Файл: 2347_EI.pdf

1 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ 

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности» 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА 

ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ 

Методические указания 

к практическим и самостоятельным работам по дисциплине 

«Экологическая диагностика состояния окружающей среды» 

для студентов дополнительной квалификации 

«Эколог в области железнодорожного транспорта» 

Составители: Б.А. Анфилофьев 

О.А. Трошкина 
Ю.А. Холопов 

Самара  

2009 

2347 

2 

УДК 502.7 : 543.2 
 

Использование  хроматографических  методов  анализа  при  определении 

загрязнения  воздушной  среды : методические  указания  к  практическим  и 
самостоятельным работам по экологической диагностике состояния окружающей 
среды  для  студентов  дополнительной  квалификации  «Эколог  в  области 
железнодорожного транспорта» / cоставители : Б.А. Анфилофьев, О.А. Трошкина, 
Ю.А. Холопов. – Самара : СамГУПС, 2009. – 22 c. 

 
Утверждены  на  заседании  кафедры  «Безопасность  жизнедеятельности»   

28 мая 2009 г., протокол № 9. 

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета. 
 
В  работе  изложены  теоретические  материалы,  отражающие  следующие 

вопросы: «Источники  загрязнения  воздушной  среды  на  железнодорожном 
транспорте», «Теоретические  основы  хроматографического  метода  анализа», 
«Качественный 

анализ», «Принципиальная 

схема 

хроматографа», 

«Количественная обработка результатов хроматографического анализа». 

Даны  методические  рекомендации  по  выполнению  практического  задания, 

приводятся примеры расчетов. 

 
 
Составители: Анфилофьев Борис Алексеевич 

Трошкина Ольга Александровна 
Холопов Юрий Александрович 

 
 
Рецензенты:  генеральный директор ОАО «Самараэкотранс» 

Привалов С.А. 
к.т.н., доцент кафедры БЖД Лысак Е.А. (СамГУПС) 

Под редакцией составителей 

Компьютерная верстка Е.А. Самсонова 

 
Подписано в печать 04.06.2009. Формат 60х90 1/16. 
Усл. печ. л. 1,4. Заказ № 109. 
 
 

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2009. 

3 

ВВЕДЕНИЕ 

Под  загрязнением  воздушной  среды  понимается  поступление  в  нее 

твердых и газообразных веществ в количествах, оказывающих вредное влияние 
на человека, животных и растения как непосредственно, так и косвенным путем. 

Традиционно  загрязнения  подразделяют  на  локальные,  региональные  и 

глобальные.  Локальные  загрязнения  характерны  для  городов,  крупных 
промышленных 

предприятий. 

Региональные 

загрязнения 

охватывают 

значительные  территории,  подверженные  влиянию  крупных  промышленных 
районов.  Глобальные  загрязнения  чаще  всего  вызываются  атмосферными 
выбросами,  распространяются  на  большие  расстояния  от  места  своего 
возникновения  и  оказывают  неблагоприятное  воздействие  на  значительные 
территории, а иногда и на всю планету. 

Железнодорожный  транспорт  тоже  вносит  определенный  вклад  в 

загрязнение  атмосферы.  Так,  например,  при  использовавшейся  ранее 
традиционной  обработке  шпал  каменноугольным  и  сланцевым  маслом  в 
атмосферу  выбрасывались  нафталин,  бензол,  толуол,  ксилол,  фенол  и  другие 
вредные  вещества.  В  настоящее  время  используются  антисептики,  не 
содержащие  фенола  и  нафталина,  идет  замена  деревянных  шпал  на 
железобетонные [5]. 

При  осуществлении  контроля  за  состоянием  воздуха  как  на  территории 

населенных  пунктов,  так  и  в  рабочей  зоне  производственных  помещений 
используют качественный и количественный анализ газовых смесей. С помощью 
качественного  анализа  определяют  присутствие  в  воздухе  или  газовых  потоках 
отдельных  компонентов,  не  устанавливая  их  содержания.  При  количественном 
анализе  определяют  состав  газовой  смеси (%) или  содержание  в  ней 
определенного  компонента.  На  практике  обычно  не  требуется  полного  анализа 
газовой  смеси  и  определяются  лишь  некоторые,  наиболее  важные  ее 
составляющие [6] (см. прил. 2). 

Один из наиболее чувствительных методов – хроматографический анализ, 

впервые  предложенный  российским  ученым  М.С.  Цветом,  в  настоящее  время 
является  наиболее  востребованным  при  решении  экологических  задач.  
Современное 

аппаратурное 

оформление 

колончатой 

хроматографии 

обеспечивает  процесс  разделения  компонентов  анализируемой  смеси,  их 
обнаружение, количественную оценку, а в ряде случаев и идентификацию [4]. 

Методические  указания  знакомят  студентов  с  теоретическими  основами  

хроматографического  метода  анализа.  Для  освоения  качественного  и 
количественного  анализа  предлагается  провести  расчеты  по  полученным 
хроматограммам смеси нормальных парафинов и ароматических углеводородов. 
Данные  вещества  являются  наиболее  часто  встречающимися  загрязнителями 
воздуха рабочей зоны на объектах железнодорожного транспорта. 

