СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЦЕТОНИТРИЛА В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ Российский патент 2004 года по МПК G01N30/00 G01N31/00 C07C255/03 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений (разделение и анализ) и может быть использовано при анализе воздуха рабочей зоны мебельных фабрик, предприятий фармацевтической и лакокрасочных промышленностей.

Необходимым и важным фактором обеспечения безопасных условий труда является оперативный и надежный контроль содержания вредных органических веществ в воздухе [Методические указания на определение вредных веществ в воздухе. - М., ЦРИА “Морфлот”, 1981, 252 с.].

Анализ состояния и тенденций развития способов определения органических в веществ в воздухе [Кучменко Т.А. Применение метода пьезокварцевого микровзвешивания в аналитической химии /Воронеж, гос.технол. академия, 2001, 280 с.] показывает, что в последние годы особенно интенсивно развиваются экспрессные методы анализа, в частности, с применением модифицированных пьезокварцевых резонаторов.

Для контроля за содержанием ацетонитрила в воздухе применяются фотометрический и газохроматографический методы [Другов Ю.С. Методы анализа загрязнений воздуха. М.: Химия, 1984, 384 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 ацетонитрила в воздухе по реакции Яновского [И.М.Коренман Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. М.: Химия, 1970, 144 с.]. К анализируемой пробе, содержащей ацетонитрил, добавляют 1%-ный раствор 1,3 - динитробензола в этиловом спирте, смешивают с 4 мл 5 моль/дм³ раствора NaOH и полученные красные растворы фотометрируют при λ =515 нм.

Недостаток способа - не позволяет быстро получать достоверные данные о содержании ацетонитрила в воздухе, исключая стадию пробоподготовки, использование реактивов и сложного аппаратурного оформления.

Технической задачей изобретения является определение ацетонитрила в воздухе рабочей зоны, повышение экспрессности, исключение применения реактивов, стадии пробоподготовки и упрощение аппаратурного оформления анализа.

Поставленная задача достигается тем, что при определении ацетонитрила в воздухе рабочей зоны, включающем отбор пробы, новым является то, что пробу вводят в ячейку детектирования с пьезоэлектрическим кварцевым резонатором, на электроды которого предварительно наносят пленку из активного сорбента сквалана с массой 15-25 мкг, по разности частот колебаний резонатора до и после ввода пробы рассчитывают отклик резонатора и находят содержание ацетонитрила из соотношения

Δ F=2,36· C_A,

где Δ F - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

С_а - концентрация ацетонитрила в пробе воздуха, мг/м³

Положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет того, что применяемый в качестве модификатора сквалан позволяет селективно определять микроколичества ацетонитрила в анализируемой пробе. Оптимальная масса сорбента 15-25 мкг способствуют увеличению чувствительности пьезокварцевого сенсора.

Способ определения ацетонитрила осуществляется в два этапа.

1) Подготовка сенсора для определения ацетонитрила в воздухе рабочей зоны: на обе стороны алюминиевого электрода (диаметр 5 мм, площадь 0,3 см²) пьезоэлектрического кварцевого резонатора (срез AT, плотность кварца 2600 кг/м³) с собственной частотой 10 МГц наносят микрошприцем раствор сквалана в гексане так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 15 мин при 60° С масса пленки составляла 15-25 мкг.

2) Детектирование ацетонитрила в воздухе. Модифицированный кварцевый сенсор помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы. Выдерживают 3 мин для установления стабильного нулевого сигнала F° . Затем в ячейку детектирования вводят шприцем 10 см³ воздуха, содержащего ацетонитрил. Фиксируют частоту колебаний пьезокварцевого резонатора F. По разности F° и F рассчитывают отклик резонатора Δ F:

Δ F=F° -F.

По отклику модифицированного пьезокварцевого резонатора и уравнению градуировочного графика находят содержание ацетонитрила в анализируемой пробе воздуха:

Δ F=2,36· C_A,

где Δ F - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

С_а - концентрация ацетонитрила в пробе воздуха, мг/м³

Примеры осуществления способа

Пример 1

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор сквалана в гексане так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60° С) составляла 15 мкг. После сушки модифицированный пьезокварцевый резонатор помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы. Выдерживают 3 мин для установления стабильного нулевого сигнала (F° =9985,570 МГц). Вводят анализируемую пробу и фиксируют отклик резонатора через 1 мин после ввода пробы (F=9985,550 МГц). По отклику модифицированного пьезокварцевого резонатора (Δ F=9985,570-9985,550=20 Гц) и уравнению градуировочного графика рассчитывают содержание ацетонитрила в пробе воздуха (С_А=20/2,36=8,5 мг/м³).

