ИНДИКАТОРНАЯ ПЛАСТИНКА И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ АВАРИЙНО ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ Российский патент 2013 года по МПК G01N31/22 G01N21/78 

Изобретение предназначено для экспресс-контроля высоких концентраций в воздухе хлористого водорода, аммиака, хлора и двуокиси азота в воздухе, являющихся аварийно химически опасными веществами (далее по тексту - АХОВ). Пластинка может использоваться для контроля зараженности атмосферы при техногенных авариях (катастрофах), связанных с выбросами в окружающую среду АХОВ.

Измерение высоких концентраций АХОВ необходимо для контроля места и времени пребывания спасателя в защитной одежде в различных зонах техногенной аварии. В зависимости от зоны по ГОСТ Р 22.9.05-95 лимитируется время и тип защитной одежды для спасателя (фильтрующие и изолирующие костюмы, фильтрующие и изолирующие противогазы).

В последнее время достигнут значительный прогресс в разработке портативных систем для экспресс-анализа большого числа различных по химической природе загрязняющих веществ. Среди средств индикации наиболее приемлемыми являются простые в изготовлении и эксплуатации индикаторные бумаги (пленки), безаспирационные индикаторные трубки, позволяющие проводить определения неорганических и органических веществ, посредством визуального тестирования по возникновению или изменению окраски.

В индикаторном чувствительном материале (ИЧМ) [Патент RU 2272284] твердый полимерный носитель выполнен из прозрачного полимерного материала, содержащего функциональные группы, обеспечивающие межмолекулярные взаимодействия с реагентом и/или определяемым веществом. ИЧМ обладает способностью реагировать на широкий круг анализируемых веществ, а также позволяет определять анализируемые вещества с повышенной точностью на уровне предельно допустимых и опасных концентраций в полевых условиях в различных объектах при упрощении визуальной и фотометрической оценки. Данное изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано при создании оптических полимерных сенсоров и спектрофотометрических датчиков, применяемых для оперативного контроля концентрации примесей в жидкостях и газах, как в лабораторных, так и в полевых условиях. Однако оно неприменимо для контроля зараженности атмосферы при техногенных авариях (катастрофах), связанных с выбросами в окружающую среду АХОВ.

Существует индикаторный чувствительный материал (ИЧМ), включающий твердый носитель, органический реагент и оптический отбеливатель - белофор при следующем соотношении компонентов, мас.%: носитель 91-96, белофор 1-2, органический реагент 3-10 [Патент RU 2067297]. ИЧМ получают путем обработки реактивной бумаги (носителя) водным раствором белофора. Подложку подвергают термообработке, а затем выполняют иммобилизацию органического реагента. К недостаткам можно отнести то, что изобретение рассчитано на определение микроконцентраций веществ, тогда как определение более высоких концентраций может вызвать затруднения. Также, для определения концентрации анализируемого вещества пропускают необходимый объем пробы через насадку с заданной скоростью, что требует использования дополнительной аппаратуры.

Известен индикатор токсичных газов (ИТГ) [Патент RU 2208225]. Он относится к измерительной и индикаторной технике и может быть использован как в измерительных устройствах, так и без них, в качестве визуального индикатора для контроля окружающей среды, измерения концентраций и нахождения течей вредных газов, контроля герметичности изделий, содержащих вредные химические вещества. ИТГ представляет собой пористый материал, в который внесены мелкодисперсные фрагменты пленки, состоящей из смеси двух проводящих полимеров: политиофена и полисиланоанилина, которые синтезируются в режиме потенциостатического циклирования. Данный индикатор может быть использован без измерительной аппаратуры. Недостатком ИТГ является то, что его нельзя применить для экспресс-контроля АХОВ. Определение концентраций веществ с помощью ИТГ нельзя назвать экспрессным, так как требуется проведение довольно длительной процедуры пробоподготовки, приготовление точных растворов и т.д.

