromatyczne

aldehydy i ketony

(formaldehyd)

alkohole

terpeny

estry


Podstawowymi zaletami próbników pasywnych do badania procesu

emisji różnego typu zanieczyszczeń organicznych są:

możliwość pracy in-situ,

eliminacja źródła zasilania w energię,

brak dodatkowego wyposażenia w postaci linii do transportu

strumienia gazu obojętnego,

określenie strumienia emisji zanieczyszczeń w warunkach

rzeczywistych (temperatura, ciśnienie i wilgotność powietrza

wewnątrz pomieszczenia),

prostota obsługi,

możliwość instalacji w dowolnym miejscu pomieszczenia

mieszkalnego bez ingerencji w zachowanie i aktywność

użytkowników.

PRÓBNIKI PASYWNE (Passive Flux Sampler - PFS) i

MAŁOGABARYTOWE PASYWNE KOMORY EMISYJNE

M. Marć, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Crit. Rev. Anal. Chem., 43 (2013) 55-61


ROZWIĄZANIE KONSTRUKCYJNE MAŁOGABARYTOWEJ

PASYWNEJ KOMORY EMISYJNEJ (opracowanie zespołu z

Katedry Chemii Analitycznej, WCh, PG) ciężarek (0,5 kg) zapewniający

odpowiedni docisk komory dopodłoża,

obudowa z wypolerowanej stalinierdzewnej o objętościwewnętrznej 3,65 dm3 i średnicypodstawy rzędu 24 cm,

uchwyt zapewniający łatwytransport urządzenia w dowolnemiejsce pomieszczeniazamkniętego,

silikonowa uszczelkazapewniająca szczelność układu wtrakcie pobierania próbek analitów,

próbnik pasywny typudyfuzyjnego Radiello®,zainstalowany w centralnympunkcie komory emisyjnej.



czas ekspozycji – 5 godzin

temperatura pomieszczenia - 18 ± 1oC

Pierwszy etap :

desorpcja analitów zatrzymanych na złożu sorpcyjnym próbnika pasywnego typu

dyfuzyjnego Radiello® oraz ich transport na złoże sorpcyjne mikropułapki (0oC)

Drugi etap:

desorpcja analitów z mikropułapki (300oC) – transport analitów na czoło kolumny

chromatograficznej

kolumna kapilarna DB-5ms 0,25 mm x 30 m x 0,25mm,

temperatura linii przesyłowej GC-MS: 300oC,

spektrometr mas (5873 Network Mass Selective Detector)


TOK POSTĘPOWANIA ANALITYCZNEGO


PROFIL EMISJI ZWIĄZKÓW Z GRUPY MONOTERPENÓW Z

POWIERZCHNI MATERIAŁU DREWNOPOCHODNEGO

62


str

um

ień

em

isji

a-P

ine

nu

[mg

/2. h

]

str

um

ień

em

isji

3-K

are

nu

[mg

/m2

. h]

str

um

ień

em

isji

D-L

imo

ne

nu

[mg

/m2

. h]


ROZWIĄZANIE KONSTRUKCYJNE PRÓBNIKA PASYWNEGO

(opracowanie zespołu z Katedry Chemii Analitycznej, WCh, pg)

uszczelka

wykonana

z teflonu

rurka wykonana z

nierdzewnej

stalowej siatki

wypełniona

medium

sorpcyjnym

(Carbograph 4)

korpus próbnika

pasywnego

wykonany z

wypolerowanej

stali nierdzewnej

pokrywa

wykonana z

wypolerowanej

stali nierdzewnej


masa – 400 g,

wysokość – 35 mm,

średnica wewnętrzna – 50 mm,

zainstalowana wewnątrz próbnika

pasywnego rurka wykonana jest

z nierdzewnej stalowej siatki o długości 60

mm i średnicy zewnętrznej rzędu 4,8 mm.

Wnętrze rurki wypełnione jest medium

sorpcyjnym (Carbograph 4):

wielkość ziaren sorbentu: 35 – 50

mesh,

masa sorbentu: 300 ± 10 mg.

wysokość złoża sorpcyjnego nad badaną

powierzchnią – 20 mm.

ROZWIĄZANIE KONSTRUKCYJNE PRÓBNIKA PASYWNEGO

(opracowanie zespołu z Katedry Chemii Analitycznej, WCh, pg)


KURZ DOMOWY – SPECYFICZNY TYP PRÓBNIKA

PASYWNEGO

65

ŚRODOWISKO

WEWNĘTRZNE

ŚRODOWISKO

WEWNĘTRZNE

ZWIĄZKI Z GRUPY PBDE

(środki opóźniające procesy palenia) ZWIĄZKI Z GRUPY WWA I PCB

PESTYCYDY ZWIĄZKI Z GRUPY LOTNYCH I

ŚRDNIOLONYCH ZWIĄZKÓW

ORGANICZNYCH


RODZAJE KURZU DOMOWEGO

66

Kurz zbierany z powierzchni elementów wyposażenia

pomieszczeń mieszkalnych,

Kurz „odkurzaczowy”,

Kurz zbierany z miejsc trudnodostępnych (rzadko

oczyszczanych):

Telewizory,

Radia,

Sprzęt AGD,

Komputery i monitory,

Drukarki itd.


