СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЦЕТОНА И ЭТИЛАЦЕТАТА В ВОЗДУХЕ Российский патент 2003 года по МПК G01N27/12 H01L41/22 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений (разделение и анализ) и может быть использовано при анализе газовых выбросов производства красителей.

Для контроля за содержанием этилацетата и ацетона в воздухе применяются фотометрический и газохроматографический методы [Методические указания на определение вредных веществ в воздухе. - М.: ЦРИА "Морфлот", 1981, 252 с.].

Недостатками известных методов являются длительная пробоподготовка (фотометрия) и сложное аппаратурное оформление (газовая хроматография).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является способ определения этилацетата и ацетона в воздухе методом пьезокварцевого микровзвешивания. [Кучменко Т.А. Применение метода пьезокварцевого микровзешивания в аналитической химии. - Воронеж: изд-во Воронеж, гос. технол. акад., 2001, 280 с.].

Способ заключается в том, что в проточную ячейку детектирования с сенсором на основе пьезорезонатора вводят анализируемую пробу воздуха, содержащую ацетон и этилацетат. По отклику сенсора оценивают количественное содержание компонентов.

Недостатком способа является низкая селективность пленок сорбентов, при нанесении которых невозможно раздельное детектирование ацетона и этилацетата в воздухе, диффузионный (проточный) анализ не позволяет получить стабильный аналитический сигнал при малых концентрациях ацетона и этилацетата в пробе.

Задачей изобретения является раздельное определение в воздухе ацетона и этилацетата, повышение экспрессности анализа и упрощение аппаратурного оформления.

Поставленная задача достигается тем, что при раздельном определении этилацетата и ацетона в воздухе, включающем подготовку пробы, детектирование этилацетата и ацетона пьезоэлектрическим кварцевым резонатором, предварительно модифицированным активным сорбентом, новым является то, что в качестве активного сорбента - модификатора электродов используют пленку тетрабензоатпентаэритрита (ТБПЭ) с массой 15-25 мкг.

Положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет того, что применяемый в качестве активного сорбента - модификатора ТБПЭ позволяет раздельно определять микроколичества этилацетата и ацетона в анализируемой пробе. Оптимальная масса активного сорбента (15-25 мкг) способствует увеличению чувствительности пьезокварцевого сенсора.

Способ раздельного определения этилацетата и ацетона в воздухе осуществляется в два этапа.

1) Подготовка сенсора для раздельного определения этилацетата и ацетона в воздухе: на обе стороны алюминиевого электрода (диаметр 5 мм, площадь 0,2 см²) пьезоэлектрического кварцевого резонатора (срез AT, плотность кварца 2600 кг/м³) с собственной частотой 10 МГц наносят микрошприцем раствор ТБПЭ в хлороформе так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 15 мин при 60^o С масса пленки составляла 15-25 мкг.

2) Детектирование ацетона и этилацетата в воздухе. Модифицированный кварцевый сенсор помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы. Выдерживают в течение 3 мин для установления стабильного нулевого сигнала F^o. Затем в ячейку детектирования вкалывают шприцем 10 см³ воздуха, содержащего этилацетат и ацетон. Фиксируют частоту колебаний пьезокварцевого резонатора через 5 мин после ввода пробы. Затем ячейку детектирования продувают 3 мин чистым воздухом.

По разности полученных сигналов (фиг. 1 "Зависимость отклика сенсора F, кГц от времени τ, с") и уравнениям (1), (2) рассчитывают содержание ацетона и этилацетата в смеси ΔF₁=F^o-F₁f(С_{этил ацетат}), ΔF₂=F₁-F₂f(С_ацетон),
ΔF₁=0,0213•С_{этил ацетат}+0,749 (1)
ΔF₂=0,0058•С_ацетон+0,984 (2)
Примеры осуществления способа
Пример 1
На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ТБПЭ в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60^oС) составляла 15 мкг. После сушки сенсор помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, вкалывают анализируемую пробу и фиксируют отклик сенсора через 5 мин от момента ввода пробы. Затем ячейку детектирования 3 мин продувают осушенным лабораторным воздухом и фиксируют отклик сенсора. Содержание этилацетата в газовой пробе, прямо пропорциональное разности частот колебаний сенсора в воздухе (нулевой сигнал F^o) и отклика сенсора в анализируемой пробе ΔF₁=F^o-F₁f(C_{этил ацетат}), рассчитывают по уравнению (1). Содержание ацетона находят по разности частот вибрации сенсора в анализируемой газовой пробе после продувки ячейки детектирования чистым воздухом и в анализируемой пробе до продувки (через 5 мин от момента ввода) ΔF₂=F₁-F₂f(C_ацетон) и по уравнению (2) (фиг. 1).