4 

Источники загрязнения воздушной среды  

на железнодорожном транспорте 

Все источники химического загрязнения воздушной среды можно разделить 

на 3 группы. 

1.  Вещества, 

непосредственно 

обеспечивающие 

функционирование 

подвижного  состава.  Сюда  относятся  компоненты  дизельного  топлива, 
смазочных  материалов,  а  также  продукты  их  использования,  например, 
углеводороды  нафтенового  и  ароматического  рядов,  оксиды  углерода,  азота  и 
серы. 

2.  Вещества,  использующиеся  на  различных  участках  железной  дороги:  в 

локомотивных  депо,  в  литейных,  кузнечных,  гальванических  цехах,  при  окраске 
подвижного  состава,  в  цехах  по  переработке  полимеров  и  т.п.  Выбросы  данной 
группы могут быть как органического, так и неорганического происхождения. 

3.  Вещества,  перевозимые  железнодорожным  транспортом.  В  эту  группу 

входят все добываемые, перерабатываемые и синтезируемые вещества [7]. 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА АНАЛИЗА 

Газохроматографические  методы  анализа  (ГХ)  завоевали  заслуженную 

популярность благодаря ряду достоинств, среди которых: 

а)  высокая  разделительная  способность.  ГХ  позволяет  выделить  из 

анализируемой  воздушной  смеси  отдельные  загрязнения  и  идентифицировать 
каждый  из  них.  При  умелом  подборе  условий  хроматографического  анализа 
число веществ, которые могут быть определены, достигает нескольких десятков, 
сотен и даже тысяч. 

б) экспрессность анализа. Продолжительность газохроматографического 

анализа может колебаться от нескольких минут до нескольких секунд. 

в)  высокая  чувствительность.  ГХ  дает  возможность  определять 

микропримеси,  нижний  предел  определения  достигает 10

-8

 – 10

-10

  %. Это 

особенно важно для загрязнителей с низким значением ПДК (см.приложение). 

г)  универсальность.  ГХ  пригодна  для  определения  любых  летучих 

веществ,  присутствующих  в  воздухе,  причем  во  всех  случаях  используется 
однотипная  аппаратура.  Успешное  осуществление  анализа  обеспечивается 
варьированием его условий. 

д)  простота  расшифровки  результатов  хроматографического 

анализа, возможность компьютерной обработки данных [2]. 

Газохроматографические  методы  анализа  основаны  на  различии  в 

способности 

химических 

веществ 

распределяться 

между 

двумя 

несмешивающимися  фазами.  Так,  если  воздушную  смесь,  содержащую  какое-
либо  исследуемое  вещество  А  привести  в  соприкосновение  с  какой-либо 
жидкостью или твердым веществом, то через  некоторое время часть вещества 

5 

растворится (абсорбируется) в объеме жидкости (рис. 1 а) или сконцентрируется 
(адсорбируется) на поверхности твердого вещества (рис. 1 б). 

Рис. 1. Распределение вещества между двумя несмешивающимися фазами: а) жидкой 

и газовой (воздушной); б) твердой и газовой (воздушной) 

В  результате  исследуемое  вещество  А  окажется  распределенным  между 

двумя  несмешивающимися  фазами,  причем,  число  молекул,  перешедших  из 
газовой  фазы  в  жидкость  или  на  поверхность  твердого  вещества, 
пропорционально числу молекул в газовой фазе: 

С

ж 

= Г * С

г

; 

а = Г

1

 * С

г

, 

где  Г  и  Г

1 

–  коэффициенты  распределения  вещества  А  соответственно  между 

жидкостью и газовой фазой и между поверхностью твердого вещества и газовой 
фазой; 

С

ж 

и С

г 

 – концентрация вещества А соответственно в жидкой и газовой фазе, 

моль/мл; 

а – концентрация вещества А, адсорбировавшегося на границе «газ – твердое 

тело», моль/см

2 

. 

Коэффициенты  распределения  Г  и  Г

1 

являются  индивидуальными  для 

данного вещества А и данной жидкой или твердой фазы и постоянны при данной 
температуре. Соответственно, если вещество А заменить веществом В или С, то 
произойдут аналогичные процессы, но коэффициенты Г и Г

1 

 для вещества В и С 

будут отличны от величин этих коэффициентов для вещества А, а также между 
собой. 

Жидкая  или  твердая  фаза,  заполняющая  хроматографическую  колонку  и 

являющаяся неподвижной называется сорбентом, а анализируемые вещества А, 
В,  С  и  т.д. – сорбатами.  Сорбаты  растворены  в  газе-носителе,  который 
непрерывно движется через колонку вдоль сорбента. 

Поскольку 

анализируемые 

сорбаты 

имеют 

разные 

значения 

коэффициентов  распределения  между  подвижной  (газовой)  и  неподвижной 
(жидкой 

или 

твердой) 

фазами, 

скорости 

их 

перемещения 

вдоль 

хроматографической  колонки  также  различны.  Чем  больше  значения 
коэффициентов  Г  и  Г

1 

  для  данного  сорбата,  тем  сильнее  он  удерживается 

неподвижной фазой и тем позже он выйдет из колонки [1].