СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОВ АЦЕТАЛЬДЕГИДА В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ Российский патент 2006 года по МПК G01N31/02 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров ацетальдегида в воздухе рабочей зоны предприятий химической и других отраслей промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения паров ацетальдегида в воздухе рабочей зоны с применением газожидкостного хроматографа с пламенно-ионизационным детектором [Методические указания по газохроматографическому измерению концентраций этилена, пропилена и ацетальдегида в воздухе рабочей зоны: методические указания по определению вредных веществ в воздухе / под ред. Кузьминых А.Н., Махидонской Р.Н., Овечкина В.Р. - М.: типография Министерства здравоохранения СССР, 1983. - Сб. №19. - С.171-174,], включающий отбор пробы, подготовку детектирующего устройства (газохроматографической колонки) к анализу и детектирование. Отбор проб проводят без концентрирования. Пробы отбирают в газовые пипетки, которые предварительно продувают 5-кратным объемом анализируемого воздуха. Сосуды закрывают заглушками. Колонку заполняют полисорбом под вакуумом и кондиционируют при 150°С в течение 8-10 ч в токе азота. Определение ацетальдегида проводят в изотермическом режиме, 3 мл пробы вводят в испаритель через самоуплотняющуюся мембрану. Ацетальдегид определяют методом абсолютной калибровки по измерению площади хроматографического пика. Градуировочные паровоздушные смеси готовят в отдельных пипетках путем введения определенного количества предварительно охлажденного ацетальдегида. Хроматографирование градуировочных смесей проводят в таких же условиях, как и пробы. Диапазон измеряемых концентраций ацетальдегида 3-30 мг/м³ (предельно допустимая концентрация ацетальдегида в воздухе рабочей зоны 5 мг/м³). Погрешность измерения ±25%.

Недостатками способа являются длительность подготовки детектирующего устройства (газохроматографической колонки), сложность и высокая стоимость аппаратурного оформления, относительно высокая погрешность определения.

Технической задачей изобретения является разработка способа определения паров ацетальдегида в воздухе рабочей зоны, интенсификация процесса определения ацетальдегида, снижение погрешности определения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения паров ацетальдегида в воздухе рабочей зоны, включающем отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, детектирование с регистрацией аналитического сигнала и расчет концентрации ацетальдегида по градуировочному графику, новым является то, что отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы раствором Tween-40 (полиоксиэтиленсорбитолмонопальмитат) в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя составляла 15-20 мкг, для чего пленку модификатора сушат при 40°С в течение 30 мин, регистрацию аналитического сигнала осуществляют в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора после введения пробы в ячейку детектирования, расчет концентрации ацетальдегида производят по уравнению

ΔF=4,1·c,

где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

с - концентрация ацетальдегида, мг/м³.

Технический результат по предлагаемому способу достигается за счет модификации электродов пьезокварцевого резонатора пленкой Tween-40, нанесенной из раствора в хлороформе и проявляющей сорбционное сродство к ацетальдегиду. Нанесение пленки с массой сорбента 15-20 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 ацетальдегида, шприцем вместимостью 10 см³ отбирают равновесную газовую фазу ацетальдегида, разбавляют воздухом до требуемой концентрации, выдерживают при комнатной температуре в течение 5 мин, затем через герметичный затвор вводят в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый резонатор с пленкой Tween-40.

2) Подготовка детектирующего устройства. На алюминиевые электроды пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой колебаний 8-10 МГц микрошприцем наносят раствор сорбента Tween-40 в хлороформе так, чтобы после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С масса пленки модификатора составляла 15-20 мкг.

3) Определение паров ацетальдегида. Модифицированный пьезокварцевый резонатор помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, 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 ацетальдегида при концентрации на уровне 3 -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 Tween-40, F_c - частота колебаний пьезорезонатора при сорбции паров ацетальдегида) рассчитывают отклик сенсора ΔF, Гц (максимальное изменение частоты колебаний сенсора при сорбции). Строят градуировочный график зависимости ΔF от концентрации паров ацетальдегида в воздухе (с, мг/м³). По уравнению графика находят содержание ацетальдегида в анализируемой пробе воздуха:

ΔF=4,1·с.

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

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме, включающей модификацию электродов пьезокварцевого резонатора и последующую регенерацию ячейки детектирования, составляет 40 мин.

Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора 150.

Время, необходимое для восстановления сорбента, 10 мин.

Погрешность определения паров ацетальдегида в воздухе ±12%.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

На электроды пьезокварцевого резонатора микрошприцем наносят раствор Tween-40 в хлороформе так, чтобы масса пленки после испарения растворителя в сушильном шкафу при 40°С в течение 30 мин составляла 15 мкг. Затем пьезорезонатор помещают в статическую ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, выдерживают 5 мин для установления нулевого сигнала, вводят шприцем анализируемую пробу объемом 5 см³ и фиксируют сигнал пьезорезонатора через 10 с после ввода пробы. По разности F_пл-F_с рассчитывают отклик сенсора ΔF и уравнению градуировочного графика ΔF=4,1·с находят содержание ацетальдегида 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 40 мин.

Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора 150.

Время, необходимое для восстановления сорбента, 10 мин. Погрешность определения паров ацетальдегида в воздухе ±12%.

Пример 2

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносят раствор Tween-40 в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу при 40°С в течение 30 мин составляла 20 мкг. Далее анализируют как указано в примере 1. Способ осуществим. Результаты приведены в табл.1.

Пример 3

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносят раствор Tween-40 в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу при 50°С в течение 30 мин составляла 20 мкг. Далее анализируют 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

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносят раствор Tween-40 в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу при 30°С в течение 30 мин составляла 20 мкг. Далее анализируют 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

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносят другой модификатор - раствор полистирола в толуоле так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу при 40°С в течение 20 мин составляла 15 мкг. Далее анализируют 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

На электроды пьезорезонатора микрошприцем наносят другой модификатор - раствор сквалана в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу при 40°С в течение 20 мин составляла 15 мкг. Далее анализируют 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 Tween-40, равной 15-20 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 ацетальдегида 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 ацетальдегида в воздухе рабочей зоны.

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

1) сократить время подготовки детектирующего устройства с 8-10 ч до 30 мин;

2) интенсифицировать процесс определения ацетальдегида, т.е. сократить время анализа с 90-120 до 40 мин;

3) снизить погрешность определения с 25 до 12%.

Таблица 1Примеры осуществления способаНомер примераМодификаторРастворительМасса модификатора m, мкгТемпература удаления растворителя, °CАналитический сигнал, ГцВремя опроса, сВремя регенерации, минПогрешность определения, %Реализация способа1Tween-40хлороформ154035101012,0осуществим2Tween-40хлороформ204033101012,6осуществим3Tween-40хлороформ205028101013,4неосуществим4Tween-40хлороформ203026101014,8неосуществим5полистиролтолуол15408151018,5неосуществим6скваланхлороформ1540951014,5неосуществим

Таблица 2Сравнение прототипа и предлагаемого способаПараметрПрототипПредлагаемый способПродолжительность подготовки детектирующего устройства8-10 ч30 минПродолжительность анализа, мин90-12040Погрешность определения±25%±12%Минимально определяемая концентрация ацетальдегида, мг/м³33

Сущность: отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы раствором Tween-40 (полиоксиэтиленсорбитолмонопальмитат) в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя составляла 15-20 мкг. Для чего пленку модификатора сушат при 40°С в течение 30 мин. Регистрацию аналитического сигнала осуществляют в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора после введения пробы в ячейку детектирования, расчет концентрации ацетальдегида производят по уравнению ΔF=4,1·c, где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц; с - концентрация ацетальдегида, мг/м³. Технический результат изобретения заключается в сокращении времени определения ацетальдегида и уменьшении погрешности определения. 2 табл.

Способ определения паров ацетальдегида в воздухе рабочей зоны, включающий отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, детектирование с регистрацией аналитического сигнала и расчет концентрации ацетальдегида по градуировочному графику, отличающийся тем, что отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы раствором Tween-40 (полиоксиэтиленсорбитолмонопальмитат) в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя составляла 15-20 мкг, для чего пленку модификатора сушат при 40°С в течение 30 мин, регистрацию аналитического сигнала осуществляют в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора после введения пробы в ячейку детектирования, расчет концентрации ацетальдегида производят по уравнению

ΔF=4,1·c,

где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

с - концентрация ацетальдегида, мг/м³.