СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОВ МАСЛЯНОЙ КИСЛОТЫ В ПРИСУТСТВИИ ПАЛЬМИТИНОВОЙ И СТЕАРИНОВОЙ КИСЛОТ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ Российский патент 2006 года по МПК G01N27/00 G01N31/00 C07C53/124 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе рабочей зоны предприятий химической и других отраслей промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является фотометрический способ определения паров масляной кислоты в воздухе рабочей зоны, заключающийся в получении метилового эфира кислоты с последующим определением по реакции с гидрохлоридом гидроксиламина и перхлоратом железа, λ=490 нм [Методические указания на определение вредных веществ в воздухе. Вып.1-5. М.: Минздрав СССР ЦРИА "Морфлот", 1981. 253 с.]. Для отбора проб из воздуха рабочей зоны применяют поглотительные сосуды с силикагелем. Предельно допустимая концентрация масляной кислоты в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м³.

Недостатками способа являются необходимость подготовки пробы, приготовления растворов гидрохлорида гидроксиламина и перхлората железа для каждого единичного определения, сложность и длительность определения паров масляной кислоты.

Технической задачей изобретения является разработка способа определения паров масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе рабочей зоны без стадии подготовки пробы, сокращение продолжительности анализа.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения паров масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе рабочей зоны, включающем отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, ввод пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, расчет концентрации масляной кислоты по градуировочному графику, отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы нанесением на них раствора сорбента полиэтиленгликоля-2000 (ПЭГ-2000) в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С составила 17-25 мкг, регистрацию аналитического сигнала осуществляют после ввода в ячейку детектирования пробы в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, рассчитанного по разности частот его колебаний до ввода пробы и после установления равновесия в сорбционной системе с введенной пробой, концентрацию масляной кислоты рассчитывают на основании градуировочного графика зависимости указанного отклика от ее концентрации по уравнению

ΔF=3,5·с,

где ΔF - отклик модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, Гц;

с - концентрация масляной кислоты, мг/м³.

Технический результат по предлагаемому способу достигается за счет модификации электродов пьезокварцевого резонатора пленкой ПЭГ-2000, нанесенной из раствора в ацетоне и проявляющей сорбционное сродство к масляной кислоте. Нанесение пленки с массой сорбента 17-25 мкг на тензочувствительную область пьезорезонатора способствует повышению чувствительности и снижению погрешности определения.

Способ осуществляется по следующей методике.

1) Пробоотбор. В стеклянный бюкс с полупроницаемой крышкой помещают 2 см³ масляной кислоты, шприцем вместимостью 10 см³ отбирают равновесную газовую фазу, разбавляют воздухом до требуемой концентрации, выдерживают при комнатной температуре 5 мин, затем через герметичный затвор вводят в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый резонатор, модифицированный раствором ПЭГ-2000 в ацетоне.

2) Подготовка детектирующего устройства. На алюминиевые электроды пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой колебаний 8-10 МГц микрошприцем наносят раствор сорбента ПЭГ-2000 в ацетоне так, чтобы после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С масса пленки модификатора составляла 17-25 мкг.

3) Определение паров масляной кислоты. Модифицированный пьезокварцевый резонатор помещают в ячейку детектирования, перед измерениями 5 мин адаптируют к среде ячейки. Пьезорезонатор стабилизирован, если сдвиг частоты колебаний в течение 5 мин находится в пределах 10-15 Гц. Затем в ячейку шприцем вводят 5 см³ воздуха, содержащего пары масляной кислоты при концентрации на уровне 5-20 мг/м³. Считывание сигналов проводят каждые 5 с до установления равновесия в сорбционной системе. По разности F_пл-F_c (F_пл - частота колебаний пьезорезонатора, модифицированного пленкой ПЭГ-2000, F_c - частота колебаний пьезорезонатора при сорбции паров масляной кислоты) рассчитывают отклик сенсора ΔF, Гц (максимальное изменение частоты колебаний сенсора при сорбции). Строят градуировочный график зависимости ΔF от концентрации паров масляной кислоты в воздухе (с, мг/м³). По уравнению графика находят содержание масляной кислоты в анализируемой пробе воздуха:

ΔF=3,5·c.

После измерения регенерируют ячейку детектирования и пленочное покрытие продувкой системы лабораторным воздухом.

