СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФЕНОЛА В ВОЗДУХЕ Российский патент 1998 года по МПК G01N30/00 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения фенола в газовых выбросах и рабочей зоне промышленных предприятий.

Аналогом предлагаемого способа является газохроматографическое определение фенола в воздухе (Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде.- М.: Химия, 1989, с. 170-171).

Недостатками известного способа являются необходимость отбора пробы и сложность аппаратурного оформления.

Для определения газов в воздухе известно применение метода пьезокварцевого микровзвешивания с предварительной модификацией электродов (Sensors materials, technology, state - of the art and future trends / Audef S.A., Munfer P. J. , Regtien P.P., Wolffenbuttel R.F. // Adv. Mater. Technol. Monitor, 1989, N 14, p. 1-70).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является способ определения фенола в воздухе методом пьезокварцевого микровзвешивания с предварительной модификацией электродов резонатора поливинилпирролидоном (наносят в виде его ацетонового раствора) (Evaluation of coatings on piezoelectric sensors for the detection of phenols in the vapour phase / Rajakovic L.V., Bastic M.B., Belskih N.V., Tunikova S.A., Korenman Ya.l. // Analytica Chimica Acta, 1995, v. 318, p. 77-87). Резонатор сушат в эксикаторе в течение 12 ч. Недостатком способа является многовариантность зависимости отклика резонатора от внешних факторов.

Задачей изобретения является повышение чувствительности, экспрессности и точности определения.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе определения фенола в воздухе, включающем стадию модификации электродов резонатора сорбентом, детектирование и регенерацию поверхности, в качестве модификатора применяют водный раствор полиэтиленгликоля ПЭГ-2000 или 5000, содержащий 10-20 мкг полимера и 0,1-0,2 мкг 4-аминоантипирина, при расходе воздуха 0,10-0,20 дм³/мин.

Положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет совокупности полимерной матрицы (ПЭГ-2000, 5000), имплонированного в полимер 1-2 мас.% (0,1-0,2 мкг) 4-аминоантипирина и условий сорбции (масса модификатора, расход газа-носителя - воздуха). Дополнительным фактором, способствующим достижению положительного эффекта по предлагаемому способу, является температура сорбции 20±2^oC.

Способ заключается в том, что пробу воздуха, содержащую пары фенола, пропускают через ячейку с закрепленным резонатором, электроды которого предварительно модифицируют и сушат. В результате адсорбции фенола на модификаторе в течение 10 мин происходит изменение собственной частоты вибрации резонатора Δ F, которое является аналитическим сигналом и связано с концентрацией фенола в воздухе.

Пример 1. I этап. Модификация электродов
На обе стороны резонатора микрошприцем наносят 10-20 мкл водного раствора ПЭГ (2000 или 5000), содержащего 10-20 мкг полимера и 0,1-0,2 мкг 4-аминоантипирина (1-2 мас. % по отношению к полимеру). Затем пленки сушат в сушильном шкафу при температуре 60^oC в течение 1-2 ч.

II этап. Анализ пробы.

После закрепления резонатора в ячейке продувают чистый воздух до постоянного сигнала F₁ (3-5 мин). Далее продувают воздух, содержащий фенол (анализируемая проба) со скоростью 0,1-0,2 дм³/мин в течение 10 мин (при этом фиксируют частоту F). По разности (F₁ - F₂) = Δ F и градуировочному графику ( Δ F = f(Сф)), построенному для выбранного резонатора по стандартным газовым растворам, находят концентрацию фенола в анализируемой пробе.

Для дальнейшего (повторного) использования резонатора необходимо продуть подогретый воздух через ячейку детектирования в течение 30 мин.

Продолжительность анализа, включая стадии модификации электродов и регенерации сорбента, составляет 1,5-2 ч; при повторном использовании (только сорбция фенола и регенерация поверхности модификатора) - 45 мин. Амортизационная стойкость пленки составляет 100 анализов в непрерывном режиме.

Чувствительность резонатора с указанным модификатором по отношению к фенолу достигает 40220 (Гц•дм³)/ммоль).

Пример 2. На обе стороны электрода резонатора наносят водный раствор ПЭГ-2000 или 5000, содержащий 5 мкг полимера и 1-2 мас.% 4-аминоантипирина. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Чувствительность - 16450 (Гц•дм³)/ммоль (таблица).

Пример 3. На обе стороны электрода резонатора наносят водный раствор ПЭГ-2000 или 5000, содержащий 30 мкг полимера и 1-2 мас.% 4-аминоантипирина. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Чувствительность - 27420 (Гц•дм³)/ммоль (таблица).