Расчет чувствительности определения: из уравнения Зауэрбрея (1) [Sauerbrey G.G. Messung von plattenschwingungen sehr kleiner amplitude dutch lichtstrom-modulation //Z. Phys. - 1964. - Bd. 178. - S. 457 - 471] рассчитываем массу ацетонитрила сорбирующегося на пленке модификатора, мкг (2):

где Δ m - масса модификатора, мкг; F₀ - собственная резонансная частота пьезоэлектрического резонатора, Гц; K_f - градуировочная константа (при н.у. K_f=-2,3· 10^-6 см²·^{г-1), Δ F - изменение частоты резонатора, Гц; А - площадь электродов пьезокварцевого резонатора, см2.}

Находим чувствительность определения как отношение отклика пьезо-резонатора к массе сорбировавшегося ацетонитрила (Гц/мкг) (3):

Затем, продувая ячейку лабораторным воздухом, устанавливаем стабильный нулевой сигнал F° и повторяем определение 3 раза.

Расчет погрешности определения:

1. Рассчитываем среднее значение: =(x₁,+х₂+...+х_i+1)/n, где n - число опытов;

2. Стандартное отклонение по выборке:

3. Наиболее вероятная погрешность определения:

где f^t - коэффициент Стьюдента (t - критерий) при выбранной доверительной вероятности (Р=0,95) и числа определений (n=3) t=4,30;

4. Погрешность определения:

Способ осуществим, результаты анализа представлены в табл.1.

Максимальная чувствительность сенсора к ацетонитрилу - 1,9 Гц/мкг,

предел обнаружения ацетонитрила - 0,5 ПДКр.з.;

продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме с предварительной модификацией электродов - 30 мин;

число анализов без обновления покрытий на электродах ≈ 80;

продолжительность анализа с пробоотбором на модифицированном пьезо-кварцевом резонаторе с последующей регенерацией 10-15 мин.

Пример 2

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор сквалана так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60° С) 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 сквалана так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60° С) 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 сквалана так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60° С) составляла 10 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как фиксируемый отклик (F, кГц) нестабилен, возрастает ошибка определения, результаты приведены в табл.1.

Пример 5

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор сквлана так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 60° С) составляла 30 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как большая масса пленки приводит к снижению чувствительности определения ацетонитрила в воздухе. Результаты приведены в табл.1.

Пример 6

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор другого модификатора - полиэтиленгликольадипината в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (30 мин, 60° С) составляла 18 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как пленка с данным модификатором не селективна к ацетонитрилу, фиксируемый отклик (F, кГц) нестабилен, возрастает ошибка определения. Результаты приведены в табл.1.

Некоторые характеристики заявляемого 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 (сквалан) 15-25 мкг (примеры 1-3). При уменьшении или увеличении массы сорбента (примеры 4, 5) снижается чувствительность модифицированного кварцевого резонатора по отношению к ацетонитрилу, возрастает ошибка определения. Применение в качестве модификатора электродов резонатора другого сорбента (пример 6) не позволяет определять ацетонитрил в воздухе рабочей зоны.

Таким образом, предлагаемый способ определения ацетонитрила в воздухе рабочей зоны по сравнению с прототипом позволяет:

1) значительно упростить анализ;

2) сократить продолжительность анализа до 10-15 мин;

3) исключить использование реактивов;

4) исключить стадию пробоподготовки.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений (разделение и анализ) и может быть использовано при анализе воздуха рабочей зоны мебельных фабрик, предприятий фармацевтической и лакокрасочных промышленностей. При определении ацетонитрила в воздухе рабочей зоны отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезоэлектрическим кварцевым резонатором, на электроды которого предварительно наносят пленку из активного сорбента сквалана с массой 15-25 мкг, по разности частот колебаний резонатора до и после ввода пробы рассчитывают отклик резонатора и находят содержание ацетонитрила из соотношения ΔF=2,36·C_A, где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц; С_A - концентрация ацетонитрила в пробе воздуха, мг/м³. Достигается повышение экспрессности, исключение применения реактивов и стадии пробоподготовки, упрощение аппаратурного оформления анализа. 2 табл.

Способ определения ацетонитрила в воздухе рабочей зоны, включающий отбор пробы, отличающийся тем, что пробу вводят в ячейку детектирования с пьезоэлектрическим кварцевым резонатором, на электроды которого предварительно наносят пленку из активного сорбента сквалана с массой 15-25 мкг, по разности частот колебаний резонатора до и после ввода пробы рассчитывают отклик резонатора и находят содержание ацетонитрила из соотношения

ΔF=2,36·C_A,

где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

С_A - концентрация ацетонитрила в пробе воздуха, мг/м³.