Környezetvédelmi analitika II. BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM SZERVETLEN ÉS ANALITIKAI KÉMIA TANSZÉK
2017. tavasz
Tantárgy felelős: Horváth Viola Óra vázlat Téma 1:
Bevezetés, a tantárgy programja és előadói
Téma 2:
Levegőszennyezés vizsgálatok Előadó: Kőmíves József 8 óra
Téma 3:
Víz- és talaj-szennyezések, hulladékok szerves és szervetlen anion szennyezőinek vizsgálata Előadó: Balla József 10 óra
Téma 4:
Az ökoszisztémát, az egészséget károsító elemek analízise levegő, víz, talaj, hulladék és biológiai mintákból. Előadó: Bezur László 6 óra
Tanszéki honlapon: http://iaachem.bme.hu/oktatas/Anal/Kornyezetvedelmi_analitika_II. Kari honlapon: http://oktatas.ch.bme.hu/oktatas/konyvek/anal/KornyAnal/Kornyezetvedelmi-analitika-II-2016-2017/?C=M;O=D
Környezetvédelmi analitika Levegőszennyezés vizsgálatok BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM SZERVETLEN ÉS ANALITIKAI KÉMIA TANSZÉK
Kőmíves József egyetemi docens
Tel.:
06-30-257-5156
e-mail:
[email protected] Budapest, 2017. tavasz
Elektroanalitikai módszerek
Az szonda amperometriás elven működő elektrokémiai cellákat nap Lambda
alkalmazzák a munkahelyi légtér és kisebb kazánok ellenőrzésére szolg elektrokémiai cellában az anódon általában a mérendő komponens oxi A leggyakrabban alkalmazott elektroanalitikai módszereket a . táb Amperometriás elven működő gázérzékelők (szenzorok) katódon pedig az oxigén molekula átalakulása vizzé vagy hidroxil-io Ezek közül a SO konduktometriás mérése a legrégebb óta adódóan a jelenlévő 2hasonló elektródpotenciálu anyagok egymás megh méréstechnika mind az emissziós, mind az immissziós területen. A mé a készülékek jóvalmérése olcsóbbak, mint pl. az IR monitorok, de nem e SO2 vizes konduktometriás hidrogén-peroxid oldattal: 241. Old. tájékoztató mérésekre alkalmasak. 2 H O SO 2 H O H SO 2 H O 2 H O SO 2 2 2 2 2 4 2 3 4 A legismertebb culometriás elven működő készülék a Philips cég imm A gyakorlatilag kénsav okozta vezetőképesség válto Hasonló elven teljesen működődisszociált készülékeket alkalmaztak az NSZK-ban mérik. A rendszeres igen megbízható SO2 szennyezettséget coulometriás mérése mérőkarbantartás állomásokon.mellett A készülékben a SO2-ot készüléke jóddal ox alkalmazták a németországi hálózatban, majd egy ré SO2 I2 2H2O SO24 4H 2Imonitoring fluoreszcens berendezésekkel cserélték le. a jodid-iont egy polarizálható Pt indikátor visszaalak MajdMajd a jodid-iont egy polarizálható Pt indikátor elektródon elektródon visszaalakították jóddá, és mérték a közben átfolyóáramot áramot az elektród és egy referencia között.elektród közben átfolyó azindikátor indikátor elektród és egy elektród referencia
Lambda szonda
A -szondában 400 C fölötti hőmérsékleten oxigén-ionok diffundálnak a ZrO2 kerámia rácshibáin át. A ZrO2 kerámiát gyakran Yttrium-oxiddal adalékolják. A ZrO2 membrán két oldalán lévő oxigén parciális nyomásokra érvényes a Nernst egyenlet:
pO 2 ( levegő) RT U ln n F PO 2
A ZrO2 detektorokat gyakran alkalmazzák füstgázok oxigén koncentrációjának mérésére. Ekkor a detektort állandó hőmérsékletre fűtik. A gépjárművek kipufogógázaiba közvetlenül helyezik el a szondát. Itt tulajdonképpen nem az O2 koncentráció pontos mérése a feladat, hanem a levegő/üzemanyag arány szabályozása. Amennyiben a kipufogógázok észrevehető mennyiségű CO-ot és CH-eket tartalmaznak, oxigén felesleg esetén a szonda Pt elektródja által katalizált égés jön létre. Az oxigén feleslegre a füstgázban szükség van a katalitikus konverter megfelelő működéséhez. A -szonda nevét innen kapta, mivel feladata akkora légfelesleg beszabályozása, amekkora az el nem égett komponensek teljes oxidációjához szükséges.
