СПОСОБ ЭКСПРЕСС-ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА ФЕНОЛОМ Российский патент 2024 года по МПК G01N31/22 G01N21/29 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к экспресс-обнаружению загрязненности поверхностей объектов фенолом.

Уровень техники

Актуальность данной разработки заключается в том, что фенол активно применяются в производствах по изготовлению строительных материалов, по производству бытовой и производственной техники, поэтому возрастает риск аварийных ситуаций как на самом предприятии, так и во время перевозки соединений фенола. Наличие фенола на поверхности может привести к отравлению и получению химических ожогов работающего персонала и населения. В целях принятия управленческих решений при ликвидации последствий аварий на предприятиях транспортной и смежных отраслей целесообразна разработка способов экспресс-обнаружения фенола на поверхности объекта.

В настоящее время для обнаружения загрязненности воды фенолом используют тест-наборы и инструментальные методы анализа. Они, как правило, требуют проведения отбора проб воды с последующим их анализом в специализированных лабораториях.

Рассматриваемые фенольные соединения и их класс токсичности представлен в таблице 1.

Примечание: ЛД₅₀ летальная доза вещества, вызывающая гибель 50% подопытных мышей при внутрибрюшинной дозе; ПДК_р.з. - ПДК в воздухе рабочей зоны; ПДК_а.в. - в атмосферном воздухе; ПДК_в. - в воде водоемов

Известен способ определения концентрации фенола в воде при помощи экстракционного метода дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракции (ДЖЖМЭ). Суть ДЖЖМЭ заключается в быстром впрыскивании в воду ацетонитрильного экстракта с добавленным в него органическим растворителем, не смешивающимся с водой. В результате образуется эмульсия, что вследствие увеличения поверхности соприкосновения фаз повышает эффективность разделения компонентов. После центрифугирования для анализа используют выделившуюся органическую фазу. Благодаря этой простой в исполнении дополнительной стадии, требующей значительно меньших количеств органических растворителей по сравнению с классическими методами экстракции, возможно одновременное селективное хроматографическое определение множества компонентов.

Для концентрирования следовых количеств фенолов можно применять мембранные методы концентрирования [68]. Особенно этот подход рекомендуется для алкилфенолов с разветвленными или длинноцепочными заместителями, к сожалению, низшие фенолы плохо задерживаются полупроницаемыми мембранами. Для повышения эффективности мембранного метода концентрирования низшие фенолы следует переводить в различные производные. Для концентрирования летучих органических веществ нашел применение хедспейсанализ (анализ паровой фазы над жидкостью). Например, водную пробу с аналитом помещают в плотно закрытый флакон, который термостатируют при повышенной температуре, при этом летучие компоненты переходят из конденсированной фазы в газовую фазу, которую затем анализируют методом ГЖХ (газо-жидкостной хроматографии). Проба отбирается только после установления равновесия между газовой и жидкой фазой.

Также широко применяют оптические методы анализа - колориметрические и спектрофотометрические. Эти методы отличаются хорошей воспроизводимостью, высокой чувствительностью, их недостатком является неселективность, влияние мешающих примесей на результаты анализа, большая трудоемкость. Фенолы во многих реакциях образуют окрашенные растворы, поэтому известен целый ряд фотоколориметрических и спектрофотометрических способов определения фенолов, основанных на применении хромофорных реактивов. Мультиволновой режим регистрации спектра наряду с программным софтом, позволяющим разделить близкорасположенные максимумы на отдельные пики, позволяет повысить селективность определения, например, смеси фенола и резорцина при разных соотношениях их концентраций.

Хроматографические методы, реализуемые на хроматографах 4 и 5 поколений, и близкие к ним электрофоретические, являются наиболее универсальными гибридными инструментальными методами анализа многокомпонентных смесей веществ, включающих в себя как процесс разделения, так и последующего детектирования.

Например, газовая хроматография. Анализ органических загрязнителей этим методом в водах до 2000 г. основывался преимущественно на использовании насадочных колонок. Сейчас в массовом анализе превалирует КГЖХ (капиллярная газо-жидкостная хроматография) с применением кварцевых колонок длиной 25-50 м.

Оптимальные результаты при КГЖХ фенолов в воде достигаются на жидких неподвижных фазах (НФ), нанесенных тонкой пленкой на внутреннюю поверхность капилляра, из метилфенилсиликонов с содержанием фенильных групп 5 и 50%.

