СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ПРИМЕСЕЙ В ГАЗЕ Российский патент 2003 года по МПК G01N15/00 

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ, в частности к анализу примесей в газе путем превращения их в ядра конденсации, на которых осуществляется образование конденсационного аэрозоля с его последующей регистрацией, и может быть использовано для контроля токсичных примесей металлорганических соединений в нефтеперерабатывающей и химической промышленности.

Известен способ определения примесей в газе, основанный на превращении молекул примеси в труднолетучие вещества, коагулирующие с образованием ядер конденсации, в котором для создания конденсирующегося на ядрах пара проводится испарение соответствующего вещества с последующим адиабатическим расширением, см. патент США 3117841, МКП G 01 N 15/00, НКИ кл. 23-232, опублик. 1965 г.

Недостатком этого способа является низкая чувствительность способа, обусловленная стадией коагуляции, и малая избирательность способа при анализе примесей.

Известен также способ определения токсичных примесей в газе, включающий превращение определяемых токсичных примесей в ядра конденсации, смешение ядер конденсации с парами рабочей жидкости, образование конденсационного аэрозоля и определение концентрации образовавшегося аэрозоля, см. авторское свидетельство СССР 188132, опублик. 20.10.1965 г. в бюллетене 21.

В известном способе, принятом за прототип, осуществляют фотохимическое или химическое превращение примеси в ядра конденсации.

Недостатком способа является сложная зависимость чувствительности определения токсичных примесей от трех параметров: концентрации паров воды в газе, характеристик ультрафиолетового излучения, поглощаемого парами воды, и времени пребывания токсичных примесей в облучаемом объеме. При неконтролируемом изменении указанных параметров может происходить существенное снижение чувствительности, воспроизводимости и точности определения токсичных примесей.

В данном изобретении ставится задача обеспечения стабильно высокой чувствительности определения токсичных примесей типа циклопентадиенилтрикарбонила марганца (цимантрена) и его производных, повышения воспроизводимости, точности и эффективности способа.

Решение поставленной задачи обеспечивается за счет того, что в способе определения токсичных примесей в газе, включающем превращение определяемых токсичных примесей в ядра конденсации, смешение образовавшихся ядер конденсации с парами рабочей жидкости, образование конденсационного аэрозоля и определение концентрации образовавшегося аэрозоля, превращение токсичных примесей в ядра конденсации осуществляют воздействием на анализируемый газ с токсичными примесями ультрафиолетовым излучением в присутствии паров воды. При этом характеристики ультрафиолетового излучения, концентрацию паров воды в анализируемом газе и время пребывания анализируемого газа с токсичными примесями в облучаемом объеме выбирают из условия нахождения критерия К в следующих пределах:
К=(С)^1/2•Р•t=0,5÷500,
где С - концентрация паров воды в анализируемом газе (мг/л);
Р - мощность ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 160÷200 нм, приходящаяся на единицу облучаемого объема анализируемого газа (мВт/см³);
t - время пребывания анализируемого газа с токсичными примесями в облучаемом объеме (с).

При использовании предложенного способа за счет обеспечения условий нахождения критерия К в пределах
К=(С)^1/2•Р•t=0,5÷500
достигается следующий технический результат:
- обеспечение стабильно высокой чувствительности определения токсичных примесей типа циклопентадиенилтрикарбонила марганца (цимантрена) и его производных, применяемых в качестве антидетонационных и антипригарных добавок в моторных топливах (до 10^-15 об.дол.);
- повышение воспроизводимости, точности и эффективности способа.

Предложенный способ поясняется на следующих примерах.

Пример 1. Поток воздуха, содержащий пары циклопентадиенилтрикарбонила марганца или его производных (метилциклопентадиенилтрикарбонила марганца, этилциклопентадиенилтрикарбонила марганца, триметилциклопентадиенилтрикарбонила марганца), вводили в кварцевую трубку, нагреваемую до температуры 40-120^oС и облучаемую ультрафиолетовым излучением. Для обеспечения критерия К, равного 50, выбирали концентрацию паров воды в анализируемом газе 10 мг/л, мощность ультрафиолетового излучения с длиной волны 200 нм, приходящуюся на единицу облучаемого объема 20 мВт/см³, и время пребывания анализируемого газа с токсичными примесями в облучаемом объеме 0,8 с. В кварцевой трубке происходило превращение молекул токсичных примесей в ядра конденсации. Образовавшиеся ядра конденсации смешивали с парами нагретой до 105-110^oС рабочей жидкости, генерируемыми в конденсационном устройстве, при времени пребывания ядер конденсации в парах рабочей жидкости 0,1 с. Получаемую смесь охлаждали в термостате при температуре 20^oС. В качестве рабочей жидкости использовали диэтилфталат. Выросшие в термостате при времени пребывания в нем 0,5 с аэрозольные частицы направляли в фотоэлектрический нефелометр типа ФАН, где измеряли величину интегрального светорассеяния от аэрозольных частиц, пропорциональную концентрации циклопентадиенилтрикарбонила марганца или его производных. Чувствительность определения находилась на уровне 10^-15 об.дол.

