СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛУОЛА В ВОЗДУХЕ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/00 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено при определении толуола в газовых выбросах промышленных предприятий.

Аналогом служит газохроматографический способ определения толуола в воздухе [1] Недостатком способа является сложность аппаратурного оформления.

Известен способ определения газов в воздухе методом пьезокварцевого микровзвешивания [2]
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является определение толуола в воздухе методом пьезокварцевого микровзвешивания, где с целью повышения чувствительности сенсора электроды детектора модифицируют 10 мкг чувствительного слоя аминопропилтриэтоксисилана. Недостатками прототипа являются длительная подготовка модификатора к анализу (синтез сорбента в течение 24 ч с применением катализатора), продолжительность анализа. Чувствительность равна 87 Гц дм³/ммоль [3]
Задачей изобретения является повышение чувствительности и экспрессности анализа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения толуола в воздухе, включающем подготовку пробы, модификацию электродов сенсора сорбентом, детектирование, регенерацию сорбента, в качестве сорбента применяют органический оксид в количестве 10-15 мкг при расходе воздуха 0,10-0,20 дм³/мин, в качестве модифицирующего сорбента используют триоктилфосфиноксид.

Положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет совокупности активного сорбента и условий сорбции (масса модификатора, расход газа-носителя). Достижению поставленной цели способствует проведение анализа при температуре 20±2^oC.

Способ заключается в том, что пробу воздуха, содержащую пары толуола, импульсно вводят в ячейку детектирования в потоке газа-носителя, внутри которой жестко закреплен предварительно модифицированный сенсор. В результате сорбции толуола на поверхности чувствительного слоя сорбента путем пропускания анализируемого воздуха через ячейку детектирования в течение 60 с изменяется масса модификатора, что преобразуется в аналитический сигнал - ΔF= f(C_{толуола}) [4, 5]
Примеры осуществления способа.

Пример по прототипу. Через ячейку детектирования пропускают анализируемый воздух со скоростью 0,1 дм³/мин в течение 3-5 мин. Предварительно электроды сенсора модифицируют путем создания пленки сорбента - аминопропилтриэтоксисилана в течение 24 ч при комнатной температуре. Масса синтезированного сорбента в условиях каталитический реакции получения пленки составила 10 мкг.

По изменению частоты вибрации кристалла и градуировочному графику находят концентрацию толуола в воздухе.

Время анализа, включая стадию нанесения сорбента, 24,5 ч, при повторном использовании сенсора 130 мин. Недостатком является то, что синтезированную пленку сорбента можно применять только в течение 2 ч непрерывного детектирования.

Чувствительность сенсора, модифицированного 10 мкг синтезированного аминопропилтриэтоксисилана, составляет 87 Гц дм³/ммоль.

Пример 1. Через ячейку детектирования пропускают анализируемый воздух со скоростью 0,1 дм³/мин в течение 1 мин. Предварительно электроды сенсора модифицируют триоктилфосфиноксидом (m_пл= 10 мкг) путем нанесения раствора его в ацетоне и сушки в эксикаторе в течение 60 мин. По изменению частоты вибрации кристалла и градуировочному графику находят концентрацию толуола в воздухе.

Расход воздуха устанавливали перекрытием кранов на газопроводящих трубках.

Время анализа со стадией нанесения пленки сорбента 65 мин, при повторном использовании модифицированного сенсора 2 мин, время жизни пленки составляет 20 ч при непрерывном анализе. Чувствительность сенсора 225 Гц дм³/ммоль.

