СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОНАНА В ВОЗДУХЕ Российский патент 2004 года по МПК G01N30/00 C07C9/14 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для детектирования нонана в воздухе рабочей зоны предприятий нефтеперерабатывающей, шинной и лакокрасочной промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является кондуктометрической способ определения углеводородов [Перегуд Е.А., Быховская М.С., Гернет Е.В. Быстрые методы определения вредных веществ в воздухе. М., Химия, 1970, с.360].

Определение выполняют на установке, состоящей из воздухозаборной, очистительной и окислительной систем, поглотительного прибора и измерительной системы. Для нахождения концентрации углеводородов пробу воздуха отбирают в вакуумированные пипетки вместимостью 50-100 см³. Затем анализируемый воздух продувают через слой стеклянной ваты, проводят десорбцию чистым воздухом. Десорбированные углеводороды с потоком воздуха пропускают через щелочной поглотитель в течение 10 мин. После десорбции удаляют жидкость из поглотительного прибора и измеряют электропроводность раствора. По изменению электропроводности раствора, пользуясь градуировочным графиком, находят содержание углеводородов в анализируемой пробе.

Недостатком прототипа является сложность аппаратурного оформления, продолжительность анализа, использование большого количества химических реагентов.

Технической задачей изобретения является упрощение аппаратурного оформления, повышение экспрессности анализа, уменьшение количества химических реагентов.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе определения нонана в воздухе, включающем отбор пробы, удаление мешающих примесей и определение концентрации нонана, новым является то, что для определения нонана применяют пьезокварцевый сенсор, модифицированный активным сорбентом, в качестве активного сорбента - модификатора электродов используют апиезон N в количестве 9-19 мкг, регистрацию аналитического сигнала проводят после введения пробы, а концентрацию нонана находят по градуировочному графику.

Технический результат заключается в упрощении аппаратурного оформления, сокращении продолжительности анализа, уменьшении количества используемых химических реагентов.

Способ осуществляется следующим образом.

Пробоотбор. Анализируемый воздух предварительно пропускали через концентратор, содержащий фосфорную кислоту и ацетат свинца для удаления аминов, третичных спиртов, эпоксидов, карболовых кислот и органических соединений серы. Затем анализируемый воздух отбирали в газовую пипетку или стеклянный шприц вместимостью 100-150 см³. Пробу воздуха для анализа собирали из газовой пипетки или стеклянного шприца в малые медицинские цельностеклянные или комбинированные шприцы со стеклянным поршнем путем прокола резиновой прокладки стеклянной заглушки и вводили в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый сенсор на объемно-акустических волнах.

Модификация сенсора. В качестве модификатора поверхности электродов пьезокварцевого сенсора применяли апиезон N, используемый в газовой хроматографии для определения углеводородов.

Методика определения. При выполнении эксперимента применяли резонаторы AT - среза с номинальной частотой колебаний 9 МГц. Электроды пьезокварцевого сенсора модифицировали нанесением хроматографическим микрошприцем определенного объема раствора апиезона N так, чтобы после удаления растворителя масса пленки составляла 9-19 мкг. Затем модифицированный сенсор помещали в ячейку детектирования и оставляли на 1-3 мин для адаптации к параметрам ячейки и установления стабильного нулевого сигнала.

Затем в герметичную ячейку детектирования через силиконовую мембрану вводили анализируемый воздух, содержащий нонан; секундомером отсчитывали время, по истечении которого сигнал сенсора не изменяется. Для регенерации сенсора и удаления пробы проводили продувку ячейки детектирования осушенным лабораторным воздухом и приступали к проведению следующего определения.

Снижение рабочей частоты колебаний пьезокварцевых сенсоров на объемно-акустических волнах рассчитывали по уравнению Зауэрбрея [Sauerbrey G.G. Messung von plattenschwingungen sehr kleiner amplitude durch lichtstrom-modulation// Z.Phys. - 1964. -Bd. 178. - S.457-471]:

Δ f=-2/3· 10^-6·^f20

где Δ m - масса модификатора, г; f₀ - резонансная частота пьезосенсора, МГц; Δ f - изменение частоты резонатора, Гц; А - площадь поверхности модификатора, см².

Фиксирование отклика сенсора. После введения пробы в ячейку детектирования фиксировали резонансную частоту колебаний пьезокварцевого сенсора и вычисляли относительный сдвиг частоты Δ f_a по уравнению:

Δ f_a-f₀-f₁,

где f₀ и f₁ - частоты колебаний сенсора до и после анализа, Гц.

Примеры осуществления способа

Пример 1. После помещения сенсора в ячейку детектирования и установления стабильного нулевого сигнала шприцем отбирали пробу анализируемого воздуха и вводили непосредственно в ячейку детектирования. Секундомером отсчитывали время, по истечении которого сигнал пьезокварцевого сенсора не изменялся.

Масса пленки апиезона N - 9 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 5,68· 10^-3 г/м³. Способ неосуществим, так как сигнал сенсора находится на уровне шумов и проведение анализа невозможно. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 2. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 9 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 7,57· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл. 1.

Пример 3. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 9 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 9,47· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 4. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 12 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 1,89· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 5. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 12 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 3,78· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 6. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 12 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 5,68· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 7. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 12 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 7,57· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 8. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 12 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 9,47· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл. 1.

Пример 9. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 16 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 1,89· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 10. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 16 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 3,78· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл. 1.

Пример 11. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 16 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 5,68· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл. 1.

Пример 12. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 16 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 7,57· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 13. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 16 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 9,47· 10^-3 г/м. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 14. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 19 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 1,89· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 15. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 19 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 3,78· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 16. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 19 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 5,68· 10^-3 г/м. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл. 1.

Пример 17. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 19 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 7,57· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл. 1.

Пример 18. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Масса пленки апиезона N - 19 мкг. Концентрация нонана в ячейке детектирования 9,47· 10^-3 г/м³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл. 1.

Результаты сравнения характеристик предлагаемого способа и прототипа представлены в табл.2.

Из приведенных примеров видно, что при значениях массы пленки апиезона N меньше 9 и больше 19 мкг определение нонана невозможно. В первом случае по причине малой чувствительности сенсора, во втором - вследствие нестабильности массы пленки модификатора и срыва колебаний пьезосенсора.

Использование: в аналитической химии органических соединений для детектирования нонана в воздухе рабочей зоны предприятий нефтеперерабатывающей, шинной и лакокрасочной промышленности. Сущность: способ определения нонана в воздухе включает отбор пробы, удаление мешающих примесей и определение концентрации нонана. Для определения нонана применяют пьезокварцевый сенсор, модифицированный активным сорбентом, в качестве активного сорбента - модификатора электродов используют апиезон N в количестве 9-19 мкг, регистрацию аналитического сигнала проводят после введения пробы, а концентрацию нонана находят по градуировочному графику. Технической задачей изобретения является упрощение аппаратурного оформления, повышение экспрессности анализа, уменьшение количества химических реагентов. 2 табл.

Способ определения нонана в воздухе, включающий отбор пробы, удаление мешающих примесей и определение концентрации нонана, отличающийся тем, что для определения нонана применяют пьезокварцевый сенсор, модифицированный активным сорбентом, в качестве активного сорбента - модификатора электродов используют апиезон N в количестве 9-19 мкг, регистрацию аналитического сигнала проводят после введения пробы, а концентрацию нонана находят по градуировочному графику.