Пример 2. Поток аргона, содержащий пары циклопентадиенилтрикарбонила марганца или его производных (метилциклопентадиенилтрикарбонила марганца, этилциклопентадиенилтрикарбонила марганца, триметилциклопентадиенилтрикарбонила марганца), вводили в кварцевую трубку, нагреваемую до температуры 40-120^oС и облучаемую ультрафиолетовым излучением. Для обеспечения критерия К, равного 0,5, выбирали концентрацию паров воды в анализируемом газе 1•10^-4 мг/л, мощность ультрафиолетового излучения с длиной волны 160 нм, приходящуюся на единицу облучаемого объема 130 мВт/см³, и время пребывания анализируемого газа с токсичными примесями в облучаемом объеме 0,4 с. В кварцевой трубке происходило превращение молекул токсичных примесей в ядра конденсации. Образовавшиеся ядра конденсации смешивали с парами нагретой до 105-110^oС рабочей жидкости, генерируемыми в конденсационном устройстве, при времени пребывания ядер конденсации в парах рабочей жидкости 0,1 с. Получаемую смесь охлаждали в термостате при температуре 20^oС. В качестве рабочей жидкости использовали диэтилфталат. Выросшие в термостате при времени пребывания в нем 0,5 с аэрозольные частицы направляли в фотоэлектрический нефелометр типа ФАН, где измеряли величину интегрального светорассеяния от аэрозольных частиц, пропорциональную концентрации циклопентадиенилтрикарбонила марганца или его производных. Чувствительность определения находилась на уровне 10^-15 об.дол.

Пример 3. Поток воздуха, содержащий пары циклопентадиенилтрикарбонила марганца или его производных (метилциклопентадиенилтрикарбонила марганца, этил-циклопентадиенилтрикарбонила марганца, триметилциклопентадиенилтрикарбонила марганца) вводили в кварцевую трубку, нагреваемую до температуры 40-120^oС и облучаемую ультрафиолетовым излучением. Для обеспечения критерия К, равного 500, выбирали концентрацию паров воды в анализируемом газе 50 мг/л, мощность ультрафиолетового излучения с длиной волны 180 нм, приходящуюся на единицу облучаемого объема 70 мВт/см³, и время пребывания анализируемого газа с токсичными примесями в облучаемом объеме 1 с. В кварцевой трубке происходило превращение молекул токсичных примесей в ядра конденсации. Образовавшиеся ядра конденсации смешивали с парами нагретой до 105-110^oС рабочей жидкости, генерируемыми в конденсационном устройстве, при времени пребывания ядер конденсации в парах рабочей жидкости 0,1 с. Получаемую смесь охлаждали в термостате при температуре 20^oС. В качестве рабочей жидкости использовали диэтилфталат. Выросшие в термостате при времени пребывания в нем 0,5 с аэрозольные частицы направляли в фотоэлектрический нефелометр типа ФАН, где измеряли величину интегрального светорассеяния от аэрозольных частиц, пропорциональную концентрации циклопентадиенилтрикарбонила марганца или его производных. Чувствительность определения находилась на уровне 10^-15 об.дол.

Во всех примерах обеспечивалась стабильно высокая чувствительность определения токсичных примесей типа циклопентадиенилтрикарбонила марганца (цимантрена) и его производных, повышалась воспроизводимость, точность и эффективность способа.

Использование: для анализа примесей в газе, для контроля токсичных примесей металлоорганических соединений в нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Достигаемый технический результат: обеспечение стабильно высокой чувствительности определения токсичных примесей типа циклопентадиенилтрикарбонила марганца (цимантрена) и его производных, применяемых в качестве антидетонационных и антипригарных добавок в моторных топливах; повышение воспроизводимости, точности и эффективности способа. Способ определения токсичных примесей в газе включает превращение определяемых токсичных примесей в ядра конденсации, смещение образовавшихся ядер конденсации с парами рабочей жидкости, образование конденсационного аэрозоля и определение концентрации образовавшегося аэрозоля. Превращение токсичных примесей в ядра конденсации осуществляют воздействием на анализируемый газ с токсичными примесями ультрафиолетовым излучением в присутствии паров воды. При этом характеристики ультрафиолетового излучения, концентрацию паров воды в анализируемом газе и время пребывания анализируемого газа с токсичными примесями в облучаемом объеме выбирают из условия нахождения критерия К в пределах К= (С)^1/2•Р•t= 0,5-500, где С - концентрация паров воды в анализируемом газе, мг/л; Р - мощность ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 160-200 нм, приходящаяся на единицу облучаемого объема анализируемого газа, мВт/см³; t - время пребывания анализируемого газа с токсичными примесями в облучаемом объеме, с.

Способ определения токсичных примесей в газе, включающий превращение определяемых токсичных примесей в ядра конденсации, смешение образовавшихся ядер конденсации с парами рабочей жидкости, образование конденсационного аэрозоля и определение концентрации образовавшегося аэрозоля, отличающийся тем, что превращение определяемых токсичных примесей в ядра конденсации осуществляют воздействием на анализируемый газ с токсичными примесями ультрафиолетовым излучением в присутствии паров воды, при этом характеристики ультрафиолетового излучения, концентрацию паров воды в анализируемом газе и время пребывания анализируемого газа с токсичными примесями в облучаемом объеме выбирают из условия нахождения критерия К в следующих пределах:
К= (С)^1/2•Р•t= 0,5÷500,
где С - концентрация паров воды в анализируемом газе, мг/л;
Р - мощность ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 160÷200 нм, приходящаяся на единицу облучаемого объема анализируемого газа, мВт/см³;
t - время пребывания анализируемого газа с токсичными примесями в облучаемом объеме, с.