Пример 2. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 15 мкг триоктилфосфиноксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 270 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 3. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 20 мкг триоктилфосфиноксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 128 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 4. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 5 мкг триоктилфосфиноксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 195 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 5. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 5 мкг трифенилфосфиноксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 25 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 6. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 10 мкг трифенилфосфиноксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 30 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 7. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 15 мкг триоктилфосфиноксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 30 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 8. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 20 мкг триоктилфосфиноксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 30 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 9. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 5 мкг 2-нонилпиридин-N-оксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 79 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 10. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 10 мкг 2-нонилпиридин-N-оксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 180 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 11. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 15 мкг 2-нонилпиридин-N-оксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 158 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 12. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 20 мкг 2-нонилпиридин-N-оксида. Далее аналогично примеру 1. Способ осуществим. Чувствительность сенсора 118 Гц дм³/ммоль.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Примеры 13. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 10 мкг оксида. Через ячейку детектирования пропускали анализируемый воздух со скоростью 0,06 дм³/мин в течение 1 мин.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 2.

Пример 14. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 10 мкг оксида. Через ячейку детектирования пропускали анализируемый воздух со скоростью 0,10 дм³/мин в течение 1 мин. Далее аналогично примеру 1.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 2.

Пример 15. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 10 мкг оксида. Через ячейку детектирования пропускали анализируемый воздух со скоростью 0,15 дм³/мин в течение 1 мин. Далее аналогично примеру 1.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 2.

Пример 16. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 10 мкг оксида. Через ячейку детектирования пропускали анализируемый воздух со скоростью 0,20 дм³/мин в течение 1 мин. Далее аналогично примеру 1.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 2.

Примеры 17. Модификацию сенсора осуществляют нанесением 10 мкг оксида. Через ячейку детектирования пропускали анализируемый воздух со скоростью 0,25 дм³/мин в течение 1 мин. Далее аналогично примеру 1.

Результаты определения толуола предлагаемым способом приведены в табл. 2.

Сравнительная характеристика известного и предлагаемого способов приведена в табл. 3.

Из табл. 1-3 и примеров 1-17 видно, что положительный эффект по предлагаемому способу достигается при использовании в качестве модифицирующего сорбента триоктилфосфиноксида в количестве 10-15 мкг (на основании примеров 1-2) при расходе газа-носителя 0,10-0,20 дм³/мин (на основании примеров 6-8).

Варьирование массы сорбента (примеры 3, 4) и расхода газа-носителя (примеры 5,9) влияет на чувствительность сенсора.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет сократить время анализа в 24 раза, включая стадию модификации электродов (по прототипу 26 ч (1560 мин), по предлагаемому изобретению 65 мин; при повторном использовании в 60 раз (по прототипу 130 мин, по предлагаемому изобретению 2 мин); повысить чувствительность метода в 3 раза (по прототипу 87 Гц дм³/ммоль, по предлагаемому изобретению 270 Гц дм³/ммоль). Значительно увеличивается время жизни пленки сорбента при непрерывном анализе (по прототипу 2 ч, по предлагаемому изобретению 20 ч).

Литература
1. Дмитриев М.Т. Казнина Н.И. Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. М. Химия, 1989, 368 с.

2.G. Sauerbrey //Z. Phys. 1959. V.155. P.206.

3. Lj.Rajakovic. Selectivity of Bulk Acoustic Wave Sensor Modified with (Aminipropyl) Triethoxysilane to Nitrobenzene Derivatives.// J.Serb. Chem. Soc. 1991. V.56. N 8-9. P. 521-534.

4. Lj. Rajakovic, M.Thompson. The potential of piezoelectric cristals as analytical chemical sensors. // J. Serb. Chem. Soc. 1991. V.56, N 2, p. 103-109.

5. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М. Наука, 1972, 720 с.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений, а именно к способу определения толуола в воздухе, включающему подготовку пробы, модификацию электродов сорбентом, детектирование и регенерацию сорбента, при этом в качестве сорбента применяют органический оксид в количестве 10-15 мкг при расходе воздуха 0,10-0,20 дм³/мин. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ определения толуола в воздухе, включающий подготовку пробы, модификацию электродов сорбентом, детектирование, регенерацию сорбента, отличающийся тем, что в качестве сорбента применяют органический оксид в количестве 10 15 мкг при расходе воздуха 0,1 0,2 дм³/мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве модифицирующего сорбента используют триоктилфосфиноксид.