ИНДИКАТОРНАЯ ТРУБКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕРКАПТАНОВ В ВОЗДУХЕ Российский патент 2009 года по МПК G01N31/22 

Заявляемое изобретение относится к аналитической химии и к экологии, конкретно к индикаторной трубке для визуального экспресс-определения меркаптанов в воздухе.

Известны колористические индикаторные трубки для визуального экспресс-определения меркаптанов в воздухе. Например, индикаторная трубка производства фирмы «Dräger» (Германия)(обозначение индикаторной трубки - «Меркаптан 20а» [1, стр.113]), в конструкции индикаторной трубки используется ампула с раствором соли двухвалентной меди. При проведении анализа вначале прокачивают 1,0 л воздуха через слой сорбента, затем вскрывают ампулу с раствором реагента, полностью смачивают сорбент и через определенное время считывают показания. К недостаткам индикаторной трубки относятся: усложненная конструкция (наличие ампулы), усложненный алгоритм выполнения анализа (необходимость вскрытия ампулы и последующего пропитывания сорбента с помощью воздухозаборного устройства), низкая чувствительность (минимальная определяемая концентрация меркаптанов 53 мг/м³).

Индикаторная трубка упрощенной конструкции (не содержащая ампулу) и поэтому с упрощенным алгоритмом измерения включает хемосорбент (сорбент с нанесенной на него солью двухвалентного палладия; обозначение индикаторной трубки - «Меркаптан 0,5а» [1, стр.112]). При анализе 2,0 л воздуха, используя указанную индикаторную трубку, минимальная определяемая концентрация меркаптанов составляет 1,28 мг/м³.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности и по достигаемому результату является безампульная индикаторная трубка, содержащая хемосорбент (увлажненный сорбент с нанесенными на него хлорной ртутью и рН-индикатором, метиловым красным, обозначение индикаторной трубки - «Меркаптан 0,1а» [1, стр.111]). При пропускании анализируемого воздуха через хемосорбент меркаптан реагирует с хлорной ртутью, выделяющийся хлористый водород (соляная кислота в присутствии влаги) взаимодействует с рН-индикатором, результатом чего является контрастное изменение цвета хемосорбента из желтого в красно-фиолетовый. Минимальная определяемая концентрация меркаптанов при анализе 1,0 л воздуха составляет 0,26 мг/м³ (то есть 0,33 от предельно -допустимой концентрации (ПДК) для этилмеркаптана в воздухе производственных помещений, установленной в Российской Федерации (1,0 мг/м³) [2]). По параметру «минимальная определяемая концентрация» индикаторная трубка «Меркаптан 0,1а» может быть допущена к использованию в Российской Федерации для контроля этилмеркаптана в воздухе производственных помещений. Но индикаторная трубка «Меркаптан 0,1а» фактически регистрирует не непосредственно меркаптан, а эквивалентное ему количество хлористого водорода; в связи с этой особенностью состава хемосорбента индикаторная трубка неселективна к парам (аэрозолям) веществ кислотного и щелочного (основного) характера. Присутствие в анализируемом воздухе веществ кислотного характера приводит к завышению результатов анализа, вещества щелочной (основной) природы наоборот способствуют их занижению. Например, в отсутствие этилмеркаптана при анализе воздуха, содержащего 0,15 мг/м³ хлористого водорода (0,03ПДК хлористого водорода в воздухе производственных помещений [2]), показания индикаторной трубки при соответствующей влажности воздуха могут быть интерпретированы, как присутствие этилмеркаптана в концентрации 0,26 мг/м³. В случае совместного содержания в воздухе этилмеркаптана в концентрации 0,26 мг/м³ и аммиака в концентрации 0,07 мг/м³ (2,8·10^-3 ПДК аммиака в воздухе производственных помещений [2]), показания индикаторной трубки могут быть интерпретированы как отсутствие этилмеркаптана.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, - повышение селективности к кислотным и щелочным (основным) примесям при определении меркаптанов посредством колористической безампульной индикаторной трубки, обеспечивающей определение этилмеркаптана в воздухе производственных помещений с чувствительностью не хуже 0,5 ПДК.

Решение изложенной технической задачи заключается в том, что хемосорбент безампульной индикаторной трубки содержит аналитический реагент, одно из тиомеркурисоединений(ТМС) общей формулы [3]:

, где

ТМС(1-4) являются селективными в отношении веществ щелочной (основной) природы хромогенными реагентами, проявляющими сопоставимую реакционную способность и сопоставимые аналитические эффекты при взаимодействии с меркаптанами. В результате реакции ТМС(1-4) с меркаптанами возникает интенсивный контрастный аналитический эффект.