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме, включающей модификацию электродов пьезокварцевого резонатора и последующую регенерацию ячейки детектирования, 30 мин.

Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора 200.

Время, необходимое для восстановления сорбента, 10 мин.

Погрешность определения паров масляной кислоты в воздухе ±15%.

Определение пальмитиновой и стеариновой кислот в анализируемом воздухе с применением пьезокварцевого резонатора, электроды которого модифицированы раствором ПЭГ-2000 в ацетоне, проводили по методике, аналогичной описанной выше.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В стеклянный бюкс с полупроницаемой крышкой помещали 2 см³ масляной кислоты, шприцем вместимостью 10 см³ отбирали равновесную газовую фазу, разбавляли воздухом до требуемой концентрации, выдерживали при комнатной температуре 5 мин, затем через герметичный затвор вводили в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый резонатор, модифицированный раствором ПЭГ-2000 в ацетоне.

На электроды пьезокварцевого резонатора микрошприцем наносили раствор ПЭГ-2000 в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу при 40°С в течение 30 мин составляла 17 мкг. Затем пьезорезонатор помещали в статическую ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, выдерживали 5 мин для установления нулевого сигнала, вводили шприцем анализируемую пробу объемом 5 см³ и фиксировали сигнал пьезорезонатора через 15 с после ввода пробы. По разности F_пл-F_c рассчитывали отклик сенсора ΔF, по уравнению градуировочного графика ΔF=3,5·с находили содержание масляной кислоты в анализируемой пробе воздуха. Способ осуществим. Результаты анализа приведены в табл.1.

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме с модификацией электродов и последующей регенерацией ячейки детектирования составляет 30 мин.

Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора 200.

Время, необходимое для восстановления сорбента, 10 мин.

Погрешность определения паров масляной кислоты в воздухе 15%.

Определение пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе с применением пьезокварцевого резонатора, электроды которого модифицированы раствором ПЭГ-2000, проводили аналогично описанной методике. Пленка ПЭГ-2000, нанесенная на электроды пьезокварцевого резонатора из раствора в ацетоне, не проявляет сорбционного сродства к пальмитиновой и стеариновой кислотам, аналитический сигнал находится на уровне шумов, повышается погрешность определения. Поэтому пальмитиновая и стеариновая кислоты не мешают определению паров масляной кислоты в воздухе. Способ неосуществим. Результаты приведены в табл.1.

Пример 2

Отбор паров масляной кислоты проводили аналогично примеру 1.

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносили раствор ПЭГ-2000 в ацетоне так, чтобы после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С масса пленки модификатора составляла 25 мкг. Далее анализировали, как указано в примере 1. Способ осуществим. Результаты приведены в табл.1.

Пример 3

Отбор паров масляной кислоты проводили аналогично примеру 1.

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносили раствор ПЭГ-2000 в ацетоне так, чтобы после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 50°С масса пленки модификатора составляла 25 мкг. Далее анализировали, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как происходит разложение модификатора, снижается время "жизни" пьезорезонатора без замены покрытия, наблюдается значительный дрейф нулевого сигнала. Результаты приведены в табл.1.

Пример 4

Отбор паров масляной кислоты проводили аналогично примеру 1.

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносили раствор ПЭГ-2000 в ацетоне так, чтобы после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 30°С масса пленки модификатора составляла 25 мкг. Далее анализировали, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как температура 30°С не обеспечивает полного удаления растворителя, что приводит к значительному дрейфу нулевого сигнала, увеличению погрешности определения.

Пример 5

Отбор паров масляной кислоты проводили аналогично примеру 1.

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносили другой модификатор - раствор ТБПЭ (тетрабензопентаэритрита) в ацетоне так, чтобы после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С масса пленки модификатора составляла 17 мкг. Далее анализировали, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как аналитический сигнал пьезорезонатора находится на уровне шумов, наблюдается значительный дрейф нулевого сигнала. Результаты приведены в табл.1.

Пример 6

Отбор паров масляной кислоты проводили аналогично примеру 1.

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносили другой модификатор - раствор сквалана в хлороформе так, чтобы после удаления растворителя в сушильном шкафу при 40°С в течение 30 мин масса пленки модификатора составляла 17 мкг. Далее анализировали, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как аналитический сигнал пьезорезонатора находится на уровне шумов, наблюдается значительный дрейф нулевого сигнала. Результаты приведены в табл.1.

