Rtęć w próbkach mieszanin gazowych – przegląd metod pobierania i oznaczania rtęci

• Autorzy: Król Anna , Kukulska-Zając Ewa

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.11.10

Warianty tytułu

EN

Mercury in samples of gas mixtures – a review of mercury sampling and determination methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Oznaczanie składu mieszanin gazowych, zwłaszcza tych analitów, które występują jako np. substancje zanieczyszczające główne składniki mieszaniny gazowej, wiąże się bardzo często z koniecznością zatężenia analitu, tak aby można było go ilościowo oznaczyć. Analityka gazowych próbek środowiskowych, w tym próbek powietrza oraz powietrza na stanowiskach pracy, jest trudnym zagadnieniem, co wynika z: konieczności pracy z próbkami o rozbudowanej matrycy i niejednorodnym rozkładzie zanieczyszczeń, z trwałości badanego czynnika oraz z możliwości występowania substancji przeszkadzających (tzw. interferentów) w próbce. Natomiast analiza śladowych komponentów paliw gazowych jest utrudniona ze względu na konieczność pobrania próbki odpowiednio zatężonej, tak aby można było ilościowo oznaczyć te komponenty. W niniejszym artykule przedstawiono przegląd i analizę metod stosowanych do pobierania i oznaczania rtęci w mieszaninach gazowych. Obecnie istnieją znormalizowane metodyki pobierania i oznaczania rtęci przeznaczone dla matryc takich jak powietrze, powietrze na stanowiskach pracy, gazy odlotowe czy gaz ziemny. Są to zarówno metody manualne, jak i w pełni zautomatyzowane. Większość opisanych w literaturze przedmiotu metod składa się z dwóch etapów, tj. etapu pobierania próbki na sorbent stały lub ciekły oraz etapu desorpcji i oznaczenia zawartości rtęci w pobranej próbce z wykorzystaniem przeznaczonych do analizy tego pierwiastka metod. Metodami najczęściej stosowanymi do pobierania próbek rtęci w mieszaninach gazowych są metoda amalgamacji na złocie oraz metody sorpcji na sorbentach proszkowych (takich jak węgiel aktywny, hopkalit, impregnowany żel krzemionkowy), włóknach szklanych, impregnowanych sączkach celulozowych i sorbentach ciekłych (takich jak np. mieszaniny kwasów). Metody desorpcji próbki są zróżnicowane i zależne od materiału, na którym zasorbowano analit, oraz od dobranej metody oznaczania rtęci. Do analizy próbek pod kątem zawartości rtęci stosowane są głównie trzy metody, tj. metoda absorpcyjnej spektrometrii atomowej z zastosowaniem zimnych par (CV-AAS), metoda fluorescencyjnej spektrometrii atomowej z zastosowaniem zimnych par (CV-AFS) oraz metoda spektrometrii masowej z plazmą indukcyjnie sprzężoną (ICP-MS). Należy mieć jednak na uwadze, że chociaż dostępne i stosowane do analizy zawartości rtęci w gazie metody są znormalizowane, to jednak nie są odporne na obecność węglowodorów i siarkowodoru w badanych próbkach. To właśnie te związki najczęściej wymienia się jako substancje przeszkadzające podczas oznaczania rtęci w gazach powyższymi metodami.