В качестве других компонентов хемосорбент содержит:

- силикагель марки КСКГфракции 0,165-0,215 микрон;

силикагель используется для адсорбции меркаптанов, содержащихся в воздухе, в качестве основы, на которую нанесены другие компоненты хемосорбента и на которой осуществляется аналитическая реакция ТМС с меркаптаном;

- катионное поверхностно-активное вещество (КПАВ) (например, бромид цетилтрибутиламмония, йодид цетилпиридиния, хлорид октилдиметилбензиламмония); КПАВ включено в хемосорбент как реагент, способствующий растворению ТМС в исходном водном растворе, а также - для ускорения аналитической реакции;

- неароматический амин (например, этаноламины, алкиламины, пиперидин, пиперазин) обеспечивает необходимую для протекания аналитической реакции основность среды и вместе с тем является компонентом смесевого растворителя для ТМС и меркаптанов (вода - неароматический амин);

- буферный раствор с рН 9,0-11,0 (например, боратный, глициновый) используется для получения исходного раствора ТМС, для создания и поддержания необходимой щелочности реакционной среды; снижение рН меньше 9,0 способствует ухудшению растворимости ТМС в водном растворе, увеличение рН свыше 11,0 вызывает существенное окисление меркаптанов.

Включение в хемосорбент буферного раствора с рН 9,0-11,0 и неароматического амина обуславливает селективность заявляемой индикаторной трубки по отношению к возможным кислотным примесям в анализируемом воздухе. Повышенная стабильность ТМС в щелочных (основных) средах [3] определяет селективность заявляемой индикаторной трубки в присутствии веществ щелочной (основной) природы.

В таблице 1 перечислены компоненты хемосорбента и приведены найденные экспериментальным путем оптимальные диапазоны их относительного содержания. Превышение или снижение относительного содержания компонентов хемосорбента за пределы указанных диапазонов приводит к ухудшению чувствительности и уменьшению диапазона определяемых концентраций меркаптанов.

Таблица 1 Относительное содержание компонентов хемосорбента № п/п Наименование компонента Относительное содержание, в массовых процентах 1 Силикагель марки КСКГ фракция 0,165-0,215 58,000-58,448 2 ТМС(1-5) 0,008-0,005 3 КПАВ 1,180-1,141 4 Неароматический амин 2,067-2,019 5 Соли, входящие в состав буферного раствора 0,045-0,037 6 Вода 38,700-38,350

Для лучшего понимания сущности заявляемого изобретения ниже приводятся примеры его конкретного исполнения.

Пример 1. Изготовление хемосорбента

Силикагель марки КСКГ фракции 0,165-0,250 мкм в количестве 100,000 г смешивают с водным раствором объемом 100,0 мл, содержащим 0,010 г ТМС(1), 2,000 г хлорида октадецилдиметилбензиламмония, 3,500 г триэтаноламина и 5,0 мл боратного буферного раствора с рН 10,0. После тщательного перемешивания полученную смесь высушивают в вакууме при (15-20) мм рт.ст. и (20-25)°С в течение 24 часов.

Пример 2. Изготовление индикаторной трубки

В отрезок стеклодрота с внутренним диаметром 3,0 мм помещают и фиксируют с помощью прокладок и обтекателя хемосорбент массой 0,500 г; концы стеклодрота герметично запаивают.Более подробно конструкция индикаторной трубки представлена на чертеже, где 1 - корпус; 2 - хемосорбент; 3 - обтекатель; 4 - прокладка.

Пример 3. Анализ воздуха с помощью заявляемой индикаторной трубки

Для определения меркаптанов в воздухе производственных помещений вскрывают индикаторную трубку с обоих концов, концом индикаторной трубки со стороны обтекателя подсоединяют индикаторную трубку к насосу и прокачивают 1,0 л анализируемого воздуха. При наличии меркаптанов желтый цвет хемосорбента изменяется на сине-фиолетовый. Сравнивая длину изменившего первоначальную окраску слоя хемосорбента со шкалой, нанесенной на внешнюю поверхность индикаторной трубки, или со шкалой, прилагаемой отдельно, определяют концентрацию меркаптанов. Шкала зависимости длины изменившего первоначальную окраску слоя хемосорбента от концентрации этилмеркаптана приведена в таблице 2. Идентичные шкалы используют при контроле в воздухе метил-, пропил-, изопропилмеркаптанов.