Также при помощи газовой хроматографии проводят определение фенолов в почве следующим методом. В методе осуществляется введение в молекулу фенола шести атомов галогенов, для детектирования применяется 2,4,6-трибромфенилтрифторацетат, что значительно повышает гидрофобность молекулы и обеспечивает при жидкостной экстракции количественное извлечение анализируемого вещества в органическую фазу, последующее ацилирование 2,4,6-трибромфенола, и, как следствие, улучшение его газохроматографических свойств и снижение предела обнаружения

Недостатком данных способов является то, что необходимо провести забор почвы или воды и доставить пробу в специализированные лаборатории с сложным и дорогостоящим оборудованием. Также выполняют данную работу специально обученные люди.

Известен тест-комплект для определения соединений фенола в воде.

Тест-комплект «Фенолы» предназначен для экспресс-контроля питьевой и природной воды (пресной, морской), а также сточных вод (промышленных стоков, стоков неизвестного происхождения) на суммарное содержание растворенных в воде фенолов [1].

Тест-комплект может быть эффективно использован при поведении практических занятий по экологии, химии, биологии.

Метод определения летучих фенолов основан на реакции их окисления в щелочном буферном растворе (рН=10±0,2) при взаимодействии с 4-аминоантипирином в присутствии гексацианоферрата (III) калия, протекающей с образованием интенсивно окрашенного в желтый цвет соединения.

Одним из недостатков является то, что важно поддержание рН на требуемом уровне, так как при более высоких и низких значениях рН с индикатором реагируют вещества, не относящиеся к фенолам (например, анилин, кетоны). Кроме того, при рН более 10,2 возникающая окраска растворов нестабильна.

Используемый метод определения фенолов соответствует РД 52.24.480-95.

Для увеличения чувствительности определения окрашенный продукт реакции концентрируется методом экстракции из водной среды хлороформом с последующим анализом экстракта на содержание фенолов. Определение концентрации фенолов проводится визуально-колориметрическим либо фотоколориметрическим способом.

При визуально-колориметрическом методе концентрация фенолов определяется по окраске пробы путем визуального сравнения ее с окраской образцов контрольной шкалы. Определение носит полуколичественный характер.

Для более точного определения концентрации фенолов оптическая плотность проб может быть измерена с помощью фотоэлектроколориметра. Градуировочная характеристика линейна в диапазоне концентраций фенолов от 0,001 до 0,2 мг/л.

Точность выполнения анализа определяется:

1) точностью отбора пробы;

2) качеством реактивов, которое может ухудшиться при загрязнении, хранении в негерметично закрытых склянках, в теплом месте или на свету, а также при хранении растворов слишком продолжительное время (свыше гарантийного срока).

- Диапазон контролируемых концентраций фенолов - 0,02-0,5 мг/л.

- Определение возможно и при концентрации фенолов более 0,5 мг/л после соответствующего разбавления пробы дистиллированной водой.

- Контрольная шкала для визуально-колориметрического определения фенолов отградуирована по концентрациям (мг/л): 0,0; 0,02; 0,1; 0,2; 0,5.

- Объем пробы, необходимый для анализа, составляет 250 мл.

- Продолжительность выполнения анализа - не более 1 час.

- Тест-комплект позволяет проанализировать не менее 100 проб воды. (Необходимое для экстракции количество хлороформа поставляется по отдельному заказу.)

- Рабочие условия применения тест-комплекта:

1 температура воды, °С от 5 до 35;

2 температура воздуха, °С от 0 до 35;

3 относительная влажность воздуха и атмосферное давление - не регламентируются.

- Габаритные размеры тест-комплекта - не более 420×220×190 мм.

- Масса тест-комплекта - не более 4,0 кг.

- Тест-комплект не содержит ядовитых и сильнодействующих веществ.

- Срок годности тест-комплекта 1 год при соблюдении условий и сроков хранения растворов и реактивов.

Тест-комплект следует хранить в упаковке в прохладном месте. При длительных перерывах в работе с тест-комплектом следует убедиться в герметичности склянок с растворами и реактивами.

При получении изделия до ввода в эксплуатацию потребителю следует провести осмотр изделия, обращая внимание на целостность упаковки и укладки; наличие и целостность пломб; полноту комплектности; целостность стеклянных изделий и т.п.

Основными недостатками данного тест комплекта является маленький срок службы и необходимость поддержания рН на определенном уровне.

Данные способы выбраны нами в качестве аналогов.

Способы экспресс-обнаружения загрязненности поверхностей объектов фенолом не выявлены.

Известен способ экспресс-обнаружения агрессивных химических веществ на поверхностях объектов, заключающийся в распылении индикаторных рецептур на поверхность объекта с использованием аэрозольных устройств, выполненных в виде герметичного корпуса, заправленного реагентом, и насоса-распылителя, при этом о наличии агрессивного химического вещества судят по характерному изменению окраски индикатора на поверхности обследуемого объекта в соответствии с эталоном на этикетке аэрозольного устройства (патент RU 2 563 838 С1, кл. G01N 31/22, опубл.: 20.09.2015, Бюл. №26). Способ позволяет проводить обнаружение агрессивных химических веществ щелочного, кислого, окислительного и восстановительного характера на горизонтальных, наклонных и вертикальных поверхностях, но не позволяет проводить обнаружение фенола на поверхности объектов.