Amperometriás elektrokémiai érzékelők
(Au)
Félig-áteresztő teflon membrán
(KOH) (Pb)
Amperometriás elektrokémiai érzékelők
Szakaszos átszívásos mintavételek – Laboratóriumi analízis
Adszorpció
Kémiai reagenssel impregnált hordozó (adszorbens vagy szűrőlap)
Elnyeletés (abszorpció)
Porszűrés
Több fázisú mintavétel
Adszorpciós mintavevő cső (SKC)
Példák adszorpciós mintavételre VEGYÜLET
ADSZORBENS
LEOLDÁS
ANALÍZIS
Alifás és aromás CH-ek Halogénezett CH-ek Észterek, ketonok, stb.
Aktívszén
CS2
GC-FID GC-MS
Molekulaszita (pl. Anarsorb CMS)
CS2
GC
MeOH, EtOH, IPA, Aceton, MEK
Anasorb 747
CS2 + DMF
GC
Fenolok, krezolok
XAD-7
MeOH
HPLC-UV GC-MS
Chromosorb-106
CS2
GC
Butánok
Ciklohexanon, Naftalin
Mintavétel kémiai reagenssel impregnált hordozóra VEGYÜLET REAGENS/HORDOZÓ Aldehidek
Alifás aminok
Etilénoxid
Diizocianátok
Ózon
Hg gőz
LEOLDÁS
ANALÍZIS
Acetonitril
HPLC-UV
7-kloro-4-nitrobenzo-2-oxo-1,3-diazol
THF
HPLC-FLR HPLC-VIS
HBr / Aktívszén
DMF
GC-MS (2-bróm-etanol)
PP / Üvegszálas szűrő 1-(2-piridil)-piperazin
Acetonitril + 10 % DMS
HPLC-UV HPLC-FLR
NO2- / Üvegszálas szűrő
Ionmentes víz
IC
KJ / Aktívszén
Savas
Hideg gőz atomfluoreszcens / AAS
2,4-DNPH / Szilikagél NBD-Cl / XAD-7
Formaldehid mérése levegőből erős sav katalizátor
Karbonil csoport
2,4-dinitro-fenil-hidrazin DNPH
Stabil színes hidrazon származék
R1, R2: -alkil vagy aromás csoport = keton (aceton, MEK) -egyik vagy mindkettő H = aldehid Mintavétel: EMI, Mh., Imm. átszívásos és diffúziós egyaránt Labor analízis: HPLC, UV det. (opt. 365 nm) leoldás: acetonitril pl. oktadekaszilán kolonna, 1:3 víz:metanol mozgó fázis
formalin: fertőtlenítés, tartósítás műgyanták, habok textil, bőr és szőrme kezelése kozmetikumok bútoripar, gyógyszeripar közlekedés dohányzás
Példák elnyeletéses mintavételre VEGYÜLET
ELNYELETŐ OLDAT
ANALÍZIS
HCl
Ionmentes víz
IC
HF
0,5 M NaOH
Potenciometria (IC)
Ammónia
0,05 M kénsav
VIS (indofenolkék)
HCN
0,5 M NaOH
VIS
SO2, SO3
0,3 % H2O2
IC
Cl2
2 % KI
Redox. titr. Na-tioszulfáttal
NO2
TEA
IC
MSZ EN 1911: A HCl meghatározásának kézi módszere MÓDSZER A. Argentometriás titrálás, potenciometriás végpontjelzés (Ag ionszelektív elektród) [1 mg/Nm3-5 g/Nm3]
B. Spektrofotometria Hg-tiocianáttal (460 nm) [ 0,1 mg/Nm3-5 g/Nm3 ]
ZAVARÓ HATÁS -
-
Br , I 22S , SO3 CN SCN-
-
-
KIKÜSZÖBÖLÉS Titrálás több lépcsőben + 30 %-os H2O2 + formaldehid + H2O2 + NH3 + melegítés pH = 10 oldatban
-
Br , I , CN oxidáló anyagok: pl NO2, H2O2, Cl2
Más módszer alkalmazása
HgCl2-al komplexképző vegyületek C. Ionkromatográfia
-2
CO3
[0,1 mg/Nm3-5 g/Nm3 ]
(H2O az alapvonalat torzíthatja)
Kolonna, eluálószer megválasztása (Eluálószer a mintába)
Ammónia mérése pontforrásokból - 1 Alkalmazott szabvány: MSZ 21853-22:1999
Légszennyező források vizsgálata. Az ammónia emisszió meghatározása.
A mérési módszer elve: Az ammónia hipoklorit-ionnal klóramint képez: NH3 + OCl- NH2Cl + OH-. A hipoklorit-iont in-situ módon, nátrium-diklór-izocianurát lúgos hidrolízise során állítják elő. A klóramin Na-nitrozil-pentaciano-ferrát (nitropruszid-Na) jelenlétében Na-szaliciláttal indofenol kék elnevezésű vegyületet hoz létre: A színképző Nessler reagens a kationok – elsősorban Ca és Mg – zavaró hatásának kiküszöbölése végett trinátrium-citrátot tartalmaz. Az ammóniával arányos mennyiségű indofenol kék fényelnyelését a 672,0 nm hullámhosszon mérik. A módszerrel kapcsolatban tudni kell, hogy ammóniaként határozza meg az ammónián túl az összes olyan vegyületet, amely a mintavétel alatt a porszűrőn áthalad, majd az elnyelető oldatban ammóniumionokat képez.