Известен способ контроля концентраций вредных веществ в воздухе путем обдува контролируемым воздухом индикаторной ленты и измерения изменения ее цвета или оптической плотности [Патент RU 2045043]. Индикаторную ленту перемещают со скоростью в пределах от 0,5 до 20 м/с, например, путем ее вращения. Частицы воздуха в приповерхностном слое вращающейся индикаторной ленты приобретают радиальную составляющую скорости под действием центробежной силы и вследствие этого удаляются от поверхности индикаторной ленты. В результате давление в приповерхностном слое ленты снижается и на смену воздуху, обедненному вредными веществами вследствие фотоколориметрической реакции с индикаторным веществом индикаторной ленты, под действием перепада давлений поступают свежие порции воздуха, обогащенные вредным веществом. Недостаток этого способа заключается в невысокой точности и воспроизводимости результатов из-за нестабильности обдува индикаторной ленты. Нестабильность обдува связана с постепенным засорением воздуховодов газоанализатора пылью, износом и засорением клапанов побудителя расхода воздуха, изменением расхода воздуха при изменении атмосферного давления из-за неточностей изготовления реакционной камеры, из-за подсоса воздуха в реакционной камере вследствие вариации ширины и толщины индикаторной ленты.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению по совокупности признаков являются субстрат-индикаторные системы, выполненные в виде индикаторных плоских элементов (ИПЭ) [Патент RU 2364863]. ИПЭ позволяют проводить анализ путем прокачивания через них воздуха при помощи насоса, а также и в статических условиях путем помахивания элементом в воздухе. ИПЭ содержит полимерный контейнер, состоящий из двух деталей, неразъемно соединенных по наружному краю и образующих между собой полость, в которой расположены индикаторный билет, изготовленный из нетканого полимерного материала, имеющего высокую сорбционную способность, фильтрующая подложка, расположенная параллельно индикаторному билету, и расположенные между индикаторным билетом и фильтрующей подложкой герметичные емкости, представляющие собой ампулы или запаянные пакеты из комбинированного металлизированного материала, содержащие индикаторный раствор. Недостатком ИПЭ является то, что наиболее точный результат достигается путем прокачивания через них воздуха при помощи насоса, а также то, что герметизация ИПЭ обеспечивается путем запаивания его в пакет из металлизированного полимерного материала. Для создания ИПЭ необходимо изготовление полимерного контейнера.

Задача изобретения заключается в создании индикаторной пластинки, предназначенной для экспресс-контроля высоких концентраций хлористого водорода, аммиака, хлора и двуокиси азота в воздухе, простых в использовании и изготовлении, и в разработке способа определения высоких концентраций АХОВ в воздухе с помощью предлагаемой пластинки.

Поставленная задача решается тем, что индикаторная пластинка изготавливается из индикаторной бумаги на подложке из твердого органического стекла (полиметилметакрилат) и изолируется от атмосферы лентой на лавсановой основе. Пластинка индикаторная может изготавливаться двух типов: тип 1 - пластинка индикаторная на хлористый водород и аммиак; тип 2 - пластинка индикаторная на хлор и двуокись азота.

На фиг.1 представлено схематическое изображение индикаторной пластинки, состоящей из органического стекла 1, прикрепленной на нем с помощью липкой ленты индикаторной бумаги 2, картонной полоски 3, для обозначения места отрыва картонной полоски имеется надрез 4 липкой ленты, на органическом стекле имеются две риски 5 длиной (4±1) мм от края органического стекла, обозначающие длину изменения цвета индикаторной бумаги, при которой происходит переход из одной зоны зараженности АХОВ в другую, риски наносятся любой яркой краской перпендикулярно к индикаторной бумаге.

Для контроля в воздухе хлора и двуокиси азота на твердой основе закреплена индикаторная йодкрахмальная бумага, а для контроля в воздухе хлористого водорода и аммиака закреплена универсальная индикаторная бумага в соответствии с фиг 1.

Еще одним объектом изобретения является способ определения высоких концентраций АХОВ в воздухе с помощью индикаторной пластинки. Способ действия индикаторной пластины основан на изменении окраски индикаторной бумаги при взаимодействии с АХОВ и продвижении окрашенного слоя вверх под действием фронтального элюирования. Определение концентрации вещества производится по высоте продвижения фронта окраски за определенное время.

Индикация в зараженной среде начинается открытием (отрыванием узкой полоски ленты с помощью картонной полоски) нижней части индикаторной бумаги. Для удобства использования индикаторной пластинки картонная полоска выступает над пластинкой на 20 мм, что позволяет использовать пластинку не снимая защитных перчаток спасателям, работающим в аварийных зонах, зараженных АХОВ.