Пример 4. На обе стороны электрода резонатора наносят водный раствор ПЭГ-2000 или 5000, содержащий 10-20 мкг полимера и 0,1-0,2 мкг 4-аминоантипирина (1-2 мас.%), сушат и продувают анализируемую пробу через ячейку со скоростью 0,05 дм³/мин. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Чувствительность - 1645 (Гц•дм³)/ммоль (таблица).

Пример 5. На обе стороны электрода резонатора наносят водный раствор ПЭГ-2000 или 5000, содержащий 10-20 мкг полимера и 0,1-0,2 мкг 4-аминоантипирина (1-2 мас.%), сушат и продувают анализируемую пробу через ячейку со скоростью 0,30 дм³/мин. Способ не осуществим вследствие неустойчивости сигнала сенсора (таблица).

Пример 6. На обе стороны электрода резонатора наносят водный раствор полиэтиленгликоля, содержащий 10-20 мкг полимера и 0,5 мас.% 4-аминоантипирина (0,05 мкг). Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Чувствительность - 9140 (Гц•дм³)/ммоль (таблица).

Пример 7. На обе стороны электрода резонатора наносят водный раствор ПЭГ-2000 или ПЭГ-5000, содержащий 10-20 мкг полимера и 3 мас.% 4-аминоантипирина. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Чувствительность - 32900 (Гц•дм³)/ммоль. Время регенерации - 60 мин (таблица).

Пример 8. Для модификации электродов резонатора готовят неводный, например спиртовой (изопропиловый спирт) или кетоновый (ацетон), раствор ПЭГ-2000 или ПЭГ-5000, содержащий 4-аминоантипирин. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Чувствительность резонатора к фенолу - 5480 (Гц•дм³)/ммоль (таблица).

Пример 9. Для модификации электродов резонатора готовят водный раствор ПЭГ-600 (или карбовакс Х-100) с 1-2 мас.% 4-аминоантипирина. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Чувствительность - 9140 (Гц•дм³)/ммоль (таблица).

Из примеров 1-9 и таблицы видно, что поставленная задача достигается тем, что в качестве модификатора электродов резонатора используют водные растворы полиэтиленгликоля 2000 или 5000 (примеры 1-7) с 1-2 мас.% 4-аминоантипирина (примеры 1-6, 8-9) при скорости газового потока 0,1-0,2 дм³/мин (примеры 1-4). Оптимальная масса сорбента 10-20 мкг (примеры 1, 4-6). При уменьшении (примеры 2 и 6) или увеличении (примеры 3 и 7) массы пленки и содержания 4-аминоантипирина чувствительность определения и время регенерации сорбента возрастают.

При уменьшении (пример 4) или увеличении (пример 5) скорости потока анализируемой пробы снижается чувствительность определения фенола и возникают трудности с надежностью отклика резонатора.

При модификации электродов резонатора неводными растворами полимера и 4-аминоантипирина (пример 8) и замене ПЭГ-2000 или 5000 аналогичными по природе полимерами (пример 9) значительно снижается чувствительность резонатора и амортизационная стойкость сорбента.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ определения фенола в воздухе позволяет сократить продолжительность полного анализа в 6-8 раз, при повторном определении на сформированном сорбенте - в 2-2,5 раза; ошибка определения снижается на 5-8%. Чувствительность резонатора к фенолу возрастает в 11 раз (40220 (Гц•дм³)/ммоль по предлагаемому решению и 3600 (Гц•дм³)/ммоль по прототипу).

Сущность изобретения: определение фенола в газовых выбросах промышленных предприятий. Определение фенола в воздухе осуществляется методом пьезокварцевого микровзвешивания с предварительной модификацией электродов резонатора, что обуславливает создание условий, обеспечивающих высокую адсорбционную активность модифицирующего слоя и приводящих к повышению чувствительности, экспрессности и точности определения. Поставленная задача достигается тем, что в качестве модификатора электродов применяют водный раствор полиэтиленгликоля, содержащий 10 - 20 мкг полиэтиленгликоля и 0,1 - 0,2 мкг 4-аминоантипирина при пропускании анализируемого воздуха через резонатор со скоростью 0,10 - 0,20 дм³/мин. 1 табл.

Способ определения фенола в воздухе, включающий модифицирование электродов резонатора сорбентом с последующим высушиванием, пропускание анализируемого воздуха через резонатор и регистрацию аналитического сигнала, отличающийся тем, что модифицирование осуществляют водным раствором полиэтиленгликоля 2000 или 5000, содержащим 10 - 20 мкг полимера и 0,1 - 0,2 мкг 4-аминоантипирина, а пропускание анализируемого воздуха осуществляют со скоростью 0,10 - 0,20 дм³/мин.