Способ селективного анализа компонента в газовой смеси Советский патент 1992 года по МПК G01N1/28 G01N27/62 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к способам селективного анализа и может быть использовано для селективного детектирования сероводорода(HaS) в частности для обнаружения следов живых организмов под завалами или под землей

Известны способы детектирования сероводорода (HaS) путем колориметрического определения сероводорода. Метод основан на поглощении сероводорода (H2S) из воздуха составным раствором арсенида натрия и карбоната аммония В присутствии сероводорода образуется устойчивая суль- фосоль аммония, которая при прибавлении кислого раствора АдМОз переходит в суль- фосоль серебра, быстро разлагающуюся до сульфида серебра, сообщающего раствору желто-бурую окраску. Содержание сероводорода определяется колориметрически по стандартной шкале. Чувствительность метоVJ VJ

ю

СЬ О4

да 1 мг/м . Предельно допустимая концент- 5 рация сероводорода в воздухе 10 мг/м .

Общим недостатком колориметрического метода определения является недоста точная чувствительность и большая погрешность за счет инерционности определения.

Наиболее близким по технической сущности является способ детектирования, основанный на использовании промежуточной химической реакции. При использовании промежуточной химической реакции измерение сводится к сравнению теплопроводности газовой смеси до и после поглощения или сжигания измеряемого компонента.

Существенным недостатком этого способа является недостаточная чувствительность и селективность определения HaS в воздухе.

Целью данного изобретения является высокочувствительный селективный анализ

НзЗ в воздухе и устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в способе селективного анализа компонента в газовой смеси, заключающийся в том, что анализируемую смесь пропускают последовательно через два идентичных первичных преобразователя и расположенный между ними реактор, в котором анализируемый компонент переводят в активное вещество, к которому чувствительны первичные преобразователи и по величине разности сигнала с первичных преобразователей судят о содержании анализируемого компонента в газовой смеси, отличающийся тем, что, с целью селективного определения сероводорода в воздухе, предварительно в анализируемую смесь, содержащую сероводород с заданным нижним пределом определения превышающим чувствительность анализа, добавляют шес- тифтористую серу, находят объемное соотношение сероводорода и шестифтористой серы, при котором возникает разностный сигнал с первичных преобразователей при проведении анализа в поток анализируемой смеси добавляют шестифтористую серу, в количестве не менее найденного предварительно, в качестве первичных преобразователей используют ионизационные, а в качестве реактора - термический реактор, нагретый до температуры разложения шестифтористой серы.

Такая последовательность операций обеспечивает достижение поставленной цели за счет превращения H2S, к которому малочувствителен первичный преобразователь, в фтористый водород(НР) и элементарную серу (S), к которым преобразователь чрезвычайно чувствителен.

Как показали результаты патентных исследований, ранее в способах селективного анализа газоз в анализируемый воздух не добавляют поток SFe, промежуточный реактор не нагревают до 400 ± 10°С, а первичные преобразователи не выбирают из условия селективной чувствительности к HF и S, и нечувствительности к SFe.

Это и определяет существенные отличия предлагаемого способа селективного и высокочувствительного анализа HaS в воздухе.

Действительно, при подаче анализируемого воздуха через первичные преобразователи, которые чувствительны к HF и S, и нечувствительны к SFe при нагревании реактора до 400 ± 10°С происходит реакция: SF6 + 3H2S 6HF + 4S (1)

Эта реакция чрезвычайно селективна, так как SFe представляет собой исключительно химически инертное вещество, термически устойчивое до 800°С.

Предложенный способ анализа реализуется г помощью устройства, изображенного на чертеже.

Устройство содержит две трехэлектрод- ные ионизационные камеры 1 и 2, запитан- ные от источника переменного напряжения 3, с заземленной средней точкой. На входе

0 4 анализируемого воздуха подключен источник шестифтористой серы (SFe) 5, выход 6 трехэлектродной ионизационной камеры 1 соединен с входом 7 трехэлектродной ионизационной камеры 2 с помощью химическо5 го реактора 8, на котором установлен нагреватель 9, выход трехэлектродной камеры 2 соединен с вакуумным насосом 10. Средние электроды трехэлектродных ионизационных камер 1, 2 соединяются с землей

0 с помощью высокоомных сопротивлений PI и 2. Разностный ионизационный ток средних электродов трехэлектродных ионизационных камер 1 и 2 измеряется с помощью электрометра 11. Для ионизации анализиру5 емого газа в воздухе на крайних электродах трехэлектродных ионизационных камер 1 и 2 установлены радиоактивные источники 12.

