ИНДИКАТОРНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ Российский патент 1997 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к аналитической химии (составам чувствительных элементов для аэроаналитического контроля) и может быть использовано для определения уксусной кислоты в системах контроля качества окружающей среды, в частности воздуха рабочей зоны, газовых выбросов промышленных предприятий, а также при проведении научных исследований.

Наиболее распространенным принципом, лежащим в основе определения уксусной кислоты, является образование гидроксамового комплекса железа, однако прямого метода колориметрического определения карбоксильной группы по этой реакции нет. Уксусную кислоту определяют, переводя ее в эфир или в присутствии каталитически действующей соли никеля, или при нагревании [1]
В аналитической практически часто используется иодидиодатный метод в фотометрическом варианте [2] Метод основан на том, что уксусная кислота выделяет из смеси иодидиодатного калия свободный иод.

Для определения уксусной кислоты в воздухе описан метод, основанный на ее реакции с ванадатом аммония с образованием окрашенного продукта желтого цвета [3]
Известен титрометрический метод определения содержания уксусной кислоты гидрооксидом натрия в присутствии кислотно-основного индикатора фенофталеина. По достижении точки эквивалентности раствор приобретает розовую окраску [4] Эти методы позволяют определять содержание уксусной кислоты на уровне санитарных норм, но анализ является длительным и трудоемким, так как требует предварительного концентрирования уксусной кислоты в поглотительном растворе или на аналитическом фильтре и перевода анализируемых проб воздуха в раствор для последующего титрования (фотометрирования). Общее время анализа составляет около часа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому составу является наполнитель индикаторной трубки для определения уксусной кислоты в воздухе литейно-колориметрическим методом, содержащий носитель, кислотно-основной индикатор, многоатомный спирт, щелочь и воду при следующем соотношении компонентов, мас. [5]
Политетрафторэтилен 49,5 50,5
Бромтимоловый синий 0,035 0,045
Этиленгликоль 1,1 1,3
Щелочь 0,007 0,008
Вода Остальное
Недостаток метода состоит в том, что он не позволяет проводить количественное определение уксусной кислоты с заданной точностью, а в ряде случае чувствительностью, поскольку имеет место неодинаковая плотность набивки индикаторного порошка, колебания его высоты, неравномерная пропитка носителя реактивами, неодинаковые размеры гранул носителя, различная аэродинамического сопротивления тампонов в трубках и др. Суммарная погрешность подобных измерений может достигать ± 60% до 1 ПДК, ± 35% от 1 до 2 ПКД. ± 25% свыше 2 ПДК.

В то же время методы измерения концентраций вредных веществ в воздухе должны обеспечивать определение веществ на уровне 0,5 ПДК (воздух рабочей зоны), 0,8 ПКД (атмосферный воздух) в присутствии сопутствующих примесей с суммарной погрешностью ± 25%
Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и точности определения уксусной кислоты в газовой фазе.

Технический результат достигается тем, что индикаторный состав для определения уксусной кислоты в газовой фазе, содержащий носитель, кислотно-основной индикатор, многоатомный спирт, щелочь и воду, содержит в качестве кислотно-основного индикатора нейтральный красный, в качестве многоатомного спирта глицерин, в качестве щелочи гидрооксид натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.

Нейтральный красный 0,3 0,5
Гидрооксид натрия 0,1 0,2
Глицерин 35
Вода 2 3
Целлюлоза Остальное
Руководствуясь рядом требований к реагенту (интервал перехода pH, стабильность окраски реагента и продукта его взаимодействия с определенным соединением, четкость изменения аналитического сигнала в пределах градуированного графика), был выбран кислотно-основной индикатор нейтральный красный.

Для наиболее высокой степени улавливания определяемого компонента (уксусной кислоты) из газовой смеси и равномерного развития окраски на поверхности индикаторного состава необходимо вводить нелетучее органическое вещество глицерин.

Введение в индикаторный состав перфорированной целлюлозы позволяет использовать его в двух режимах пробоотбора: продува анализируемой пробы воздуха над поверхностью состава и в режиме прососа газа через индикаторный состав. При исследовании перфорированной целлюлозы с различным диаметром пор было установлено, что наиболее оптимальным является использование фильтров с широкими порами ("красная лента" FILTRAK). В этом случае получают более воспроизводимые результаты анализа в части формирования аналитического сигнала коэффициента диффузного отражения (R).