PROCEDURA ANALITYCZNA OZNACZANIA

ZWIĄZKÓW Z GRUPY PBDE W PRÓBKACH KURZU

DOMOWEGO

67

S. Król, J. Namieśnik, B. Zabiegała, J. Chromatogr. A, 1294 (2012) 201-214


UDZIAŁ PROCENTOWY POSZCZEGÓLNYCH ZWIĄZKÓW Z

GRUPY PBDE W OGÓLNEJ ILOŚCI TYCH ZWIĄZKÓW W

PRÓBKACH KURZU DOMOWEGO

68

S. Król, J. Namieśnik, B. Zabiegała, Chemosphere, http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.02.014, 2014


STĘŻENIE WYBRANYCH ZWIĄZKÓW Z GRUPY PBDE

W OZNACZONYCH W DWÓCH PRÓBKACH KURZU

69

S. Król, B. Zabiegała, J. Namieśnik, J. Chromatogr. A, 1294 (2012) 201-214


LISTA WYBRANYCH PRAC PRZEGLĄDOWYCH ZWIĄZANYCH Z

WYKORZYSTANIEM TECHNIKI PASYWNEJ W ANALITYCE

ŚRODOWISKA

70

1. J. Namieśnik, B. Zabiegała, A. Kot-Wasik, M. Partyka, A. Wasik, Passive sampling and/or extraction techniques in

environmental analysis: A review, Anal Bioanal Chem, 381 (2005) 279 – 301,

2. M. Partyka, B. Zabiegała, J. Namieśnik, A. Przyjazny, Application of passive samplers in monitoring of organic

constituents of air, Crit Rev Anal Chem, 37 (2007) 51-78,

3. A. Kot-Wasik, B. Zabiegała, M. Urbanowicz, E. Dominiak, A. Wasik, J. Namieśnik, Advances in passive sampling in

environmental studies, Anal. Chim. Acta, 602 (2007) 141-163

4. B. Zabiegała, A. Kot-Wasik, M. Urbanowicz, J. Namieśnik, Passive sampling as a tool for obtaining reliable

analytical information in environmental quality monitoring, Anal Bioanal Chem, 396 (2010) 273-296,

5. S. Król, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Monitoring VOCs in atmospheric air II. Sample collection and preparation,

TrAC, 29 (2010) 1101-1112,

6. S. Król, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Monitoring and analytics of semivolatile organic compounds (SVOCs) in

indoor air, Anal Bioanal Chem, 400 (2011) 1751-1769,

7. M. Marć, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Testing and sampling devices for monitoring volatile and semi-volatile

organic compounds in indoor air, TrAC, 32 (2012) 76-86,

8. M. Marć, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Miniaturized Passive Emission Chambers for In Situ Measurement of

Emissions of Volatile Organic Compounds, Crit Rev Anal Chem, 43 (2013) 55-61.


LISTA WYBRANYCH PRAC ORYGINALNYCH ZWIĄZANYCH Z

WYKORZYSTANIEM TECHNIKI PASYWNEJ W ANALITYCE

ŚRODOWISKA

71

1. B. Zabiegała, M. Urbanowicz, K. Szymanska, J. Namiesnik, Application of passive sampling technique for monitoring of

BTEX concentration in urban air: Field comparison of different types of passive samplers, J Chromatogr Sci, 48 (2010) 167-

175,

2. B. Zabiegała, M. Urbanowicz, J. Namieśnik, T. Górecki, Spatial and seasonal patterns of benzene, toluene, ethylbenzene,

and xylenes in the Gdańsk, Poland and surrounding areas determined using radiello passive samplers, J Environ Qual, 39

(2010) 896-906,

3. B. Zabiegała, C. Sǎrbu, M. Urbanowicz, J. Namieśnik, A comparative study of the performance of passive samplers, J Air

Waste Manag Assoc, 61 (2011) 260-268,

4. S. Król, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Measurement of benzene concentration in urban air using passive sampling, Anal

Bioanal Chem, 403 (2012) 1067-1082,

5. S. Król, J. Namiesnik, B. Zabiegała, α-pinene, 3-carene and d-limonene in indoor air of Polish apartments: The impact on air

quality and human exposure, Sci Total Environ, 468–469 (2014) 985–995,

6. S. Król, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Determination of polybrominated diphenyl ethers in house dust using standard addition

method and gas chromatography with electron capture and mass spectrometric detection, J Chromatogr A, 1249 (2012) 201-