EN

The determination of the composition of gas mixtures, especially those analytes which exist, for example, as contaminants for the main components of the gas mixture, very often requires the concentration of the analyte so that it can be quantified. The analysis of gaseous environmental samples, including air and air samples at workplaces, is difficult, which results from: the need to work with samples with an extensive matrix and heterogeneous distribution of pollutants, the stability of the analyte and the presence of interfering substances (interferents) in the sample. On the other hand, the analysis of trace components of gaseous fuels is difficult due to the need to collect a suitably concentrated sample so that these components can be quantified. This article provides an overview and analysis of the methods used for the collection and determination of mercury in gas mixtures. Currently, there are standardized mercury collection and determination methodologies dedicated to matrices such as air, workplace air, waste gases or natural gas. These are both manual and fully automated methods. Most of the methods described in the literature on the subject consist of two stages, i.e. the stage of collecting a sample for a solid or liquid sorbent and the stage of desorption and determination of the mercury content in the collected sample using methods dedicated to the analysis of this element. The most frequently used methods for collecting mercury samples in gas mixtures are: the gold amalgamation method and the sorption methods on powder sorbents (such as activated carbon, hopcalite, impregnated silica gel), glass fibers, impregnated cellulose filters and liquid sorbents (such as e.g. acids). The methods of sample desorption are varied and depend on the material on which the analyte has been absorbed and the selected mercury determination method. Three methods are mainly used to analyze samples for mercury content, i.e. the cold vapor atomic absorption spectrometry method (CV-AAS), the cold vapor fluorescence atomic spectrometry method (CV-AFS) and the inductively coupled plasma mass spectrometry method (ICP-MS). However, it should be kept in mind that although the methods available and used for the analysis of mercury content in gas are standardized, they are not resistant to the presence of hydrocarbons and hydrogen sulphide in the tested samples. These are the compounds that are most often mentioned as substances interfering in the determination of mercury in gases using the above-mentioned methods.

Słowa kluczowe

PL

metody oznaczania rtęci; rtęć w gazach; oznaczanie rtęci w gazie ziemnym

EN

mercury determination methods; mercury in gas; determination mercury in natural gas

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 11
• Strony: 846--853
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz.