Некоторые характеристики заявляемого способа 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 пленки сорбента ПЭГ-2000, равной 17-25 мкг, после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С (примеры 1 и 2). При уменьшении или увеличении массы сорбента снижается чувствительность модифицированного пьезокварцевого резонатора по отношению к парам масляной кислоты в воздухе, возрастает погрешность определения. Удаление растворителя в сушильном шкафу при 50°С приводит к разложению модификатора, снижению времени "жизни" пьезорезонатора без замены покрытия, значительному дрейфу нулевого сигнала (пример 3). При 30°С в сушильном шкафу не происходит полного удаления растворителя, что приводит к значительному дрейфу нулевого сигнала и увеличению погрешности определения (пример 4). Применение других модификаторов (примеры 5 и 6) не позволяет определять пары масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе. Пленка ПЭГ-2000, нанесенная на электроды пьезокварцевого резонатора из раствора в ацетоне, не проявляет сорбционного сродства к пальмитиновой и стеариновой кислотам, аналитический сигнал находится на уровне шумов, повышается погрешность определения. Поэтому пальмитиновая и стеариновая кислоты не мешают определению паров масляной кислоты в воздухе.

Таким образом, предлагаемый способ определения паров масляной кислоты в присутствии стеариновой и пальмитиновой кислот в воздухе по сравнению с прототипом позволяет:

1) определить пары масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе рабочей зоны;

2) исключить стадию пробоподготовки;

2) сократить продолжительность анализа со 120 мин до 30 мин.

Таблица 1
Примеры осуществления способаНомер примераКислотаМодификаторРастворительМасса модификатора, мкгТемпература удаления растворителя, °CАналитический сигнал, ГцВремя опроса, сВремя регенерации, минПогрешность определения, %Реализация способа1МаслянаяПЭГ-2000ацетон174041151015,0осуществимПальмитиноваяПЭГ-2000ацетон17408101016,8неосуществимСтеариноваяПЭГ-2000ацетон17409101016,4неосуществим2МаслянаяПЭГ-2000ацетон254038151015,8осуществим3МаслянаяПЭГ-2000ацетон255026151017,4неосуществим4МаслянаяПЭГ-2000ацетон253023151017,8неосуществим5МаслянаяТБПЭацетон1740651018,9неосуществим6Маслянаяскваланхлороформ174010101016,8неосуществим

Таблица 2
Сравнение прототипа и предлагаемого способаПараметрПрототипПредлагаемый способСтадия пробоподготовкиОбязательнаОтсутствуетПродолжительность анализа, мин12030

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе рабочей зоны предприятий химической и других отраслей промышленности. В способе определения паров масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе рабочей зоны, включающем отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, ввод пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, расчет концентрации масляной кислоты по градуировочному графику, отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы нанесением на них раствора сорбента полиэтиленгликоля-2000 в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С составила 17-25 мкг, регистрацию аналитического сигнала осуществляют после ввода в ячейку детектирования пробы в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, рассчитанного по разности частот его колебаний до ввода пробы и после установления равновесия в сорбционной системе с введенной пробой, концентрацию масляной кислоты рассчитывают на основании градуировочного графика зависимости указанного отклика от ее концентрации по уравнению ΔF=3,5·c, где ΔF - отклик модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, Гц; с - концентрация масляной кислоты, мг/м³. Достигается упрощение и ускорение анализа при определении масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот. 2 табл.

Способ определения паров масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе рабочей зоны, включающий отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, ввод пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, расчет концентрации масляной кислоты по градуировочному графику, отличающийся тем, что отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы нанесением на них раствора сорбента полиэтиленгликоля-2000 в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С составила 17-25 мкг, регистрацию аналитического сигнала осуществляют после ввода в ячейку детектирования пробы в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, рассчитанного по разности частот его колебаний до ввода пробы и после установления равновесия в сорбционной системе с введенной пробой, концентрацию масляной кислоты рассчитывают на основании градуировочного графика зависимости указанного отклика от ее концентрации по уравнению

ΔF=3,5·c,

где ΔF - отклик модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, Гц;

с - концентрация масляной кислоты, мг/м³.