Таблица 2. Зависимость длины изменившего первоначальную окраску слоя хемосорбента индикаторной трубки от концентрации этилмеркаптана Концентрация этилмеркаптана, мг/м³ 0,25 0,50 0,75 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Длина изменившего первоначальную окраску слоя хемосорбента, мм 5,5 9,5 13,0 16,5 25,0 30,5 35,5 39,5 43,0 45,5 48,0 50,5 53,0

Результаты испытаний заявляемой индикаторной трубки на селективность в присутствии хлористого водорода и аммиака (в сравнении с индикаторной трубкой «Меркаптан 0,1а») приведены в таблице 3.

Таблица 3 Влияние хлористого водорода и аммиака на цвет хемосорбента индикаторных трубок Индикаторная трубка Исходный цвет хемосорбента Цвет хемосорбента после пропускания через индикаторную трубку 1,0 л воздуха Воздух, содержащий хлористый водород в концентрации 5,0 мг/м³ (1,0ПДК) Воздух, содержащий аммиак в концентрации 20,0 мг/м³(1,0ПДК) «Меркаптан 0,1а» Бледно-желтый Красно-фиолетовый (хемосорбент полностью изменяет первоначальный цвет) Бледно-желтый Заявляемая индикаторная трубка Желтый Желтый Желтый

Результаты испытаний заявляемой индикаторной трубки на избирательность в присутствии хлористого водорода и аммиака (в сравнении с индикаторной трубкой «Меркаптан 0,1а») приведены в таблице 4.

Таблица 4 Цвет хемосорбента после воздействия на индикаторные трубки воздухом, содержащим этилмеркаптан и хлористый водород или аммиак Индикаторная трубка Цвет хемосорбента Исходный цвет хемосорбента Цвет хемосорбента после воздействия на индикаторную трубку 1,0 л воздуха, содержащего 0,8 мг/м³ этилмеркаптана и 5,0 мг/м³ хлористого водорода Цвет хемосорбента после воздействия на индикаторную трубку 1,0 л воздуха, содержащего 0,8 мг/м³ этилмеркаптана и 20,0 мг/м³ аммиака «Меркаптан 0,1а» Бледно-желтый Красновато-фиолетовый Бледно-желтый Заявляемая индикаторная трубка Желтый Сине-фиолетовый (длина изменившего окраску слоя - 16,5 мм) Сине-фиолетовый (длина изменившего окраску слоя 16,5 мм)

Данные, приведенные в табл.3, 4, позволяют сделать вывод о том, что заявляемая индикаторная трубка, в отличие от известной индикаторной трубки «Меркаптан 0,1а» характеризуется селективностью и избирательностью в отношении кислотных и щелочных примесей.

Источники информации

1. Справочник по Dräger. - Tube/CMC, Lubeck, 2003 г.

2. Гигиенические нормативы, Г.4.2.2.5.1313 - 03.

3. Авторское свидетельство СССР №1505945 от 30.03.87.

Изобретение относится к аналитической химии и к экологии. Колористическая индикаторная трубка для определения меркаптанов в воздухе производственных помещений состоит из хемосорбента с аналитическим реагентом, помещенного в цилиндрический стеклянный корпус с герметично запаянными концами, причем в качестве аналитического реагента хемосорбент содержит тиомеркурисоединение общей формулы (1-4):

, где

при этом хемосорбент дополнительно содержит силикагель марки КСКГ фракции 0,165-0,215, катионное поверхностно-активное вещество, неароматический амин, соли, входящие в состав буферного раствора с рН 9,0-11,0, и воду при заданном содержании компонентов. Достигается повышение селективности анализа. 4 табл., 1 ил.

Колористическая индикаторная трубка для определения меркаптанов в воздухе производственных помещений, состоящая из хемосорбента с аналитическим реагентом, помещенного в цилиндрический стеклянный корпус с герметично запаянными концами, отличающаяся тем, что в качестве аналитического реагента хемосорбент содержит тиомеркурисоединение общей формулы (1-4)

при этом хемосорбент дополнительно содержит силикагель марки КСКГ фракции 0,165-0,215, катионное поверхностно-активное вещество, неароматический амин, соли, входящие в состав буферного раствора с рН 9,0-11,0, и воду при следующем содержании компонентов, мас.%:
силикагель марки КСКГ 58,000-58,448 тиомеркуриосоединение 0,005-0,008 катионное поверхностно-активное вещество 1,141-1,180 неароматический амин 2,019-2,067 соли, входящие в состав буферного   раствора с рН 9,0-11,0 0,037-0,045 вода 38,350-38,700