СОСТАВ ПОКРЫТИЯ ПЬЕЗОКВАРЦЕВОГО СЕНСОРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФЕНОЛА И ЕГО АЛКИЛПРОИЗВОДНЫХ В ВОЗДУХЕ Российский патент 2001 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к газовому анализу и может быть рекомендовано для определения фенола и его алкилпроизводных в воздухе рабочей зоны.

В качестве аналога, наиболее близкого по технической сущности, был выбран способ определения фенола и его алкилпроизводных в воздухе с применением пьезоэлектрического кварцевого сенсора, модифицированного покрытием, содержащим 4- аминоантипирин (Я.И. Коренман, С.А. Туникова, Н.В. Бельских, М. Бастич, Л. Раякович. Определение фенола и его алкилпроизводных в воздухе с применением пьезоэлектрического кварцевого сенсора //Журн. аналит. химии. - 1997. -Т. 52, N 3. -С. 313-318).

В качестве прототипа выбран состав покрытия пьезокварцевого сенсора для определения фенола в воздухе, содержащий полиол (полиэтиленгликоль 2000 или 5000) и 4-аминоантипирин (Т.А. Кучменко, К.В. Кривунац, Л.В. Раякович, М.Б. Бастич, Я.И. Коренман. Определение фенола в воздухе методом пьезокварцевого микровзвешивания //Журн. аналит. химии. - 1999. -Т. 54, N 2.-С. 178- 182). Состав покрытия, применяющийся в прототипе, не обеспечивает высокой чувствительности определения фенола и его алкилпроизводных, не позволяет проводить определение фенола в воздухе рабочей зоны на уровне предельно допустимой концентрации.

Предлагаемый состав покрытия пьезокварцевого сенсора по сравнению с прототипом обеспечивает определение фенола и его алкилпроизводных с более высокой чувствительностью, достаточной для определения фенолов в воздухе рабочей зоны на уровне 0,2 ПДК.

Технической задачей изобретения является повышение чувствительности определения фенола и его алкилпроизводных в воздухе.

Технический результат достигается тем, что состав покрытия пьезокварцевого сенсора содержит водорастворимый полимер поливинилпирролидон (15 мас. %) и 4-аминоантипирин (70-80 мас.%), и дополнительно включает гексацианоферрат калия (5-15 мас.%).

На основании исследования патентной и научной литературы можно сделать вывод, что совокупность существенных признаков является новой и позволяет добиться высокой чувствительности определения фенола и его алкилпроизводных в воздухе, снизить нижние границы определяемых содержаний, а также сократить время анализа.

Технический результат выражается в том, что при применении предлагаемого состава покрытия пьезокварцевого сенсора достигается более высокая, по сравнению с прототипом, чувствительность определения фенола и его алкилпроизводных в воздухе и снижается предел обнаружения, экономится время при проведении анализа.

Нанесение покрытия осуществляется в два этапа. На поверхность электродов серийно выпускаемых пьезокварцевых резонаторов АТ-среза (частота колебаний 8-9,5 МГц) с помощью микрошприца наносили 1 мкл раствора поливинилпирролидона и гексацианоферрата калия в воде. Затем высушивали пленку на воздухе и на поверхность нанесенной пленки дополнительно помещали водный раствор 4-аминоантипирина. Далее пьезокварцевый сенсор с полученным покрытием высушивали при 65^oC до постоянной массы пленки покрытия. Пленка покрытия после высушивания имеет следующий состав: поливинилпирролидон (15 мас.%), 4-аминоантипирин (70-80 мас. %), гексацианоферрат калия (5-15 мас.%). При применении пьезокварцевого сенсора, покрытого пленкой предлагаемого состава, газовую смесь, содержащую фенол и его алкилпроизводные, вводили в поток газа-носителя (аргон, воздух) и пропускали через ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый сенсор. В качестве аналитического отклика использовали изменение частоты колебаний пьезокварцевого сенсора при сорбции фенола и его алкилпроизводных пленкой предлагаемого состава (Δf). Эффективность предлагаемого состава покрытия оценивали по величине чувствительности (А, Гц • м³/мг), рассчитываемой как отношение Δf к концентрации фенола или его алкилпроизводных по следующей формуле:
A = Δf_ф/C_ф,
где Δf_ф - изменение частоты колебаний пьезосенсора при сорбции фенола и его алкилпроизводных, Гц;
С_ф - концентрация фенола и его алкилпроизводных, мг/м.

Повышение чувствительности определения фенола и его алкилпроизводных и уменьшение продолжительности анализа на покрытии, предлагаемого состава, включающем поливинилпирролидон, 4-аминоантипирин и гексацианоферрат калия, объясняется образованием хинониминовых соединений при взаимодействии фенолов и 4-аминоантипирина в присутствии окислителя гексацианоферрата калия, ускоряющего процесс взаимодействия. Чувствительность определения фенола и его алкилпроизводных пьезокварцевым сенсором, покрытым пленкой предлагаемого состава, составила 140 - 510 Гц • м³/мг (по прототипу - 2,4 Гц • м³/мг).