214

7. M. Marć, B. Zabiegała, J. Namieśnik, Application of passive sampling technique in monitoring research on quality of

atmospheric air in the area of Tczew, Poland, Inter J Environ Anal Chem, 94 (2014) 151-167

8. M. Marć, J. Namieśnik, B. Zabiegała, Small-scale passive emission chamber for screening studies on monoterpene emission

flux from the surface of wood-based indoor elements, Sci Total Environ, 481 (2014) 35-46,

9. M. Marć, J. Namieśnik, B. Zabiegała, BTEX concentration levels in urban air in the area of the Tri-City agglomeration

(Gdansk, Gdynia, Sopot), Poland, Air Quality, Atmosphere & Health, DOI: 10.1007/s11869-014-0247-x, 2014,

10. M. Marć, B. Zabiegała, V. Siemonov, J. Namieśnik, The relationships between BTEX, NOx and O3 concentrations in urban air

in Gdansk and Gdynia, Poland, Clean – Soil, Air, Water, DOI: 10.1002/clen.201300188, 2014.


Katedra Chemii Analitycznej

http://chem.pg.edu.pl/katedra-chemii-analitycznej/strona-glowna


Kursy i szkolenia organizowane przez Katedrę Chemii

Analitycznej

Kursy indywidualne "Na zamówienie„,

Kursy grupowe „Na zamówienie”,

Chromatografia Gazowa - poziom podstawowy,

Aspekty praktyczne wykorzystania Chromatografii Gazowej,

Kontrola i jakość wyników pomiarów analitycznych,

Współczesna chromatografia cieczowa,

Praktyczne zastosowania chromatografii cieczowej,

Kurs LC-MS,

Przygotowanie próbek do analizy,

ABC techniki SPE,

Szkolenia indywidualne w zakresie HPLC.


WSPÓŁPRACA Z ZAGRANICZNYMI UCZELNIAMI I

INSTYTUCJAMI NAUKOWYMI

JEDNOSTKA NAUKOWA SZEF ZESPOŁU

The Hebrew University of Jerusalem prof. Shela Gorinstein

The Sofia University, Bulgaria prof. Vasil Simeonov

prof. Stefan Tsakovski

The Vienna University of Technology, Austria prof. Erwin Rosenberg

University of Waterloo, Canada prof. Tadeusz Górecki

University of Valencia, Spain prof. Miguel de la Guardia

University of the West of Scotland, UK prof. Calum Morrison

Ioanninna University, Greece prof. Ioannis Constantinou

University of Patras, Greece prof. Ioannis Kalavrouziotis

prof. Georgios Tsiamis

Joint Institute for Nuclear Research, Russian Federation prof. Marina Frontasyeva

Technical University of Lvow, Ukraine prof. Michal Bratyczak

Babes- Bolai University, Romania prof. Costel Sarbu

Laboratory of Analytical Bioinorganic and Environmental

Chemistry (LCABIE) in Pau, France

prof. Ryszard Łobiński

Daugavpils University, Latvia prof. Sergiejs Osipovs


Ocena i kontrola jakości wyników

pomiarów analitycznych, (praca

zbiorowa pod redakcją P. Konieczki i

J. Namieśnika), WNT, Warszawa,

2007


European Master in Quality in Analytical Laboratories - EMQAL

http://eacea.ec.europa.eu/erasmus_mundus/


GRANTprzyznany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju

„M O D A S”

„Opracowanie i atestacja nowych typów materiałów odniesienia

niezbędnych do uzyskania akredytacji europejskiej przez polskie

laboratoria, zajmujące się analityką przemysłową.”

Realizatorzy:• prof. Baranowska (WCh PŚl)

• prof. E. Bulska (WCh UW)

• prof. B. Buszewski (WCh UMK)

• prof. K. Chojnacka (WCh PWr)

• prof. M. Jarosz (WCh PW)

• dr hab. H. Motrenko-Polkowska (ICHTiJ)

• prof. J. Namieśnik (WCh PG) - Kierownik

Info: http://www.pg.gda.pl/chem/modas/

Kontakt: [email protected]


GRANTprzyznany przez Narodowe Centrum Nauki

„Przenośny system e-nos do określania pochodzenia surowcowego

destylatów rolniczych” 2012/05/B/ST4/01984

GRANTprzyznany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju

„Monitoring uciążliwości zapachowej pochodzenia rafineryjno-

bytowego w Aglomeracji Trójmiejskiej przy wykorzystaniu technologii

elektronicznego nosa” DZP/PBSII/1933/2013


TraceSpec 2016

15th Workshop on Progress in

Trace Metal Speciation for

Environmental Analytical

Chemistry

Gdańsk, Poland, September 04-07, 2016

Info: http://chem.pg.edu.pl/tracespec/

Kontakt: [email protected]


DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

prÓbniki pasywne - niedoceniane · profile stĘŻeŃ analitÓw w czasie ekspozycji...

Documents