СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ β-ХЛОРВИНИЛАРСИНОКСИДА В ВОЗДУХЕ НА УРОВНЕ ПДК Российский патент 2003 года по МПК G01N31/00 G01N30/02 

Изобретение относится к области анализа, конкретно, к области анализа небиологических материалов физическими и химическими методами.

Актуальность разработки надежного и достоверного способа количественного определения β-хлорвиниларсиноксида (оксида люизита) в воздухе на уровне ПДК как продукта гидролиза β-хлорвинилдихлорарсина (люизита) вызвана необходимостью обеспечения безопасности при решении задач, связанных с хранением и уничтожением люизита.

Известен способ аналитического определения β-хлорвиниларсиноксида в воздухе, основанный на предварительном концентрировании аэрозольной фракции на фильтре Петрянова (ФПП-15-1,7), а паровой фракции - на твердофазном сорбенте, которыми снаряжена пробоотборная трубка, и последующем взаимодействием β-хлорвиниларсиноксида, находящегося на фильтре и сорбенте, с водным раствором щелочи с выделением ацетилена, который анализируется газохроматографическим методом с использованием плазменно-ионизационного детектора /Методика выполнения измерений массовых концентраций β-хлорвиниларсиноксида (оксида люизита) газохроматографическим методом с пламенно-ионизационным детектором, Вольск-18, 1998, -23 с./.

Этот способ является ближайшим из аналогов. При несомненных достоинствах известного способа возникла необходимость его совершенствования, вызванная результатами исследования дисперсности аэрозольной фракции β-хлорвиниларсиноксида, образующейся во влажном воздухе в присутствии паром люизита. Проведенные исследования дисперсности с использованием четырехкаскадного импактора Мая показали, что основная масса 0,5...0,7 мкм, и лишь отдельные частицы имеют больший диаметр, причем максимальный диаметр составил 5 мкм.

Образование аэрозоля такой дисперности вызывает необходимость оптимизации условий пробоотбора. Кроме того, известно /Андросов В., Кленов В., Роскин Е. , Текстильные фильтры. - М.: Легкая индустрия, 1977, -167 с./, что фильтрующие материалы типа ФПП отличаются гидрофобностью, что не позволяет достичь полноты выхода ацетилена при непосредственном взаимодействии β-хлорвиниларсиноксида, находящегося на поверхности фильтра со щелочью.

В связи с этим задачей настоящего изобретения является повышение надежности и достоверности количественного определения β-хлорвиниларсиноксида в воздухе на уровне ПДК при сохранении высокой чувствительности и производительности анализа.

Поставленная задача достигается использованием шести слоев фильтрующего материала фильтра АФА-ДП при отборе проб воздуха и экстрагированием β-хлорвиниларсиноксида с фильтра в 1 см³ концентрированной соляной кислоты (НСl) в течение 20 минут при ультразвуковом перемешивании.

Этим достигается:
полнота улавливания мелкодисперсного аэрозоля, что повышает достоверность получаемых результатов;
повышение надежности определения аэрозоля β-хлорвиниларсиноксида в связи с увеличением выхода ацетилена при реакции щелочного гидролиза, так как имеет место гомогенная реакция взаимодействия щелочи с продуктами экстракции β-хлорвиниларсиноксида с фильтра в концентрированную соляную кислоту вместо гетерогенной реакции на границе раздела: твердая поверхность гидрофобного фильтра - водный раствор щелочи;
сохранение чувствительности (1•10^-4 мг/м³) и производительности определения (время анализа 1 пробы - 25 минут).

В табл.1 приведены сравнительные характеристики фильтрующих материалов, применяемых в предлагаемом и ближайшем из аналогов способах.

Пример осуществления способа
Проверка работоспособности предлагаемого способа проводилась на лабораторной газодинамической установке, в которой создавался стабильный во времени поток паро-аэрозольной смеси β-хлорвиниларсиноксида в воздухе в диапазоне концентрации 1•10^-4...1•10^-1 мг/м³.

Отбор проб осуществлялся на пробоотборные трубки диаметром 1 см, заполненные твердофазным сорбентом для улавливания паровой фракции (стеклянные шарики с нанесенным на их поверхность полиэтиленгликолем, ПЭГ-1500) и снаряженные или фильтром Петрянова (ФПП-15-1,7) /Методика выполнения измерений массовых концентраций β-хлорвиниларсиноксида (оксида люизита) газохроматографическим методом с плазменно-ионизационным детектором, Вольск-18, 1998. - 23/, или предлагаемым фильтром АФА-ДП (2-9 слоев) для улавливания аэрозольной фракции β-хлорвиниларсиноксида.

Аспирация зараженного воздуха осуществлялась со скоростью 6...10 дм³/мин в течение 10 минут. После отбора пробы твердофазный сорбент количественно переносился в пенициллиновый флакон, который герметизировался и вакуумировался путем отбора из него 5 см³ воздуха. Затем в пенициллиновый флакон добавляли 6 см³ 30% щелочи (NaOH) и после 5 минут интенсивного встряхивания реакционной смеси 2 см³ образующегося ацетилена вводили в испаритель газового хроматографа. (Заявка на предлагаемое изобретение 98103540/12 (002786) от 11 февраля 1998 г. "Способ определения β-хлорвиниларсиноксида в воздухе на уровне ПДК").

