Fingerprinting niskolotnych frakcji i produktów naftowych techniką cienkowarstwowej chromatografii cieczowej (TLC) w identyfikacji przecieków procesowych oraz skażenia środowiska

• Autorzy: Kosińska J. , Boczkaj G. , Gudebska J. , Kamiński M.

Warianty tytułu

EN

Fingerprint comparison of low-volatile petroleum products by means of Thin Layer Chromatography (TLC) for identification of process leakages and environmental pollution

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podczas eksploatacji instalacji technologicznych może dochodzić do rozszczelnień prowadzących do przecieków, tak, zanieczyszczeń wód procesowych, jak i wzajemnego zanieczyszczania strumieni procesowych. Tego typu zakłócenia mają miejsce przede wszystkim w przypadku wymienników ciepła, gdzie strumienie wsadów lub wód chłodzących odbierają ciepło od strumieni procesowych. Pojawienie się tam nieszczelności prowadzi do zanieczyszczania strumieni procesowych wodą, lub wód procesowych składnikami strumieni procesowych, albo wzajemnej kontaminacji strumieni procesowych. To najczęściej czyni produkt naftowy nieprzydatny użytkowo, albo znacznie utrudnia, lub uniemożliwia recyrkulację wód procesowych. Następuje konieczność zatrzymania odpowiedniej instalacji, znalezienia miejsca nieszczelności i jej usunięcia. W przypadku złożonej konfiguracji instalacji i krzyżowania się wielu strumieni procesowych ustalenie lokalizacji nieszczelności jest niezwykle trudne. Jednocześnie, w przypadku stwierdzenia nieszczelności, konieczne jest szybkie ustalenie jej miejsca. Zastosowanie do tego celu znajdują głównie techniki i metodyki analityki technicznej o niskiej czasochłonności i znacznej prostocie wykonania. Najważniejsza jest identyfikacja źródła zanieczyszczenia, a dokładne określenie stężenia ma znaczenie drugorzędne. W pracy zbadano możliwość zastosowania stosunkowo prostej i szybkiej procedury przygotowania próbki, rozdzielania grup składników techniką cienkowarstwowej chromatografii ciecz owej (TLC), wizualizacji w świetle UV 254 oraz 360 nm i analizy porównawczej cech plamek na płytkach TLC do określenia rodzaju niskolotnego materiału ropopochodnego stanowiącego zanieczyszczenie wód procesowych, lub wyciek z instalacji w rafinerii ropy naftowej. Procedura obejmuje odwadnianie próbek i kilkuetapowe rozwijanie chromatogramów cienkowarstwowych materiału stanowiącego przeciek oraz materiałów podejrzanych o jego istotę, wykonywane raz w kierunku rosnącej oraz po raz drugi - malejącej siły elucyjnej eluentu. Wizualne porównywanie w świetle UV barwy, kształtu, a także wielkości plamek, po dozowaniu i po każdym etapie elucji pozwala na bardzo wysoce prawdopodobną identyfikację źródła przeciek u, lub skażenia środowisk a. W wynik u badań stwierdzono, że metodyka ta pozwala w praktyce na uzyskanie wysokiego stopnia pewności co do identyfikacji zanieczyszczenia i wskazania materiału porównawczego będącego jego źródłem. Skuteczność metodyk i potwierdzono w zastosowaniu do źródła skażenia wód technologicznych w rafinerii ropy naftowej, a także w przypadku skażenia środowiska naturalnego nisko lotnymi produktami naftowymi. Opisano sposób wykonania poszczególnych etapów badania oraz warunki, jakie muszą zostać spełnione aby efektywność identyfikacji była jak najwyższa. W konsekwencji, zaproponowana metodyk a może być także bardzo przydatna dla identyfikacji źródła zanieczyszczenia środowiska naturalnego niskolotnymi naftowymi strumieniami, lub produktami naftowymi, tak wód, jak gleb i osadów dennych, szczególnie jeżeli dysponujemy materiałem porównawczym.