Twórcy

autor

Król Anna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kukulska-Zając Ewa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Agilent Technologies, 2011. Successful Low Level Mercury Analysis using the Agilent 7700 Series ICP-MS. <https://www.agilent.com/cs/library/articlereprints/public/5990_7173EN.pdf> (dostęp: październik 2019).
• Alberta Research Council Inc., 2009. Potential Release of Heavy Metals and Mercury from UOG Industry into the Ambient Environment – Literature Review. Final report. October 16.
• Boszke L., 2009. Kierunki badań i możliwości analityczne w technice fluorescencyjnej spektroskopii atomowej dla oznaczeń rtęci w próbkach środowiskowych. Wiadomości Chemiczne, 63: 7–8.
• Boszke L., Kowalski A., Głosińska G., Siepak J., 2002. Analityczne aspekty oznaczania rtęci całkowitej oraz form fizyczno-chemicznych rtęci w próbkach środowiskowych. Część I. Pobieranie, przechowywanie, zatężanie oraz oznaczanie rtęci całkowitej. Ekologia i Technika, 10(4): 106–112.
• Ferrara R., Mozzolai B., Lanzillotta E., Nucaro E., Pirrone N., 2000. Volcanoes as emission sources of atmospheric mercury in the Mediterranean Basin. Science of the Total Environment, 259: 115–121. DOI: 10.1016/s0048-9697(00)00558-1.
• Filho N.L.D., do Carmo D.R., 2006. Study of an organically modified clay: Selective adsorption of heavy metal ions and voltammetric determination of mercury(II). Talanta, 68: 919–927. DOI: 10.1016/j.talanta.2005.06.028.
• Gworek B., Bemowska O., Dmuchowski W., Szewczyk A., Wrzostek-Jakubowska J., 2013a. Źródła uwalniania rtęci do środowiska – regulacje prawne. Wyd. 1. Monografia IOŚ – PIB, Warszawa. ISBN 978-83-60312-42-1.
• Gworek B., Dmuchowski W., Bemowska O., Kucharczyk K., Wrzostek-Jakubowska J., Borzyszkowski J., 2013b. Rtęć w środowisku. Wyd. 1. Monografia IOŚ – PIB, Warszawa. ISBN 978-83-60312-52-0.
• Hall G.E.M., Pelchat P., 1999. Comparability of Results Obtained by the Use of Different Selective Extraction Schemes for the Determination of Element Forms in Soils. Water Air Soil Pollutants, 112: 41–53. DOI: 10.1023/A:1005073432015.
• Hławiczka S., 2008. Rtęć w środowisku atmosferycznym. Works & Studies – Prace i Studia nr 73. Wyd. IPIŚ PAN, Zabrze.
• Holewa J., Szlęk M., 2013. Ocena jakości gazów palnych. Nafta-Gaz, 6: 450–454.
• Jaćimović R., Horvat M., 2004. Determination of total mercury in environmental and biological samples using k0-INAA, RNAA and CVAAS/AFS techniques: Advantages and disadvantages. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 259: 385–390. DOI:10.1023/B:JRNC.0000020905.95715.88.
• Janocha A., 2011. Badania procesów korozji w odwiertach o dużej zawartości rtęci. Nafta-Gaz, 3: 171–174.
• Kogut K., Smulski R., Szurlej A., 2018. Problem rtęci w eksploatacji i zużyciu gazu ziemnego na tle innych paliw. Przemysł Chemiczny, 6(97): 888–891. DOI: 10.15199/62.2018.6.10.
• Krasińska A., 2011. Doskonalenie metod oznaczania zawartości substancji nieorganicznych w powietrzu na przykładzie par rtęci. Nafta-Gaz, 9: 654–660.
• Król A., Krasińska A., Kukulska-Zając E., 2014. Rtęć w środowisku – najnowsze wytyczne związane z gospodarowaniem zasobami rtęci. Chemik, 68(11): 973–978.
• Król A., Kukulska-Zając E., Macuda J., 2016. Metody monitoringu i remediacji gruntów zanieczyszczonych rtęcią na terenach przemysłowych. Nafta-Gaz, 8: 626–632. DOI: 10.18668/NG.2016.08.06.
• Leopold K., Harwardt L., Schuster M., Schlemmer G., 2008. A new fully automated on-line digestion system for ultra trace analysis of mercury in natural waters by means of FI-CV-AFS. Talanta, 76: 382–388. DOI: 10.1016/j.talanta.2008.03.010.
• Li X., Wang Z., 2007. Determination of mercury by intermittent flow electrochemical cold vapor generation coupled to atomic fluorescence spectrometry. Analytica Chimica Acta, 588: 179–183. DOI: 10.1016/j.aca.2007.02.003.
• Loppi S., 2001. Environmental distribution of mercury and other traces elements in the geothermal area of Bagnore (Mt Amiata, Italy). Chemosphere, 45: 991–995. DOI: 10.1016/S0045-6535(01)00028-5.
• Lu J.Y., Schroeder W.H., 1999. Sampling and determination of particulate mercury in ambient air: a review. Water, Air and Soil Pollution, 112: 279–295. DOI: 10.1023/A:1005057022001.
• Lubaś J., 1986. Rtęć w permsko-karbońskich gazach ziemnych Niżu Polskiego. Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa, 56.