Чувствительность определения составляет 1,0•10^-4 мг/м³ или 1,0•10^-5 мг, максимальная ошибка не превышает 25%.

Для количественного определения аэрозольной фракции β-хлорвиниларсиноксида известным способом после отбора пробы фильтр Петрянова помещался в пенициллиновый флакон, герметизировался и вакуумировался путем отбора из него 5 см³ воздуха. Затем в пенициллиновый флакон добавляли 6 см³ 30% щелочи (NaOH) и после 40-50 минут интенсивного периодического встряхивания реакционной смеси 2 см³ образующегося ацетилена вводили в испаритель газового хроматографа.

Для количественного определения аэрозольной фракции β-хлорвиниларсиноксида предлагаемым способом в пенициллиновый флакон с фильтрами после герметизации флакона и вакуумирования путем отбора из него 5 см³ воздуха добавляют 1 см³ концентрированной соляной кислоты (HCl) и выдерживают в ультразвуковой ванне в течение 20 минут. По истечении времени экстрагирования в флакон с фильтрами и экстрактом добавляют 7 см³ 30% щелочи и выдерживают реакционную смесь в течение 5 минут при комнатной температуре при интенсивном встряхивании. Затем 2 см³ паровой фазы вводят в испаритель хроматографа, регистрируя пик ацетилена, выделяющегося при щелочном гидролизе.

Газохороматографческое определение ацетилена осуществляют на газовом хроматографе, оснащенном плазменно-ионизационным детектором (ПИД) с хроматографической колонкой, заполненной полисорбом-1, при температуре 50^o и расходе газа-носителя азота 30 см³/мин (время удерживания ацетилена в этих условиях составляет 30 с).

Количественный анализ аэрозольной фракции пароаэрозольной смеси β-хлорвиниларсиноксида производили методом абсолютной калибровки детектора по градуировочным растворам в 0,1 N соляной кислоте β-хлорвиниларсиноксида с содержанием вещества не ниже 95% при суммарном объеме реакционной смеси 8 см³ (суммарный объем реакционной смеси для проб также составляет 8 см³).

В табл. 2 приведены результаты исследования влияния условий подготовки фильтров на количественное определение аэрозоля β-хлорвиниларсиноксида.

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что
- использование фильтрующего материала фильтра АФА-ДП втрое увеличивает эффективность улавливания аэрозоля по сравнению с применяемым в известном способе ФПП-15-1,7;
- количество слоев фильтрующего материала фильтра АФА-ДП, равное шести, является достаточным для эффективного улавливания аэрозоля, дальнейшее увеличение числа слоев, например, до девяти, не способствует увеличению коэффициента улавливания;
- эффективность экстрагирования β-хлорвиниларсиноксида в концентрированную соляную кислоту увеличивается при увеличении времени ультразвукового перемешивания до 20 минут, дальнейшее увеличение времени перемешивания не оказывает существенного влияния на эффективность экстрагирования;
- количество концентрированной соляной кислоты, применяемой для экстракции и равное 1 см³, является достаточным как для смачивания фильтров, так и для эффективной экстракции; применение большего количества кислоты вызывает значительный разогрев реакционной смеси, при этом эффективность экстракции не увеличивается.

Полученные результаты позволяют также оценить преимущества предлагаемого способа перед известным: при сохранении чувствительности определения (1,0•10^-4 мг/м³ или 1•10^-5 мг) повышается достоверность и надежность результатов анализа при сокращении временных затрат на его проведение (время, затрачиваемое на проведение одного анализа известным способом составляет 50 минут, а предлагаемым - 25 минут). Возможно использование предлагаемого способа как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Использование в системах войсковой и промышленной индикации при оценке распространения опасных концентраций β-хлорвиниларсиноксида в воздухе, на объектах уничтожения химического оружия, а также при решении задач по проведению экологического мониторинга. Сущность: используют шесть слоев фильтрующего материала фильтра АФА-ДП при отборе проб воздуха, последующее экстрагирование β-хлорвиниларсиноксида с фильтра осуществляют концентрированной соляной кислотой в течение 20 мин при ультразвуковом перемешивании. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и достоверности количественного определения β-хлорвиниларсиноксида в воздухе на уровне ПДК при сохранении высокой чувствительности и сокращении времени анализа. 2 табл.

Способ определения β-хлорвиниларсиноксида в воздухе на уровне ПДК путем отбора его из воздуха с использованием фильтрующего элемента из материала типа ФПП-15 и последующего анализа по ацетилену, выделяющемуся при щелочном гидролизе β-хлорвиниларсиноксида и определяемому газохроматографически с использованием пламенно-ионизационного детектора, отличающийся тем, что отбор проб производят на фильтрующий элемент, состоящий из шести слоев материала фильтра АФА-ДП, а реакцию взаимодействия щелочи с β-хлорвиниларсиноксидом проводят после экстрагирования его с фильтра в концентрированную соляную кислоту в течение 20 мин при ультразвуковом перемешивании.