EN

During the operation of the process installations an unsealing can occur leading to both contamination of process waters and cross-contamination of process streams. This type of interference can occur mainly in the heat exchangers, where the batch streams or cooling waters streams withdraw the heat from the process streams. The appearance of leakage leads to the contamination: of process streams by water, or process waters by the proces streams components, or cross-contamination of process streams. Most often, this causes the total unsuitability of the petroleum product, or greatly hinders process waters recirculation or even makes it impossible. As an effect of the leakage it is necessary to stop the work of given installation, find the place responsible for the leakage and repair it. In the case of complex configuration of installation and the crossing of multiple process streams the determination of the leakage location is extremely difficult. Simultaneously, in the case of leakage presence, a quick repair of its source is needed. For this purpose mainly a low time-consuming techniques and methodologies, favorably characterized also by high simplicity, are used. The most important is to identify the source of contamination, while the precise quantification of the contaminant concentration has minor significance. The work relates to the possibility of using a relativel y simple and fast procedure for sample preparation, separation of group components by means of thin-layer liquid chromatography (TLC), visualization in UV light at 254 and 360 nm, and a comparative analysis of spots on TLC plates to determine the type of low volatile petroleum material being a component of process water or a leakage from the oil refinery installation. The proposed procedure includes dehydration of samples and development of multi -step elution of the sample from the leakage, as well as, the samples of materials suspected to be a source of this leakage, carried out towards increasing and then decreasing elution strength of the eluent. The comparison of obtained TLC chromatograms in UV light included the comparison of the shape, size, position, and color of spots after placing all spots of tested samples on TLC plates and after each elution step. This leads to very high degree of certainty with reference to identification of the leakage source or environment pollution source. The results of proposed study allowed for drawing the conclusion that the presented methodology allows for obtaining a high degree of certainty with reference to identification of the pollution (leakage) and indication of material being the source of this pollution. The effectiveness of the methodology was confirmed by applying it to identification procedure of the contamination source of process water in oil refinery, as well as, in the case of environmental pollution by low-volatile petroleum products. The paper also includes the exact description of respective procedure’s steps and the conditions which have to be fulfilled to achieve the highest possible efficiency of the identification. Consequently, the proposed methodology can also be very useful for identifying the source of environmental pollution – both water, soil and sediments pollution (especially if we have comparative material) – by low-volatile petroleum streams or petroleum products.

Słowa kluczowe

PL

chromatografia cienkowarstwowa; TLC; niskolotne produkty naftowe; nieszczelności instalacji procesowych; przecieki do wód procesowych; identyfikacja źródła przecieku; skażenie środowiska naturalnego; identyfikacja źródła skażenia

EN

thin layer chromatography; TLC; low volatile petroleum products; identification of pollution source; contamination of natural environment; identification of the source of contamination

• Wydawca: Publishing House of Siedlce University of Natural Sciences and Humanities
• Czasopismo: Camera Separatoria
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 5, No. 2
• Strony: 56--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kosińska J.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska

autor

Boczkaj G.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska

autor

Gudebska J.