Ammónia mérése pontforrásokból - 2 A mintavétel jellemzése:
Mintavételi sebesség: Gázmérő óra:
rozsdamentes acél szonda, kültéri, 120 oC-ra fűtött Tecora szűrőházzal és Ø 25 mm-es üvegszálas szűrőlappal. rozsdamentes acél szonda, kültéri, 180 oC-ra fűtött, 4 µm-es pórusméretű szinterelt kerámia porszűrővel és NiCr-Ni füstgáz termoelemmel (M+C, PSP 4000 H/C típus). 6/4 mm-es teflon szonda, 50 mm kültéri polikarbonát szűrőtartóval, Ø 47 mm-es üvegszálas szűrőlappal. 2 x 50 ml 0,05 mólos kénsav oldat. saját fejlesztésű, rotaméterrel ellátott, akkumulátoros membrán pumpa, 0,2 – 2,0 l/perc szállítással. kb. 2 l/perc. Itrón, G1,6 RF1 típus, 0,016-1,6 m3/h.
Elemző laboratórium:
Wessling Hungary Kft, eredményeik a 2. mellékletben.
Szonda és porszűrő: Szonda és porszűrő:
Szonda és porszűrő: Elnyelető oldat: Mintavevő szivattyú:
Kőzetgyapot gyártás, Rockwool: Tapolca
Kőzetgyapot gyártás, RockWool: Tapolca
TVOC BAT: 30
Határértékek
CO
NOX
SO2
Por
Fenol
FA
NH3
Eljárás spec. (19.), 8 % O2
1100
-
1400
15
BAT: 10
BAT: 5
BAT: 60
500 (2D)
150
150 (3C)
20 (3A)
500 (2D)
5,0
(0,5)
3,0
0,1
5,0
Általános
Konc., mg/Nm3 Küszöbérték, kg/h
Szilárd anyag / Szálló por mérése Aeroszolok: gázban diszpergált részecskék Szilárd részecskék: füst, szálló por, por Cseppfolyós részecskék: köd
Részecske rendszerek meghatározó tulajdonságai 1. 2. 3. 4. 5.
Részecske méret: tartomány, méret eloszlás Részecske alak (morfológia) Porozitás és felület Sűrűség Kémiai összetétel
Részecske rendszerek méret szerinti besorolása Finomság (D90) • • • • • •
Nano részecskék < 0,1 μm Nagyon finom 0,1-1 μm Finom 1-10 μm Közepes 10-1000 μm Durva 1-10 mm Nagyon durva > 10 mm
Méret tartomány (D90/D10)
Polidiszperz
Monodiszperz: 1,1 (ideális:1,00)
Légköri aeroszolok Részecske méretek, mm
Hatások Légzőrendszer veszélyeztetése
Fényszórás, fényelnyelés látótávolság csökkenése
Felületen ködképződés, megkötődés, kémiai reakciók
Szilárd anyag mintavétel áramló gázokból Probléma: - változatos részecskeméret - nem gázszerű viselkedés Az izokinetikus mintavételtől való eltérés hatása:
Beszívási sebesség túl alacsony
Beszívási sebesség túl magas
Eltérés az izokinetikus mintavételtől
Izokinetikus mintavétel
Gázok áramlási sebességének mérése Pitot-csővel
BME Izokinetikus mintavevő
Izokinetikus mintavétel alkalmazási területei Minden részecske (szilárd vagy folyadék) mintázásánál!
Szilárd anyag (por)
Toxikus fémek
POP vegyületek: PAH, PCB, Dioxinok és Furánok
Formaldehid
Vízoldható vegyületek folyadékcseppek jelenlétében (pl. HCl, NH3)
Részecske méret eloszlás (PM10; PM2,5; PM 1,0)
b-sugár abszorpciós pormérő
Sugárforrás: acélkapszulába zárt Kr85 vagy C14 izotóp Detektor:
Geiger-Müller számláló vagy műanyag szcintillátor
APDA-371 Dust Analyser Method: Beta ray absorbtion (C14) Radiation of 2,22 MBq enables operation without special Autorisation !!! Operation in three cycles
© 2013 2012 HORIBA, HORIBA GmbH. GmbH. All Allrights rightsreserved. reserved.
1.
Beta rays are measured across clean filter tape. Reference cycle
2.
Dust will be deposited on the filter tape. Sampling cycle
3.
Beta rays are measured across dirty filter tape. Measurement cycle