В известном способе для обнаружения агрессивных химических веществ на поверхности объекта применяется аэрозольное распыление индикаторных рецептур на анализируемую поверхность, осуществляемое путем последовательного распыления четырех индикаторных рецептур с расстояния 10-15 сантиметров на различные участки обследуемой поверхности объекта с использованием аэрозольных устройств, выполненных в виде герметичного корпуса, заправленного индикаторной рецептурой, и насоса-распылителя, при этом распыление индикаторных рецептур осуществлялось в виде монодисперсного аэрозоля.

Данный способ выбран нами в качестве прототипа.

Нами предлагается способ экспресс-обнаружения фенола с помощью аэрозольного устройства с индикаторной рецептурой на основе 0,5% водного раствора хлорного железа.

Порядок выполнения обнаружения:

- необходимо нанести с помощью аэрозольного устройства путем кратковременного нажатия на головку насоса-распылителя (2-3 нажатия) на исследуемую поверхность площадью порядка 100 см² индикаторную рецептуру - 0,5% водный раствор хлорного железа;

- наблюдать через 1-2 минуты после осуществления последней процедуры на исследуемой поверхности, подвергнутой воздействию индикаторной рецептуры, по меньшей мере, одного стабильного во времени сине-фиолетового пятна, которое свидетельствует о наличии на исследуемой поверхности фенола;

Данное изобретение относится к экспресс-способам обнаружения фенола и его соединений.

В определенных случаях выполнение способа предлагается:

- выполнять обнаружение фенола непосредственно на поверхности контролируемого объекта;

- наносить водный раствор хлорного железа на исследуемую поверхность вспомогательного тела путем распыления.

Преимущества способа перед другими способами заключаются в следующем:

- возможность обнаружения загрязнения фенолом большой площади контроля;

- возможность быстрого обнаружения фенола в течение 2-3 минут;

- отсутствие дополнительного оборудования и вспомогательных операций по подготовке реактивов;

- возможность экспресс-обнаружения фенола на вертикальных, наклонных, горизонтальных, в том числе труднодоступных поверхностях.

отсутствие необходимости непосредственного контакта с анализируемой поверхностью.

Способ экспресс-обнаружения фенола имеет следующие характеристики:

- время сохранения индикационного эффекта - не менее 120 минут;

- пороговая чувствительность способа на поверхности 2 мг/см²;

- диапазон рабочих температур (окружающая среда) 0-50°С;

- размер обнаруживаемых частиц - не менее 100 мкм;

- сохранность индикаторной рецептуры составляет не менее 2 лет. Таким образом, разработанный способ прост в использовании, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование и широко распространенные материалы и химические реактивы, малое время обнаружения (т.е. промежуток времени от момента попадания индикаторной рецептуры на поверхность объекта до появления индикационного эффекта), что позволит принять соответствующие меры защиты.

Раскрытие сущности изобретения

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в устранении недостатков вышеперечисленных способов, в частности отсутствие возможности экспресс-обнаружения фенола на поверхности объектов, малый срок хранения индикаторной рецептуры, относительная длительность проведения анализа, отсутствие удобства переноски, хранения и быстроты проведения анализа.

Данная задача решается за счет того, что заявленный способ вследствие применения разработанного алгоритма обеспечивает возможность обнаружения фенола на поверхности, значительно (в 2 и более раза) повышается срок хранения индикаторных рецептур, обеспечение удобства переноски, хранения и быстрота проведения обнаружения за счет использования аэрозольного устройства, обеспечение автономности работы в полевых условиях.

При однократном применении аэрозольного устройства обеспечивается обнаружение загрязненности поверхности объекта фенолом площадью порядка 100 см².

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности экспресс-обнаружения фенола на поверхности, повышение удобства работы, хранения, переноски, размещения и применения аэрозольного устройства, срока сохранения его работоспособности, наглядности индикационного эффекта и многократности использования аэрозольных устройств (далее АУ).

Для экспресс-обнаружения фенола используют 0,5% водный раствор хлорного железа.

При меньшем содержании компонента наблюдается недостаточно контрастный индикационный эффект. Использовать более высокие концентрации компонента нецелесообразно ввиду того, что они уже не влияют на наглядность индикационного эффекта, а приводят к непроизводительному расходу реактивов.