Принцип действия индикаторной пластины основан на изменении окраски индикаторной бумаги при взаимодействии с АХОВ и продвижении окрашенного слоя вверх под действием фронтального элюирования (вид хроматографии). Определение концентрации вещества производится по высоте продвижения фронта окраски за определенное время. При экспресс-анализе зараженного воздуха хлором и/или двуокисью азота бумага изменяет окраску с белой на синюю. При воздействии на соответствующую индикаторную пластину хлористого водорода происходит окрашивание в красный цвет, аммиак даст сине-зеленую окраску индикатора.

Способ определения высоких концентраций АХОВ в воздухе с помощью индикаторной пластинки осуществляется следующим образом. В зависимости от вида заражения из комплекта выбирается определенный вид индикаторной пластинки. Индикация в зараженной среде начинается открытием (полным отрыванием картонной полоски) нижней части индикаторной бумаги. Фиксируется время. Изменение цвета в индикаторной пластинке будет наблюдаться со стороны отрыва картонной полоски. Оценка степени зараженности оценивается по длине окраски индикаторной бумаги за определенный промежуток времени. На индикаторной пластинке нанесены риски. Если за 10 минут окрашивание бумаги достигает первой отметки, то это свидетельствует о переходе из третьей зоны зараженности АХОВ во вторую. Достижение окрашенного участка индикаторной бумаги второй риски свидетельствует о переходе из второй зоны зараженности АХОВ в первую.

Группа изобретений предназначена для экспресс-контроля высоких концентраций хлористого водорода, аммиака, хлора и двуокиси азота в воздухе, являющихся аварийно химически опасными веществами (АХОВ), и может быть использована для контроля зараженности атмосферы при техногенных авариях, связанных с выбросами в окружающую среду АХОВ. Индикаторная пластинка состоит из органического стекла, индикаторной бумаги, закрепленной на органическом стекле и изолированной от атмосферы с помощью липкой ленты, картонной полоски и двух рисок на органическом стекле. При этом для обозначения места отрыва картонной полоски имеется надрез липкой ленты. Группа изобретений относится также к способу определения высоких концентраций АХОВ в воздухе с использованием указанной индикаторной пластинки, который включает открытие нижней части индикаторной пластинки путем отрыва картонной полоски; фиксацию времени отрыва картонной полоски; наблюдение за реакцией окрашивания индикаторной бумаги при взаимодействии с АХОВ и продвижением окрашенного слоя вверх; определение концентрации вещества по высоте продвижения фронта окраски относительно первой или второй рисок. Группа изобретений обеспечивает простое и быстрое определение высоких концентраций АХОВ в воздухе. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Индикаторная пластинка, состоящая из органического стекла, индикаторной бумаги, закрепленной на органическом стекле и изолированной от атмосферы с помощью липкой ленты; картонной полоски; для обозначения места отрыва картонной полоски имеется надрез липкой ленты; на органическом стекле имеются две риски.

2. Индикаторная пластинка по п.1, отличающаяся тем, что липкая лента изготовлена на лавсановой основе.

3. Индикаторная пластинка по п.1, отличающаяся тем, что для удобства использования индикаторной пластинки картонная полоска выступает над пластинкой на 20 мм.

4. Индикаторная пластинка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве индикаторной бумаги используется йодкрахмальная бумага.

5. Индикаторная пластинка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве индикаторной бумаги используется универсальная индикаторная бумага.

6. Индикаторная пластинка по п.1, отличающаяся тем, что риски наносятся любой яркой краской перпендикулярно к индикаторной бумаге.

7. Способ определения высоких концентраций аварийно химически опасных веществ в воздухе осуществляется с использованием индикаторной пластинки по п.1, причем указанный способ включает следующие этапы:
- открытие нижней части индикаторной пластинки путем полного отрывания картонной полоски;
- фиксация времени отрыва картонной полоски;
- наблюдение за реакцией окрашивания индикаторной бумаги при взаимодействии с аварийно химически опасными веществами и продвижении окрашенного слоя вверх под действием фронтального элюирования за определенное время;
- определение концентрации вещества по высоте продвижения фронта окраски относительно первой или второй рисок.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что изменение цвета индикаторной бумаги наблюдается со стороны отрыва картонной полоски.