В динамике работу устройства можно

0 описать следующим образом. При пропускании анализируемого воздуха последовательно через первичные преобразователи, в качестве которых выбраны трехэлектрод- ные ионизационные камеры 1 и 2 и химиче5 ский реактор 8, в котором поддерживается температура 400 ± 10°С с помощью нагревателя 9 и дополнительного потока SFe, под воздействием радиоактивных источников 12 образуются ионы, которые с помощью

0 электрического поля, создаваемого источником питания 3, собираются на средних электродах камер и через сопротивления Pi и 2 отводятся на землю.

При равенстве активностей источников

5 12 и геометрии ионизационных камер 1 и 2 падение напряжений на сопротивлениях RI и R. равно, разностный сигнал, измеряемый электрометром 1 равен нулю (при отсутствии равенства ионизационных токов трех0 электродных ионизационных камер разностный сигнал отличен от нуля и он учитывается при измерении полезного сигнала, или компенсируется при установке нуля электрометром).

5 При попадании bteS в поток анализируемого воздуха ионизационный ток трехэлек- тродной камеры 1 практически не изменится, а ионизационный ток трехэлектродной камеры 2 изменяется в определенном диапазоне пропорционально

концентрации в потоке воздуха, за счет того, что при прохождении воздуха через реактор 8 происходит реакция (1). Продукты реакции (1), взаимодействуя с ионами в чувствительном объеме ионизационной каме- ры 2, изменяют величину ионизационного тока среднего электрода.

Так, например, чувствительность трех- электродной камеры к HF и элементарной S в воздухе находится на уровне об.%. При этом чувствительность к SFs в воздухе незначительна (вероятно из-за того, что ди- польный момент молекулы SFe равен нулю).

Ионизация воздуха с помощью источника 12 приводит к образованию носителей положительных и отрицательных зарядов, в основном, в виде 02 и №+, они и образуют ток через средние электроды камер 1 и 2,

Существенный вклад в полезный сигнал трехэлектродной ионизационной камеры дает ионмолекулярная реакция перезарядки:

02 + ,

к тому же, эта реакция приводит к существенному повышению чувствительности за счет образования комплексов HF(H20)n при наличии влаги в воздухе, где п - зависит от влажности и температуры. Элементарная сера (S) также принимает участие в перезарядке с образованием комплексов, этим и объясняется высокая чувствительность трехэлектродной ионизационной камеры к элементарной сере.

Необходимо отметить, что в качестве первичного преобразователя можно использовать любой из известных датчиков HF, например - аэрозольно-ионизацион- ный, в котором в качестве реагента исполь5

0

5

0

5

0 5

0

зуют аммиак, этот преобразователь реализует шкалу по HF(0-5 10 А об. %), фотоколориметрический детектор реализует шкалу (0-0,002 мг/л) no HF.

Применение предложенного способа высокочувствительного селективного анализа H2S в воздухе позволит внести существенный вклад в проблему санитарного контроля производственных помещений и охраны окружающей среды.

Формула изобретения Способ селективного анализа компонента в газовой смеси, заключающийся в том, что анализируемую смесь пропускают последовательно через два идентичных первичных преобразователя и расположенный между ними реактор, в котором анализируемый компонент переводят в активное вещество, к которому чувствительны первичные преобразователи, и по величине разностного сигнала с первичных преобразователей судят о содержании анализируемого компонента в газовой смеси, отличающийся тем, что, с целью селективного определения сероводорода в воздухе, предварительно в анализируемую смесь, содержащую сероводород с заданным нижним пределом определения, превышающим чувствительность анализа, добавляют шести- фтористую серу, находят объемное соотношение сероводорода и шестифтори- стой серы, при котором возникнет разностный сигнал с первичных преобразователей при проведении анализа, в поток анализируемой смеси добавляют шестифтористую серу в количестве не менее найденного предварительно, в качестве первичных преобразователей используют ионизационные, а в качестве реактора - термический реактор, нагретый до температуры разложения шестифтористой серы.

Использование аналитическое приборостроение. Сущность изобретения способ селективного анализа заключается в пропускании анализируемой смеси через два первичных преобразователя, промежуточный химический реактор, установленный между ними, сравнении сигналов первичных преобразователей. В анализируемый воздух добавляют поток (шестифтористая сера или тиогексафторид) не менее 1 /3 верхнего предела потока сероводорода, промежуточный реактор нагревают до 400 ± 10°С, а первичные преобразователи выбирают из условий их селективной чувствительности к фтористому водороду и элементарной сере и нечувствительности к шести фтор и сто и сере или тиогексафториду.