• Lumex. Mercury determination in natural gas. <https://www.lumexinstruments.com/applications/mercury-determination-in-natural-gas.php> (dostęp: październik 2019).
• Mercury Instruments GmbH, 2008. MMS – Mercury Monitoring System for Natural Gas. <http://www.mercuryinstrumentsusa.com/Brochures/MI%20MMS-NG%20Brochure.pdf> (dostęp: październik 2019).
• Morita H., Tanaka H., Shimomura S., 1995. Atomic fluorescence spectrometry of mercury: principles and developments. Spectrochimica Acta B 50: 69. DOI: 10.1016/0584-8547(94)00116-D.
• Nriagu J., Becker C., 2003. Volcanic emissions of mercury to the atmosphere: global and regional inventories. Science of the Total Environment, 304: 3–12. DOI: 10.1016/S0048-9697(02)00552-1.
• O’Driscoll N.J., Siciliano S.D., Lean D.R.S., 2003. Continuous analysis of dissolved gaseous mercury in freshwater lakes. Science of the Total Environment, 304: 285–294. DOI: 10.1016/S0048-9697(02)00575-2.
• Pandey S.K., Kim K., Brown R.J.C., 2011. Measurement techniques for mercury species in ambient air. Trends in Analytical Chemistry, 30(6): 899–917. DOI: 10.1016/j.trac.2011.01.017.
• Park S.M., Choi H.S., 2002. Sensitized spectrophotometric determination of trace Hg(II) in benzalkonium chloride media. Analytica Chimica Acta, 459: 75–81. DOI: 10.1016/S0003-2670(02)00103-4.
• PEI, Portnoy Environmental, Inc., 2015. The Measurement & Monitoring of Mercury. In Gas-Phase Hydrocarbon Process Streams. Mercury Management. White Paper 2015. PEI (Mercury & Chemical Services Group) and EFGS. <http://pei-tx.com/pdf/The-Measurement-&-Monitoring-Of-Mercury-In-Gas-Phase-Hydrocarbon-Process-Streams.pdf> (dostęp: marzec 2020).
• Pyta H., 2010. Metody pomiarów zawartości rtęci w pyle zawieszonym. [W:] Musialik-Piotrowska A., Rutkowski J.D. (red.). Współczesne osiągnięcia w ochronie powietrza atmosferycznego. Materiały z X Konferencji POL-EMIS 2010. Wyd. PZITS nr 893. ISBN 978-83-921167-9-0.
• Pyta H., Grzegorczyk M., Zajusz R., 2008. Wpływ warunków pobierania próbek na wyniki pomiarów stężenia rtęci w powietrzu. [W:] Musialik-Piotrowska A., Rutkowski J.D. (red.). Aktualne problemy w ochronie powietrza atmosferycznego. Materiały z IX Konferencji POL-EMIS 2008. Wyd. PZITS nr 880. ISBN 978-83-921167-6-9.
• Selin N.E., 2009. Global Biogeochemical Cycling of Mercury: A Review. The Annual Review of Environment and Resources, 34: 43–63. DOI: 10.1146/annurev.environ.051308.084314.
• Siepak J., Boszke L., 2004. Analytical methods in determination of mercury species in environmental samples. An overview. Acta Toxicologica, 12: 87–100. UNEP, 2013. Global Mercury Assessment 2013: Sources, Emissions, Releases and Environmental Transport.
• Valente R.J., Shea C., Humes K.L., Tanner R.L., 2007. Atmospheric mercury in Global Smoky Mountains compared to regional and global levels. Atmospheric Environment, 42: 1861–1873. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2006.10.054.
• Zhu X., Alexandratos S.D., 2007. Determination of trace levels of mercury in aqueous solutions by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry: Elimination of the ‘memory effect’. Microchemical Journal, 86: 37–41. DOI: 10.1016/j.microc.2006.09.004.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• ASTM D6350-14 Standard Test Method for Mercury Sampling and Analysis in Natural Gas by Atomic Fluorescence Spectroscopy.
• PN-C-04752:2011 Gaz ziemny – Jakość gazu w sieci przesyłowej.
• PN-C-04753:2011 Gaz ziemny – Jakość gazu dostarczanego odbiorcom z sieci dystrybucyjnej.
• PN-EN 13211:2006 Jakość powietrza – Emisja ze źródeł stacjonarnych – Manualna metoda oznaczania stężenia rtęci ogólnej.
• PN-EN 14884:2010 Jakość powietrza – Emisja ze źródeł stacjonarnych – Oznaczanie rtęci całkowitej: automatyczne systemy pomiarowe.
• PN-EN 15852:2010 Jakość powietrza atmosferycznego – Standardowa metoda oznaczania rtęci gazowej całkowitej.
• PN-EN ISO 6978-1:2007 Gaz ziemny – Oznaczanie rtęci – Część 1: Pobieranie próbek rtęci metodą chemisorpcji na jodzie.
• PN-EN ISO 6978-2:2007 Gaz ziemny – Oznaczanie rtęci – Część 2: Pobieranie próbek rtęci metodą amalgowania włókna ze stopu złoto– platyna.
• PN-Z-04332:2006 Ochrona czystości powietrza – Oznaczanie par rtęci na stanowiskach pracy metodą absorpcyjnej spektrometrii atomowej techniką zimnych par.
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 2 lipca 2010 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu gazowego (Dz.U. nr 133, poz. 891).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).