• Grupa LOTOS S.A. 80-718 Gdańs k, ul. Elbląs ka 135

autor

Kamiński M.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska

Bibliografia

• 1. Norma IP 314/74, IP standard 314/74 (1988).
• 2. Y. W. Wang, T. F. Yen, Rapid separation and characterization of fuels by Thin Layer Chromatography, J. Planar Chromatogr., 3 (1990) 376-380.
• 3. Vreven F., “Neue Perspekti ven in der chemischen Analytik von Bindemitteln wi e Bitumen und Teer”, New perspectives in the chemical analytics of binders such as bitumen and tar, Asphalt, 1 (1994).
• 4. K. Dunn, G.V. Chilingarian, H. Lian, Y.Y. Wang, T.F.Yen, Chapter 11 Analysis of Asphalt and Its Components by Thin-Layer Chromatography, Develop. in Petroleum Sci., 40, part B (2000) 305.
• 5. S. Chattopadhyay, S. Das, R. Sen, Rapid and precise estimation of biodiesel by high performance thin layer chromatography, Appl. Energ. 88 (2011) 5188.
• 6. S. Agatonovic-Kustrin, Ch. M. Loescher, Qualitative and quantitative high performance thin layer chromat ography anal ysis of Calendula officinalis using high resolution plate imaging and artificial neural network data modeling, Anal. Chim. Acta 798 (2013) 103–108.
• 7. M. A. Hawrył , M. Waksmundzka-Hajnos, Two-dimensional thin-layer chromatography of selected Polygonum sp. extracts on polar-bonded stationary phases, J. Chromatogr. A 1218 (2011) 2812–2819.
• 8. M. Jaszczołt, G. Boczkaj, A. Lewandowski, A. Skrzypczak, A. Królicka, M. Kamiński, „Badania nad doborem najkorzystniejszego składu eluentu do rozdzielania metabolitów wtórnych z grupy naftochinonów i flawonoidów z zastosowani em chromat ografii planarnej w normalnym i odwróconym układzie faz”, A research on the composition of the eluent for separation of plant metabolites b y reverse phase planar chromatography, Cam. Sep. 3 (1) (2011) 147-160.
• 9. H. A. Khan, I. A. Arif, J. B. Williams, A. M. Champagne, M. Shobrak, Skin lipids from Saudi Arabian birds, Saudi J. of Biol. Sci. (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j.sjbs.2013.09.00 8
• 10. M. J. Baran, P. K. Zarzycki, „Szybka metoda frakcjonowania lipidów i substancji niepolarnych w piórach ptaków z wykorzystaniem termostatowanej mikrochromatografii planarnej (micro -TLC)”, Fast method for fractionation of lipids and related non-polar substances from birds ’ feathers using thermostated micro- TLC, Cam. Sep. 3 (1) (2011) 221-227.
• 11. P. K. Zarzycki, M. M. Ślączka, E. Włodarczyk, M. J. Baran, Micro-TLC Approach for Fast Screening of Environmental Samples Derived from Surface and Sewage Waters, Chromatographia 76 (2013) 1249– 1259.
• 12. P. K. Zarzycki, M. M. Ślączka, M. B. Zarzycka, M. A. Bartoszuk, E. Włodarczyk, M. J. Baran, Temperature-controlled micro-TLC: A versatile green chemistry and fast analytical tool for separation and preliminary screening of steroids fraction from biological and environmental samples, J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 127 (2011) 418–427.
• 13. M. Jeleń, B. Morak-Młodawska, K. Pluta, Thin-layer chromatographic detection of new azaphenothiazines, J. Pharm. Biomed. Anal. 55 (2011) 466–471.
• 14. D. D. Joshi, Herbal Drugs and Fingerprints, 2012 Evidence Based Herbal Drugs, Springer India 2012, http://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-81-322-0804-4_3#
• 15. A. Puscas, A. Hosu, C. Cimpoiu, Application of a newly developed and validated high-performance thin-layer chromatographic method to control honey adulteration, J. Chromatogr. A 1272 (2013) 132– 135.
• 16. M. Kucharska, J. Grabka, A review of chromatographic methods for determination of synthetic food dyes, Talanta 80 (2010) 1045–1051.
• 17. A. A. Herod and M.-J. Lazaro, Thin-Layer (Planar) Chromatography, Encyclopedia of Separation Science.
• 18. V. L. Bebolla, L. Membrado, M. P. Domingo, P. Henrion, R. Garriga, P. González, F. P. Cossío, A. Arrieta, J. Vela, Quantitative Applications of Fluorescence and Ultraviolet Scanning Densitometry for Compositional Analysis of Petroleum Products in Thin-Layer Chromatography, J. Chromatogr. Sci., 37 (1999) 219-226.
• 19. S. J. Pollardt, S. E. Hrudey, Hydrocarbon Wastes at Petroleum- and Creosote-Contaminated Sites: Rapid Characterization of Component Classes by Thin-Layer Chromatography with Flame Ionization Detection, Environ. Sci. Technol., 26 (1992) 2528-2534.
• 20. B.-J. Yang, L. Zheng, X.-T. Han, M.-G. Zheng, Development of TLC–FID technique for rapid screening of the chemical composition of microalgae diesel and biodiesel blends , Fuel 111 (2013) 344–349.
• 21. M. Kamiński, J. Gudebska, T. Górecki, R. Kartanowicz, Optimized conditions for hydrocarbon group type analysis of base oils by thin-layer chromatography–flame ionisation detection, J. Chromatogr. A 991 (2003) 255–266.
• 22. E. Alsbou , R. Helleur, Whole sample analysis of bio-oils and thermal cracking fractions by Py-GC/MS and TLC–FID, J. Anal. Appl. Pyrolysis 101 (2013) 222–231.
• 23. S. Wang, G. Guo, Z. Yan, G. Lu, Q. Wang, F. Li, The development of a method for the qualitative and quantitative determination of petroleum hydrocarbon components using thin-layer chromatography with flame ionization detection, J. Chromatogr. A 1217 (2010) 368–374
• 24. Kamiński M., Gudebska J., “Materiały V Polskiej Konferencji Chemii Analitycznej”, Materials from Vth Polish Conference on Analytical Chemistry, Gdańsk (1995) 544.
• 25. Gaca J., “Analiza stosowanych metod oznaczania produktów naftowych w gruncie i wodach gruntowych”, Review of methods used for the determination of oil products in the soil and in the groundwater, Kielce, Amelówka, (1997) 107-117.
• 26. Gudebska J., Kamiński M., The method of identification of low-volatile petroleum products utilizing thinlayer chromatography, Chem. Anal. (Warsaw), 43 (1998) 859-865.