Способ определения примесей органических веществ в воздухе Советский патент 1983 года по МПК G01N31/08 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения примесей органических веществ в воздухе, и может быть ис. пользовано в лабораториях для контроля загрязнения воздушной среды. Известен способ определения примесей органических веществ в воздухе путем аспирирования воздуха чере слой активированного угля, экстрак ции адсорбированных примесей органи ческим растворителем с последующим хроматографированием экстракта 11 DНедостатком способа является малая точность вследствие неполной адсорбции примесей на угле в присут ствии паров воды. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ опр деления примесей органических вещес в воздухе путем предварительной осу ки воздуха, аспирирования сухого во духа через слой адсорбента - активи рованного угля, экстракции адсорбированных примесей органическим раст ворителем с последующим хроматографированием экстракта 2J, Недостатком способа является малая точность вследствие потерь примесей на осушительной колонне. Целью изобретения является повыше ние точности определения. Поставленная цель достигается тем что согласно способу определения при месей органических веществ в воздухе в качестве адсорбента используют активированный уголь с характеристической энергией адсорбции 2224 кДж/моль и предельным объемом адсорбционного пространства 0,0,5 . На чертеже представлены экспериментальные результаты исследования изменения величины равновесной адсорбции органических микропримесей из потока сухого (относительная влаж ность 0,5%) и влажного (относительная влажность 95) воздуха при их концентрировании активными углями, имеющими различные значения энергии адсорбции. Из графика (фиг, 1) видно, что для активных углей, микропористая структура которых характеризуется энергией адсорбции, изменяющейся в пределах кДж/моль, характерно минимальное снижение (или изменение) величины равновесной адсорбции при концентрировании органических микропримесей из влажного воздуха по сравнению с равновесной адсорбцией из сухого воздуха, т.е, при изменении величины концентрации примесей в воздухе в 100 раз и относительной влажности воздуха с 0,5 до 95% величина равновесной адсорбции активных углей, микропористая структура которых характеризуется энергией адсорбции в пределах кДж/моль, изменяется (уменьшается) не более чем на 18-22%, что соответствует погрешности луч1иих аналитических приборов, предназначенных для.прямого анализа во влажном воздухе примесей органических веществ в стационарных лабораторных условиях. При использовании методов концентрирования погрешность приборов снижается, так как проводится анализ концентратов, а не разбавленных жидких или газовых (паровых) смесей . На графике обозначены энергия Е адсорбции, Г к/ /моль ; Адд/А - отношение величин равновесной адсорбции, полученное для одного и того же образца активного угля при концентрировании микропримесей (пары бензола, толуола, ксилола, декана) из сухого (относительная влажность 0,5%) и влажного (относительная влажность 95%) воздуха. Кривая 1 получена при концентрировании смеси микропримесей при суммарной концентрации 0,5 мг/л воздуха; кривая 2 - при суммарной концентрации 0,05 мг/л; кривая 3 - при суммарной концентрации 0,005 мг/л. Теоретическими основами предлагаемого способа является использование особенностей механизма адсорбции микропримесей активными углями из потока влажного воздуха, которые состоят в том, что с повышением энергии адсорбции активных углей от 8,3 до 22 кДж/моль возрастает способность рганических молекул к адсорбции в бъеме микропор как из сухого, так из влажного воздуха. Для активных глей с энергией адсорбции больше Л кДж/моль для молекул воды адсорбионные силы становятся соизмеримыи с таковыми для молекул органиеских веществ, концентрация которых ри типичных анализах микропримесей, агрязняющих атмосферу промышленных редприятий, в раз меньше, ем водяных паров, 31 Характеристическая энергия адсорб (Ер) и предельный объем адсорбцииционного пространства являются справочными параметрами микропористой структуры адсорбентов в терминологии теории объемного заполнения. Основное уравнение этой теории имеет вид: i I |ЬЕо где а - равновесная величина адсорб ции при относительном давлении Р/Рд (или относительной концентрации С/Сд) и темпера туре Т; V - мольный объем вещества в адсорбированном состоянии; А - изменение свободной энергии адсорбции Гиббса, взятое со знаком минус: А . -ДО RTln(Pg/p ); { -коэффициент подобия, определяемый по физическим констан там рассматриваемого и стандартного вещества (в качестве стандартного вещества при нят бензол); п - целочисленный параметр (для промышленных активных углей ). Предельный объем адсорбционного пространства рассчитывается по одной точке экспериментальнЬй изотермы адсорбции паров бензола на рассматриваемом образце активного угля: ap-V где величина адсорбции а соответствует экспериментальному значению по изотерме адсорбции при Р/Рс 0,17, Характеристическая энергия адсорб ции вычисляется как Ер RTln(). Р - равновесное давление, при котором величина адсорбции ау , 0,3б8ао. Приме р.: Проводилось определение содержания органических микропримесей в эталонной паровоздушной смеси паров бензола, толуола, ксилола и декана с суммарным содержанием органических микропримесей 0,0012 мг/л и содержанием водяных паров 12,1 мг/л. Для этого через две последовательно соединенные трубки (6 см на 6 мм), заполнение 100 и 500 мг активированного угля (2035 меш), например СКТ-2, микропористая .структура которого характеризует ся энергией адсорбции 23,5 кДж/моль 94 и предельным объемом адсорбционного пространства, равным 0,+6 см/г пропускают со скоростью 0,25 л/мин 5 л исследуемого воздуха. Угйль- из трубки-концентратора после отбора пробы высыпают в охлаждаемую в электромикрохолодильнике микропробирку емкостью 1,0 см, содержащую 0,5 мл хроматографически чистого пентана. Пробирку закрывают пробкой из силиконовой резины и оставляют на 30 мин. После этого пробку прокалывают микрошприцем и 5 мкл раствора вводят в испаритель хроматографа. Экстракт из второй трубки, содержащей 50 мл угля, используют как контрольный. В результате хроматографического анализа установили, что в первом экстракте содержится суммарно 0,00551 мг загрязняющих воздух органических веществ, во втором эк- стракте органических веществ, загрязняющих исследуемый воздух, не обнаружено. Таким образом, по результатам анализа определено, что в расчете, на 1 л пропущенного воздуха приходится 0,0011 мг загрязняющих веществ. Истинное содержаниеорганических веществ для этого диапазона анализируемых концентраций в среднем на 20% меньше в адсорбенте, чем в воздухе, вследствие влияния на величину адсорбции адсорбирующихся на угле паров воды. Следовательно, ре- зультаты определения должны быть увеличены на 20%, т.е. имеем концентрацию 0,0013 мг/л Погрешность определения концентраций органических веществ, загрязняющих воздух, в сравнении с эталонной, составляет 8,3 без предварительной осушки. Для сравнительной оценки и выявления преимуществ предлагаемого способа перед известным при определении примесей органических веществ различных классов в воздухе используют смеси паров органических веществ в потоке воздуха, приготавливаемые динамическим методом с использованием капиллярных натекателей ГП . - Данные количественного определения паров различных классов органических веществ lio предлагаемому способу в сравнении с известным представлены в таблице (температура 23С, объем пробы воздуха, отбираемого в концентраторе 3 л, относительная влажность воздуха 75).

7 10Т93298

Как видно из данных таблицы пред-ды, со средней относительной

лагаемый способ при использованиисшибкой 19f3, в то время как

только активного угля с характеристи-по известному способу относительческой энергией адсорбции 22-мая ошибка 9б%, вследствие по24 кДж/моль (без форколонки) позво-5 глощения анализируемых веществ форляет определять во влажном воздухеколонкой, содержащей молекулярные

эфиры, кетоны и спирты, а также аро-сита 5А, серную кислоту и карбонат

матическйе и предельные углеводоро-натрия.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИНЕСЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ путем аспирирования воздуха через слой адсорбента - активированного угля, экстракции адсорбированных примесей органическим растворителем с последующим хроматографированием экстракта, о т ли ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности определения, в качестве адсорбента используют активированный уголь с характеристический энергией адсорбции 22-2 кДж/моль и предельным объемом адсорбционного пространства 0,0,5 . |. kn С0 &д Ф }0 Е 25 20