Способ определения кислорода в газах Советский патент 1992 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к люминесцентному анализу неорганических веществ и может быть использовано для определения кислорода в газах в диапазоне от 0 до 100 объемных процентов при различной влажности и в присутствии паров органических веществ.

Цель изобретения - расширение диапазона рабочих температур измерения содержания кислорода в водно-кислородных и органокислородных воздушных смесях в интервале 0-100°С объемных процентов кислорода.

Поставленная цель достигается модифицированием кремнезема или пористого стекла молекулами 2-амино-3-(бензтиазол- 2-ил)-пирроло (2, 3-Ь) хиноксалина, ковален- тное связывание которого с поверхностью осуществляется взаимодействием аминиро- ванного кремнезема с 2-(бензтиазол-2-ил) ацетонитрилом.

Отличительным признаком изобретения является использование для люминесцентного определения кислорода

кремнезема или стекла с привитыми к поверхности молекулами 2-амино-3-(бензтиа- зол-2-ил)-пирроло {2, 3-Ь) хиноксалина, что обеспечивает его постоянный состав и возможность работы в различных средах, обеспечивает чувствительность к кислороду привитого люминесцентного соединения при повышенных температурах (вплоть до 100°С), что позволяет количественно определить кислород в присутствии ларов воды или органических соединений вследствие их испарения при повышенной температуре. Кроме того, привитое органическое соединение сохраняет свои физико-химические свойства и чувствительность к кислороду на протяжении длительного времени (не менее года).

Пример 1. Получение силикагегля с химически закрепленным на нем 2-амино- 3-(бензтиазол-2-мл)-пирроло (2, 3-Ь) хинок- салином. В смеси, содержащей 100 мл диметилформамидэ и 5 мл триэтиламина. растворяют 2,14 г (6,4 моль) а-(бензти- азол-2-ил)- а -{2-хлорхиноксалин-З-ил) аце1Л

С

,

2

Ю VJ

Ю О

тонитрила. К полученному раствору прибавляют 10 гу-аминопропилсилохрома (исходный силохром С-80, удельная поверхность 80 м /г). Суспензию перемешивают при 120°С втечение 16 ч. Отфильтрованный сорбент промывают в эксикаторе Сокслета ди- оксаном и сушат в вакууме. Количество 2-амино-3-(бензтиазол-2-ил) пирроло(2,3-Ь) хиноксалйна, химически закрепленного на кремнеземе определяют спектроскопически в глицерине. Полученный силикагель содержит 1,16- моль/м2 закрепленных групп, что отвечает его максимально возможной концентрации.

П р и м е р 2. Получение пористого стекла с химически закрепленным на нем 2-амино-3-(бензтиазол-2-ил)-пирроло (2, 3- Ь)хиноксэлином.

Пластинку из пористого стекла разме- рами 20х20 мм и со средним диаметром пор 400 А кипятили в течение шести часов в 5%-Иом растворе у-аминопропилтриэток- сисилана для аминирования поверхности стекла по реакции

Si - ОН + (С2Н50)зЗКСН2)зМН2 - - Јl-0-Јi(CH2)3NH2 + С2Н50Н.

Затем пластинку перемещали в аппарат Сокслета, промывали в течение 8 ч толуолом. После этого пластинку помещали в 50 мл 6,4 молярного раствора а-(бензтиазол- 2-ил)- а -(2-хлорхиноксалин-З-ил) ацетонит- рила и диметилформамиде и далее модифицировали и промывали аналогично примеру 1. Электронный спектр пропускания полученного образца, снятый на спектрофотометре М-80, характеризуется максимумами поглощения при 24200 , 28320 ,29280 ,32640 и 38000 , характерными для 2-амино-(3-бензтиазол-2- ил)-пирроло (2, 3-Ь) хиноксалина,

П р и м е р 3. Измерения люминесценции проводили с помощью установки, схема которой изображена на чертеже, состоящей из источника 1 излучения ИСК-25, светофильтра 2 возбуждающего излучения (450 нм), световодов 3, измерительного чувствительного элемента 4, опорного чувствительного элемента 5, устройства 6 термостабилизации, измерительной камеры 7, фильтров 8 люминесценции (600 нм), фотоприемного устройства 9, микро-ЭВМ 10 Искра-1256

Измерительный чувствительный элемент в виде спрессованной под давлением 10 т/см2 таблетки из сорбента, полученного по примеру 1 дисперсностью 100 мкм. приклеен к поверхности теплопроводящей подложки устройства термостабилизации, обеспечивающего прогрев чувствительного элемента до 100 ± 1°С, Для отстройки от

нестабильности температуры и интенсивности излучения применен опорный чувствительный элемент, отличающийся от измерительного герметизацией от доступа кислорода.

Измерительной величиной является отношение интенсивной люминесценции измерительного (1и) и опорного (lo) чувствительных элементов, определяемое микро- ЭВМ, пропорционально порционному

давлению кислорода (р02) в измерительной камере

20

+ К р02.

и

Зависимость 10 и 1И от объемной концентрации кислорода в кислородоазотосодер- жащей газовой смеси при 26°С приведена в табл.1.

П р и м е р 4. Иллюстрирует чувствительность сенсора к кислороду в зависимости от содержания насыщенных паров воды и керосина в кислородоазотосодержащей смеси. В качестве сенсора служила таблетка

модифицированного силикагеля, используемая в примере 3.

Характеристика влияния чувствительности сенсора к кислороду в зависимости от содержания насыщенных порав воды и керосина при 26 и 100°С в кислородо-азотосо- держащей смеси приведена в табл 2.

Как видно из табл. 2, достоверные значения 0Ли и, следовательно, процентный объем кислорода можно определить с использованием предлагаемого элемента на основе силикагеля при 100°С.

Пример 5. В качестве чувствительного элемента песчинка из модифицированного пористого стекла, полученная по примеру 2.

Определение эксплуатационных возможностей сенсора проводили при 26, 60, 80 и 100°С с использованием сухих азото- кислородных смесей и азотокислородных

смесей, насыщенных парами воды и керосина.

Экспериментальные данные обобщены в табл. 3.

Как видно из табл.3, работа сенсора при 80°С обеспечивает определение объемного процентного содержания кислорода с относительной погрешностью, не превышающей ± 10%,

Формула изобретения Способ определения кислорода в газах, включающий нанесение на поверхность сорбента ковалентно связанного с кремнеземом органического соединения, регистрацию тушения люминесценции сорбента при пропускании над ним анализируемого газа и определение кислорода по величине тушения, отличающийся тем. что, с целью расширения диапазона определяе0

мых содержаний -кислорода до интервала (0-100) об.% и повышения точности анализа в присутствии паров воды и органических растворителей, в кач естве ковалентно-свя- занного соединения используют 2-амино-З бензоил-2ил-пирроло-(2, 3-Ь)-хинокса- лин, привитый к сорбенту в количестве 6 - 1,4 моль/г сорбента, а при регистрации люминесценции сорбент нагревают до 80-100°С.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве чувствительного к кислороду соединения используют 2-ами- но-{3-бензтиазол-2-ил)-лирроло (2. 3-Ь)-хи- ноксалин. 1 ил.. 3 табл.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3