Технический результат достигается тем, что для обнаружения фенола на поверхности необходимо осуществить распыление индикаторной рецептуры на загрязненную плоскость площадью порядка 100 см².

Емкость использованных аэрозольных устройств (150 мл) обеспечивает проведение одной зарядкой не менее 100 обнаружений загрязненности объекта фенолом.

Аэрозольное устройство состоит из флакона объемом 150 мл и насоса-распылителя.

Фигуры 1-3 поясняют сущность данного изобретения. На фигуре 1 -показано устройство насоса-распылителя в разобранном виде, обеспечивающего нанесение монодисперсного аэрозоля. Он состоит из колпачка (1), кнопки (2), корпус насоса-распылителя (3), прокладки (4), поршня (5), корпуса запорного устройства (6), шарика запирающего (7), основания запорного устройства (8), пружины (9), корпуса клапана (10), трубки заборной (11). Все детали непосредственно соединены друг с другом. Такая сборка обеспечивает получение струи монодисперсного аэрозоля. Особенно это важно при обнаружении загрязнения фенолом поверхности объекта, чтобы не допускать размывания получаемого индикационного эффекта струей индикаторной рецептуры.

На фигуре 2 приведено аэрозольное устройство в собранном виде, состоящее из флакона (12) и насоса-распылителя (13).

На фигуре 3 приведен характер получаемого индикационного эффекта на поверхности объекта, загрязненной каплями водного раствора фенола с концентрацией соответственно в верхнем и нижнем ряду слева направо 80 мг/мл, 8 мг/мл, 4 мг/мл, 2 мг/мл в сравнении с «холостой» (незараженной) пробой (нижний ряд справа), что подтверждает возможность обнаружения загрязненности поверхности объекта на уровне 0,05 мг/см².

Пример осуществления предлагаемого способа

Заявлен способ экспресс-обнаружения фенола на поверхности.

Экспресс-обнаружение фенола на поверхности объекта осуществляют путем распыления индикаторной рецептуры на обследуемую поверхность площадью порядка 100 см² с использованием аэрозольного устройства, выполненного в виде герметичного корпуса, заправленного индикаторной рецептурой, и насоса-распылителя, при этом распыление индикаторной рецептуры осуществляют в виде монодисперсного аэрозоля, для обнаружения соединений фенола используют рецептуру, представляющую собой 0,5 % водный раствор хлорного желез, причем о наличии соединений фенола судят по появлению на поверхности характерного окрашивания.

Емкость использованного аэрозольного устройства обеспечивает удобство пользования им и многократность применения по назначению (не менее 100 обнаружений одной заправкой). Аэрозольное устройство может быть использовано для повторной заправки индикаторной рецептурой.

Изобретение относится к области аналитической химии. Раскрыт способ экспресс-обнаружения загрязнения поверхности объекта фенолом, который включает в себя нанесение на поверхность объекта индикаторной рецептуры из аэрозольного устройства, выполненного в виде герметичного флакона, заправленного индикаторной рецептурой, представляющей собой 0,5 % водный раствор хлорного железа, и насоса-распылителя, методом распыления рецептуры путем нажатия на головку насоса-распылителя в течение 1-2 с с последующим визуальным наблюдением появления на поверхности объекта в присутствии фенола характерного окрашивания, при этом конструкция примененного насоса-распылителя за счет наличия кнопки, корпуса насоса-распылителя, прокладки, поршня, корпуса запорного устройства, шарика запирающего, основания запорного устройства, пружины, корпуса клапана и трубки заборной обеспечивает распыление индикаторной рецептуры в виде монодисперсного аэрозоля. Изобретение обеспечивает возможность экспресс-обнаружения фенола на поверхности, повышение удобства работы, хранения, переноски, размещения и применения аэрозольного устройства, повышение срока сохранения его работоспособности, наглядности индикационного эффекта и обеспечивает многократность использования. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Способ экспресс-обнаружения загрязнения поверхности объекта фенолом, отличающийся тем, что он включает в себя нанесение на поверхность объекта индикаторной рецептуры из аэрозольного устройства, выполненного в виде герметичного флакона, заправленного индикаторной рецептурой, представляющей собой 0,5 % водный раствор хлорного железа, и насоса-распылителя, методом распыления рецептуры путем нажатия на головку насоса-распылителя в течение 1-2 с с последующим визуальным наблюдением появления на поверхности объекта в присутствии фенола характерного окрашивания, при этом конструкция примененного насоса-распылителя за счет наличия кнопки, корпуса насоса-распылителя, прокладки, поршня, корпуса запорного устройства, шарика запирающего, основания запорного устройства, пружины, корпуса клапана и трубки заборной обеспечивает распыление индикаторной рецептуры в виде монодисперсного аэрозоля.