Чувствительность предлагаемого индикаторного состава обеспечивает пропорциональную зависимость коэффициента R от концентрации уксусной кислоты в газовой фазе в диапазоне от 0,5 до 5 ПКД при отборе для анализа 2,2 л воздуха. Кроме того, присутствие перфорированной целлюлозы обеспечивает равномерное развитие окраски на ее поверхности, что позволяет проводить точное количественное измерение микроколичеств уксусной кислоты в воздухе.

Пример. Для приготовления индикаторного состава партию (500 кружков диаметром 20 мм) фильтровальной бумаги "красная лента" (FILTRAK) помещают в чистый бюкс, приливают 25 мл 1•10^-4 M раствора нейтрального красного в 50% -ной водноглицериновой смеси, pH раствора доводят до 9,5. Через 30 минут кружки вынимают из раствора, высушивают, после чего помещают в сухой бюкс и хранят при комнатной температуре в защитном от света месте. При соблюдении указанных условий хранения индикаторный состав годен к применению в течение 3 месяце.

Приготовленный таким образом чувствительный элемент помещают в кювету-держатель и пропускают сквозь него анализируемый газ с объемной скоростью, не превышающей 1 л/мин. Динамическое дозирование уксусной кислоты в газовый поток для построения градуировочного графика осуществляют с помощью установки приготовления парогазовых смесей УЛПГС производства АО "НПО Химавтоматика" (г. Москва). При взаимодействии уксусной кислоты с компонентами индикаторного состава в молекулах иммобилизованного красителя нейтрального красного происходят структурные изменения, что ведет к переходу окраски индикаторного состава от желтого к красному. Аналитический сигнал - коэффициент диффузного отражения (R) измеряют на колориметре "Пульсар" при λ=540 нм.

Предлагаемый состав обеспечивает прямо пропорциональную зависимость коэффициента R от концентрации уксусной кислоты в газовой фазе в диапазоне 2,5 25,0 мг/м³ (0,5 5 ПДК) при отборе для анализа 2,2 л воздуха. Суммарная погрешность определения уксусной кислоты с помощью предлагаемого индикаторного состава не превышает 25% Время анализа не более 10 мин.

Определению уксусной кислоты не мешают: фтороводород (5 мг/м³), оксиды азота, аммиак, оксиды серы (3 мг/м³), сероводород, формальдегид, фенол (50 мг/м³).

Индикаторный состав, приготовленный как указано в примере, подвергшийся воздействию уксусной кислоты, может быть отфотометрирован в течение 3 часов после его применения.

Таким образом, предлагаемый индикаторный состав для определения уксусной кислоты в газовой фазе по сравнению с прототипом позволяет сократить время анализа до 10 минут; упростить выполнение анализа, исключив операции "мокрой" химии и значительно снизить его трудоемкость.

Примеры зависимости характеристик состава приведены в таблице.

Использование: определение уксусной кислоты в системах контроля качества окружающей среды, в частности воздуха рабочей зоны, газовых выбросов промышленных предприятий, а также при проведении научных исследований. Индикаторный состав для определения уксусной кислоты, включает кислотно-основной индикатор нейтральный красный, гидроксид натрия для создания необходимого значения pH 9,5, глицерин для наиболее полного улавливания определяемого компонента из смеси и равномерного развития окраски на поверхности индикаторного состава и воду, а также носитель и связующее - целлюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%: нейтральный красный 0,3 - 0,5, гидроксид натрия 0,1 - 0,2, глицерин 35, вода 2 - 4, целлюлоза - остальное. 1 табл.

Индикаторный состав для определения уксусной кислоты в газовой фазе, содержащий носитель, кислотно-основный индикатор, многоатомный спирт, щелочь и воду, отличающийся тем, что в качестве носителя состав содержит целлюлозу, в качестве кислотно-основного индикатора нейтральный красный, в качестве многоатомного спирта глицерин, в качестве щелочи гидроксид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.

Нейтральный красный 0,3 0,5
Гидроксид натрия 0,1 0,2
Глицерин 35
Вода 2 4
Целлюлоза Остальноев