Разработка полуавтоматической станции мониторинга концентраций органических загрязнителей в атмосферном воздухе городов хроматографическими методами

Проект Министерства образования и науки Республики Казахстан
4185/ГФ4

Mobirise Website Builder


Актуальность проекта:

Во всем мире загрязнение атмосферного воздуха и воздуха внутри помещений считается основным источником риска здоровью людей. Одним из основных этапов деятельности по уменьшению негативного влияния загрязнения воздуха является его мониторинг. Используемые в настоящий момент стандартные методы определения летучих органических соединений (ЛОС) основаны на отборе воздуха в контейнеры либо улавливании ЛОС сорбционными трубками. Данные методы очень сложные, трудоемкие и требуют дорогостоящих термодесорбера и устройства для криогенного фокусирования, что существенно ограничивает их применение и эффективность мониторинга.
Наиболее перспективным методом определения ЛОС в воздухе является твердофазная микроэкстракция (ТФМЭ). Метод ТФМЭ основан на сорбции ЛОС микрополимерным покрытием с последующей десорбцией аналитов непосредственно в устройстве для ввода проб газового хроматографа. При ТФМЭ десорбция аналитов происходит практически мгновенно в испарителе газового хроматографа, а криофокусирование не требуется. С использованием ТФМЭ в воздухе города Алматы идентифицированы более 100 ЛОС.
Для мониторинга атмосферного воздуха наибольшую важность представляет определение средневзвешенных концентраций ЛОС, которые возможно определить при ТФМЭ в защитной игле. Однако основным недостатком данного подхода является недостаточная точность, которая вызвана конкуренцией между аналитами, неконтролируемой сорбция аналитов на металлических частях держателя, а также влиянием температуры. Также применимость метода ограничена сложностью калибровки.
В рамках данного проекта будут разработана полуавтоматическая станция для мониторинга концентраций ЛОС в атмосферном воздухе на основе ТФМЭ с контролируемой подачей воздуха и термостатированием. Для выбора оптимальной конструкции станции будут разработаны и протестированы 3 прототипа, использующие различные методы подачи воздуха в камеру для экстракции. Будет разработан более быстрый, простой и эффективный методы калибровки, а также рассмотрена возможность проведения калибровки непосредственно в станции в ходе отбора воздуха. 

Цель проекта:

разработать полуавтоматическую станцию мониторинга концентраций органических загрязнителей в атмосферном воздухе городов хроматографическими методами.

Задачи проекта:

  1. Разработка трех прототипов станции, основанных на различных принципах (диффузия, прокачка воздуха и комбинированный).
  2. Разработка методики одновременного определения 20 основных органических загрязнителей атмосферного воздуха с использованием разрабатываемой станции.
  3. Тестирование прототипов для определения основных органических загрязнителей атмосферного воздуха в различных условиях (на модельном и реальном воздухе) для поиска слабых мест и выбора наиболее эффективного прототипа

Используемые методы:

  • Газовая хроматография с масс-спектрометрическим детектированием
  • Твердофазная микроэкстракция

Преимущества разрабатываемой станции мониторинга перед термодесорберами:

  • Существенно (>10 раз) более низкая себестоимость за счет простой конструкции;
  • Простота использования за счет отсутствия необходимости криогенного фокусирования аналитов.

Потенциальным пользователям разработок:

Если Вы заинтересованы в использовании разрабатываемой станции, обращайтесь к руководителю проекта Кенесову Булату Нурлановичу по адресу bkenesov@cfhma.kz.

​Публикации по проекту:
Статьи в международных журналах:

  1. Baimatova N., Koziel J., Kenessov B., 2015. Quantification of benzene, toluene, ethylbenzene and o-xylene in internal combustion engine exhaust with time-weighted average solid phase microextraction and gas chromatography mass spectrometry. Analytica Chimica Acta 873, 38-50. (IF=4.95, первый квартиль в разделе "Chemistry, Analytical")
  2. Baimatova N., Kenessov B., Koziel J.A., Carlsen L., Bektassov M., Demyanenko O., 2016. Simple and accurate quantification of BTEX in ambient air by SPME and GC-MS. Talanta 154, 46-52. (IF = 4.162, первый квартиль в разделе "Chemistry, Analytical")
  3. Baimatova N., Koziel J.A., Kenessov B., 2017. Sampling and analysis of naphthalene in internal combustion engine exhaust with retracted SPME device and GC-MS. Atmosphere 8, 130. (IF = 1.487, третий квартиль в разделе "Meteorology & Atmospheric Sciences")
  4. Carlsen L., Bruggemann R., Kenessov B., 2018. Use of partial order in environmental pollution studies demonstrated by urban BTEX air pollution in 20 major cities worldwide. Science of the Total Environment 610-611, 234-243. (IF=4.900, первый квартиль в разделе "Environmental Sciences") 

Тезисы конференций:

  1. Bektassov M., Zagainova M., Baimatova N.K., Kenessov B.N., 2015. Volatile organic compounds monitoring in air of Almaty city by using gas chromatography mass spectrometry and solid-phase microextraction. Abstracts of the International conference “Mendeleev-2015”, Saint Petersburg, Russia. P.371.
  2. Demyanenko O., Baimatova N., Kenessov B., Bektassov M., Koziel J.A., 2016. Accurate quantification of time-weighted average concentrations of BTEX by SPME and GC-MS. Abstracts of 18th International Symposium on Advances in Extraction Technologies & 22nd International Symposium on Separation Sciences, Torun, Poland. P.100.
  3. Baimatova N., Derbissalin M., Kabulov A., Dalabaeva A., Kenessov B., 2016. Application of SPME for the development of technologies of BTEX removal from air by carbon-based adsorbents. Abstracts of 18th International Symposium on Advances in Extraction Technologies & 22nd International Symposium on Separation Sciences, Torun, Poland. P.150.
  4. Kenessov B., Koziel J., 2017. Modelling of time-weighted average air sampling by retracted SPME fiber using Comsol Multiphysics software. Abstracts of 19th International Symposium on Advances in Extraction Technologies, Santiago de Compostela, Spain. P.89.
  5. Koziel J., Kenessov B., Baimatova N., Tursumbayeva M., Maurer D.L., 2017. Recent developments in time-weighted average sampling of gases with retracted solid-phase microextraction. Abstracts of 19th International Symposium on Advances in Extraction Technologies, Santiago de Compostela, Spain. P.56.

Интерактивные онлайн-лекции:

  1. Кенесов Б.Н., Тухметова Д., Шакешев М. Введение в твердофазную микроэкстракцию (на английском и русском языках)
  2. Кенесов Б.Н., Оразбаева Д.С., Умирбекова Ж. Количественный химический анализ с использованием твердофазной микроэкстракции (на английском и русском языках)

Created with Mobirise ‌

Web Designer Software