Примеры применения предлагаемого состава покрытия пьезокварцевого сенсора.

Пример 1
Газовую смесь, содержащую фенол и его алкилпроизводные, вводили в поток газа-носителя (аргон, воздух) и пропускали через ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый сенсор, покрытый пленкой следующего состава: поливинилпирролидон (15 мас. %), 4-аминоантипирин (80 мас.%), гексацианоферрат калия (5 мас.%).

Нанесение покрытия осуществляется в два этапа. На поверхность электродов серийно выпускаемых пьезокварцевых резонаторов АТ-среза (частота колебаний 8-9,5 МГц) с помощью микрошприца наносили 1 мкл раствора поливинилпирролидона и гексацианоферрата калия в воде. Затем высушивали пленку на воздухе и на поверхность нанесенной пленки дополнительно помещали водный раствор 4-аминоантипирина. Далее пьезокварцевый сенсор с полученным покрытием высушивали при 65^oC до постоянной массы пленки покрытия. Чувствительность определения фенола и его алкилпроизводных (А, Гц • м³/мг) на покрытии, предлагаемого состава, имеет следующие значения: - A
Фенол - 270
о-Крезол - 140
м-Крезол - 150
п-Крезол - 310
Пример 2
Газовую смесь, содержащую фенол и его алкилпроизводные, вводили в поток газа-носителя (аргон, воздух) и пропускали через ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый сенсор, покрытый пленкой следующего состава: поливинилпирролидон (15 мас. %), 4-аминоантипирин (75 мас.%), гексацианоферрат калия (10 мас.%). Далее аналогично примеру 1. - А
Фенол - 460
о-Крезол - 190
м-Крезол - 160
п-Крезол - 480
Пример 3
Газовую смесь, содержащую фенол и его алкилпроизводные, вводили в поток газа-носителя (аргон, воздух) и пропускали через ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый сенсор, покрытый пленкой следующего состава: поливинилпирролидон (15 мас.%), 4-аминоантипирин (70 мас.%), гексацианоферрат калия (15 мас.%). Далее аналогично примеру 1. - A
Фенол - 510
о-Крезол - 190
м-Крезол - 170
п-Крезол - 500
Пример 4
Газовую смесь, содержащую фенол и его алкилпроизводные, вводили в поток газа-носителя (аргон, воздух) и пропускали через ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый сенсор, покрытый пленкой следующего состава: поливинилпирролидон (15 мас.%), 4-аминоантипирин (60 мас.%), гексацианоферрат калия (25 мас.%). Далее аналогично примеру 1. - A
Фенол - 520
о-Крезол - 200
м-Крезол - 180
п-Крезол - 540
Применение пьезокварцевого сенсора, покрытого пленкой с данным соотношением компонентов, невозможно вследствие срыва сигнала пьезокварцевого датчика из-за его перегрузки.

Пример 5
Газовую смесь, содержащую фенол и его алкилпроизводные, вводили в поток газа-носителя (аргон, воздух) и пропускали через ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый сенсор, покрытый пленкой следующего состава: поливинилпирролидон (15 мас. %), 4-аминоантипирин (83 мас.%), гексацианоферрат калия (2 мас.%). Далее аналогично примеру 1. - A
Фенол - 40
о-Крезол - 40
м-Крезол - 30
п-Крезол - 50
Содержание в составе покрытия менее 5 мас.% гексацианоферрата калия не обеспечивает чувствительность определения фенола и его алкилпроизводных на достаточном уровне.

Сравнительная характеристика известного и предлагаемого состава покрытия пьезокварцевого сенсора при определении фенола и его алкилпроизводных в воздухе приведены в таблице.

Изобретение относится к газовому анализу. Технический результат заключается в повышении чувствительности, достаточной для определения фенола в воздухе рабочей зоны на уровне 0,2 ПДК. Состав покрытия электродов пьезокварцевых резонаторов АТ-среза (частота колебаний 8-9,5 МГц) на основе поливинилпирролидона (15 мас.%), 4-аминоантипирина (80-70 мас.%), гексацианоферрата калия (5-15 мас. %) для определения фенола и его алкилпроизводных в воздухе. Нижняя граница определяемых содержаний летучих фенолов с помощью пьезокварцевого сенсора, покрытого пленкой предлагаемого состава, составляет 0,06 мг/м³. 1 табл.

Состав покрытия пьезокварцевого сенсора для определения фенола и его алкилпроизводных, содержащий водорастворимый полимер и 4-аминоантипирин, отличающийся тем, что дополнительно содержит гексацианоферрат калия, а в качестве полимера поливинилпирролидон при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Поливинилпирролидон - 15
4-Аминоантипирин - 70 - 80
Гексацианоферрат - 5 - 15