Способ осуществим, результаты анализа представлены в табл. 1. Максимальная чувствительность сенсора к этилацетату 1,3 Гц•м³/мг, к ацетону - 0,6 Гц•м³/мг; предел обнаружения этилацетата 0,05 ПДК, ацетона 0,1 ПДК; время анализа с пробоотбором по полной схеме с предварительной модификацией электродов 30 мин; число анализов без обновления покрытий на электродах ≈50; время анализа с пробоотбором на подготовленном сенсоре с последующей регенерацией 10-15 мин.

Пример 2
На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ТБПЭ так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60^oС) составляла 20 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Результаты приведены в табл.1.

Пример 3
На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ТБПЭ так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60^oС) составляла 25 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Результаты приведены в табл.1.

Пример 4
На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ТБПЭ так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60^oС) составляла 5 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ не осуществим, так как фиксируемый отклик (F, кГц) нестабилен, велика ошибка определения. Результаты приведены в табл.1.

Пример 5
На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ТБПЭ так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60^oС) составляла 30 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ не осуществим, так как большая масса пленки приводит к снижению чувствительности определения этилацетата и ацетона в воздухе. Результаты приведены в табл. 1.

Пример 6
На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор другого модификатора - полиэтиленгликоль адипината в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (30 мин, 60^oС) составляла 18 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ не осуществим, так как при продувки ячейки детектирования чистым воздухом нулевой сигнал F^o восстанавливается в течение 1 мин, т.е. пленка с данным модификатором не селективна к этилацетату и ацетону. Результаты приведены в табл. 1.

Некоторые характеристики заявленного решения и прототипа сопоставлены в табл.2.

Из примеров 1-6 и табл. 1 и 2 следует, что положительный эффект по предлагаемому способу достигается при массе сорбента (ТБПЭ) 15-25 мкг (примеры 1-3). При уменьшении и увеличении массы сорбента (примеры 4, 5) снижается чувствительность модифицированного кварцевого резонатора по отношению к этилацетату и ацетону, возрастает ошибка определения. Применение в качестве модификатора электродов резонатора другого сорбента (пример 6) не позволяет раздельно определять этилацетат и ацетон в воздухе.

Таким образом, предлагаемый способ раздельного определения этилацетат и ацетона в воздухе по сравнению с прототипом позволяет:
1) значительно упростить методику анализа;
2) снизить пределы обнаружения этилацетата и ацетона;
3) раздельно определить компоненты в смеси;
4) сократить время анализа до 10-15 мин.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано при анализе газовых выбросов производства красителей. Раздельное определение этилацетата и ацетона в воздухе включает подготовку пробы, детектирование этилацетата и ацетона пьезоэлектрическим кварцевым резонатором, предварительно модифицированным активным сорбентом. В качестве активного сорбента модификатора электродов используют пленку тетрабензоатпентаэритрита, масса пленки 15-25 мкг. Максимальная чувствительность сенсора к этилацетату 1,3 Гц•м³/мг, а ацетону - 0,6 Гц•м³/мг. Технический результат: повышение экспрессности анализа и упрощение аппаратурного оформления. 2 табл., 1 ил.

Способ раздельного определения ацетона и этилацетата в воздухе, включающий подготовку пробы и детектирование ацетона и этилацетата пьезоэлектрическим кварцевым резонатором, предварительно модифицированным активным сорбентом, отличающийся тем, что в качестве активного сорбента - модификатора электродов используют пленку тетрабензоатпентаэритрита массой 15-25 мкг.