СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТИЛЭТИЛКЕТОНА В ВОЗДУХЕ Российский патент 2004 года по МПК G01N30/00 C07C49/10 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения метилэтилкетона в воздушных выбросах предприятий лакокрасочной, мебельной промышленности, а также при производстве фармацевтических препаратов.

Наибольшую актуальность в современном газовом анализе имеет направление по созданию сенсорных устройств, характеризующихся компактностью, селективностью, низкими пределами обнаружения, надежностью и простотой эксплуатации. Около 40% всех сенсорных устройств приходится на модифицированные пьезокварцевые резонаторы.

Для определения в воздухе метилэтилкетона применяются фотометрический /И.М.Коренман Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. - М., Химия, 1970 г. 144 с./ и газохроматографический /Другов Ю.С. Методы анализа загрязнений воздуха. - М.: Химия, 1984. С.203/ методы.

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 метилэтилкетона в воздухе методом фотометрии [Методические указания на определение вредных веществ в воздухе. - М., ЦРИА “Морфлот”, 1981, 252 с.]. Определение основано на взаимодействии метилэтилкетона с йодом в щелочном растворе. Образующуюся тонкую взвесь йодоформа фотометрируют при 420 нм.

Недостатком прототипа является длительность анализа и значительный расход реактивов.

Технической задачей изобретения является снижение предела обнаружения метилэтилкетона, повышение экспрессности, исключение химических реактивов из анализа.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения метилэтилкетона в воздухе, включающем отбор и подготовку пробы, определение метилэтилкетона, новым является то, что для определения метилэтилкетона применяют пьезокварцевый резонатор, предварительно модифицированный ацетоновым раствором сорбента полиэтиленгликольсукцината (ПЭГС) с массой 8-20 мкг, регистрацию аналитического сигнала проводят через 30 с после введения пробы.

Положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет того, что применяемый в качестве модификатора ацетоновый раствор ПЭГС позволяет определять микроколичества метилэтилкетона в анализируемой пробе воздуха. Оптимальная масса сорбента (8-20 мкг) способствуют увеличению чувствительности модифицированного пьезокварцевого резонатора и повышению точности определения. Предельно допустимая концентрация метилэтилкетона в воздухе составляет 200 мг/м³.

Способ определения метилэтилкетона в воздухе осуществляется по следующей методике.

1) Пробоотбор. Анализируемый воздух, содержащий метилэтилкетон, в течение 3 мин отбирают в газовую ячейку со скоростью 250 см³/мин. Через герметичный затвор 10 см³ пробы вводят в ячейку детектирования, содержащую модифицированный пьезокварцевый резонатор на объемных акустических волнах.

2) Подготовка сенсора. 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 ПЭГС в ацетоне так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 5 мин при 60°С масса пленки составляла 8-20 мкг.

3) Определение метилэтилкетона. Модифицированный кварцевый резонатор помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы. Выдерживают в течение 3 мин для установления стабильного нулевого сигнала F°. Затем в ячейку детектирования шприцем вводят 10 см³ воздуха, содержащего метилэтилкетон. Фиксируют частоту колебаний пьезокварцевого резонатора F через 30 с после ввода пробы. По разности F° и F рассчитывают отклик резонатора ΔF

ΔF=F°-F.

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

ΔF=1,95·С_М,

где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

С_М - концентрация метилэтилкетона в пробе воздуха, мг/м³.

Примеры осуществления способа

Пример 1

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ПЭГС в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (5 мин, 60°С) составляла 8 мкг. После сушки модифицированный пьезокварцевый резонатор помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, вводят анализируемую пробу воздуха и фиксируют отклик резонатора через 1 мин после ввода пробы. По отклику модифицированного пьезокварцевого резонатора и уравнению градуировочного графика рассчитывают содержание метилэтилкетона в пробе воздуха. Способ осуществим, результаты анализа представлены в табл.1.

Максимальная чувствительность модифицированного резонатора к метилэтилкетона - 1,9 Гц·м³/мг;

предел обнаружения метилэтилкетона - 5 мг/м³;

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 пьезокварцевом резонаторе с последующей регенерацией - 10-15 мин.

Пример 2

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ПЭГС в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (5 мин, 60°С) составляла 15 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 ПЭГС в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (5 мин, 60°С) составляла 20 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 ПЭГС в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (5 мин, 60°С) составляла 3 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как фиксируемый отклик (F, кГц) нестабилен, большая ошибка определения. Результаты приведены в табл.1.

Пример 5

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ПЭГС в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (5 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 содержания метиэтил-кетона в воздухе. Результаты приведены в табл. 1.

Пример 6

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ПЭГС в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (5 мин, 60°С) составляла 16 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим. Результаты приведены в табл.1.

Пример 7

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят другой модификатор - раствор полиэтиленгликоль адипината в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (30 мин, 60°С) составляла 12 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим. Результаты приведены в табл.1.

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

Из примеров 1-7 и табл.1 и 2 следует, что положительный эффект по предлагаемому способу достигается при массе сорбента (ПЭГС) 8-20 мкг (примеры 1-3). При уменьшении и увеличении массы сорбента (примеры 4, 5) снижается чувствительность модифицированного кварцевого резонатора по отношению к метилэтилкетону, увеличивается ошибка определения. Применение другого растворителя модификатора (пример 6) и сорбента (пример 7) не позволяет определять метилэтилкетон в воздухе.

Таким образом, предлагаемый способ определения метилэтилкетона в воздухе по сравнению с прототипом позволяет:

1) значительно упростить анализ;

2) снизить пределы обнаружения метилэтилкетона в два раза (до 5 мг/м³);

3) сократить время анализа с 90-60 мин до 10-15 мин;

4) исключить использование химических реактивов.

Использование: в аналитической химии органических соединений для детектирования метилэтилкетона в воздухе рабочей зоны предприятий лакокрасочной, мебельной промышленности, а также при производстве фармацевтической продукции. Сущность: способ определения метилэтилкетона включает отбор и подготовку пробы, определение метилэтилкетона. При этом для определения метилэтилкетона применяют пьезокварцевый резонатор, предварительно модифицированный ацетоновым раствором сорбента полиэтиленгликоль сукцината (ПЭГС) с массой 8-20 мкг, регистрацию аналитического сигнала проводят через 30 с после введения пробы. Технической задачей изобретения является снижение предела обнаружения метилэтилкетона, повышение экспрессности, исключение химических реактивов из анализа. 2 табл.

Способ определения метилэтилкетона в воздухе, включающий отбор и подготовку пробы, определение метилэтилкетона, отличающийся тем, что для определения метилэтилкетона применяют пьезокварцевый резонатор, предварительно модифицированный ацетоновым раствором сорбента полиэтиленгликоль сукцинат с массой 8-20 мкг, регистрацию аналитического сигнала проводят через 30 с после введения пробы.