СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА Российский патент 1996 года по МПК G01N31/00 

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для контроля концентрации аммиака в воздухе производственных помещений или атмосфере населенных пунктов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения концентрации аммиака, включающий перевод аммиака в аэрозоль путем пропускания анализируемого воздуха над реагентом кристаллогидратом азотнокислого железа и последующую регистрацию полученного аэрозоля.

При пропускании потока анализируемого воздуха, содержащего аммиак, над поверхностью реагента осуществляется взаимодействие аммиака с кристаллогидратом азотнокислого железа. Механизм этого взаимодействия можно представить следующим образом.

Первоначально твердый реагент разлагается с образованием над его поверхностью газообразного вещества паров азотной кислоты
Fe(NO₃)₃•9H₂O _→ Fe(NO₃)₂(OH)•8H₂O+HNO₃ (1)
Затем осуществляется необратимая газофазная реакция образования аэрозоля
NH₃+HNO₃_→ NH₄NO₃ (2)
Концентрация аэрозоля измеряется электроиндукционным пылемером (ЭИП).

Достоинством данного способа является высокая чувствительность и возможность непрерывного контроля концентрации аммиака в течение длительного времени.

Недостатками способа являются невысокая точность и неэкономичность, обусловленные тем, что реагент-преобразователь в процессе определения концентрации аммиака постепенно расходуется и превращается в непригодный для использования продукт.

При длительной эксплуатации реагента погрешность определения концентрации аммиака может достигать 40 и более (см. табл. 1).

Кроме того, кристаллогидрат азотнокислого железа при длительном хранении в негерметичной таре подвергается частичному гидролитическому расщеплению, т. е. изменяет свой исходный состав, что может привести при измерении концентрации аммиака с использованием кристаллогидрата азотнокислого железа разных партий к погрешности, достигающей также 40
Поэтому для сохранения точности способа определения концентрации аммиака надо брать новые порции свежего кристаллогидрата азотнокислого железа, что приводит к снижению экономичности способа, т.к. Fe(NO₃)₃•9H₂O является фондируемым реактивом.

Технической задачей является повышение точности и экономичности способа определения аммиака путем стабилизации свойств реагента.

Для решения поставленной задачи в способе определения концентрации аммиака, включающем перевод аммиака в аэрозоль путем пропускания анализируемого воздуха над реагентом кристаллогидрата азотнокислого железа и последующую регистрацию полученного аэрозоля, перед пропусканием анализируемого воздуха кристаллогидрат азотнокислого железа выдерживают до постоянной массы над раствором азотной кислоты концентрации 55 65 мас. а пропускание осуществляют не более 85 ч.

Выдерживание кристаллогидрата азотнокислого железа до постоянной массы над 55 65 мас. раствором азотной кислоты приводит к стабилизации его состава, а значит к повышению точности определения концентрации аммиака. При этом из экспериментов установлено, что реагент после выдерживания сохраняет свои свойства практически неизменными при пропускании над ним аммиака не более 85 ч, при этом погрешность определения концентрации не превышает 10% Кроме того, увеличивается экономичность способа, т. к. кристаллогидрат азотнокислого железа не поступает в отходы после отработки, а может быть использован многократно.

Совокупность указанных новых операций необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в известных аналогах не использована.

Пример 1. Были взяты 5 партий (из разных емкостей) реагента - кристаллогидрата азотнокислого железа и выдержаны над 65 мас. раствором азотной кислоты в течение 3 сут до постоянной массы. С каждой партией реагента провели эксперименты. Газовоздушную смесь, содержащую аммиак в количестве 5,7 мг/м³, с объемной скоростью 1 л/мин пропускали над слоем кристаллогидрата азотнокислого железа, поверхность контакта которого с газом составляла 27 см². Образовавшийся в результате взаимодействия аммиака с кристаллогидратом азотнокислого железа аэрозоль направляли в электроиндукционный пылемер (ЭИП), где регистрировалась концентрация аэрозоля в единицах концентрации аммиака. Результаты эксперимента представлены в табл. 2.

По мере отработки реагента-преобразователя концентрация аэрозоля уменьшается, в связи с этим увеличивается погрешность измерения. Как следует из опытных данных, разные партии кристаллогидрата азотнокислого железа дают мало отличающиеся измеряемые значения концентрации аммиака как сразу после выдерживания реагента над 65 мас. раствором азотной кислоты, так и в результате эксплуатации реагента. Время непрерывной эксплуатации реагента определяется заданной точностью измерения концентрации аммиака. При времени эксплуатации реагента не более 85 ч погрешность измерения не превысит 10
Пример 2. После эксплуатации реагента в каждой из 5 партий в течение 160 ч его выдержали над 55 мас. раствором азотной кислоты до постоянной массы. Снова с каждой из 5 партий провели эксперименты по определению концентрации аммиака. Результаты экспериментов приведены в табл. 3.

Как следует из опытных данных, все партии реагента дают мало отличающиеся измеряемые значения концентрации аммиака. При времени эксплуатации реагента не более 85 ч погрешность измерения концентрации аммиака не превысит 10
Пример 3. Анализируемый газ, содержащий микропримеси аммиака 0,001 10 мг/м³, с объемной скоростью 1 л/мин пропускали над слоем кристаллогидрата азотнокислого железа, поверхность взаимодействия которого с газом составляла 27 см². Образовавшийся аэрозоль направляли в электроиндукционный пылемер. Для проведения опыта были взяты образцы кристаллогидрата азотнокислого железа из трех различных партий, предварительно выдержанные в течение 72 ч в эксикаторе над 60 мас. раствором азотной кислоты до установления постоянной массы. Для всех трех партий получены практически одинаковые результаты при эксплуатации реагента в течение 85 ч.

Пример 4. После эксплуатации реагента в течение 160 ч его выдерживали над 50 мас. раствором азотной кислоты в течение 3 сут. Реагент не восстанавливал своих свойств на поверхности оставалась плотная коричневая корочка отработанного реагента. При разбавлении азотной кислоты до 39 мас. отработанный реагент не только не восстанавливал свои свойства, но, наоборот, подвергался дальнейшему гидролитическому расщеплению: резко увлажнялся и темнел.

Верхняя граница концентрации азотной кислоты составляет 65 мас. т.к. это самая концентрированная кислота.

Технические преимущества предлагаемого способа по сравнению с известным состоит в повышении точности и экономичности за счет стабилизации состава реагента-преобразователя.

Использование: контроль концентрации аммиака в воздухе производственных помещений или атмосфере населенных пунктов. Способ определения концентрации аммиака заключается в том, что предварительно реагент кристаллогидрат азотнокислого железа выдерживают до постоянной массы над pаствором азотной кислоты концентрации 55 - 65 мас.%, затем пропускают не более 85 ч над реагентом анализируемый воздух, переводя аммиак в аэрозоль, с последующей регистрацией полученного аэрозоля. 3 табл.

Способ определения концентрации аммиака, включающий перевод аммиака в аэрозоль путем пропускания анализируемого воздуха над реагентом - кристаллогидратом азотнокислого железа и последующую регистрацию полученного аэрозоля, отличающийся тем, что перед пропусканием анализируемого воздуха кристаллогидрат азотнокислого железа выдерживают до постоянной массы над раствором азотной кислоты концентрации 55-65 мас. а пропускание осуществляют не более 85 ч.