Способ определения ионизованных частиц в воздухе Советский патент 1993 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к области аналитической химии и может найти применение при определении концентрации ионизованных частиц в воздухе помещений жилых и промышленных зданий.

Известен способ определения концентрации ионизованных частиц аспирацион- ным методом, заключающийся в том, что исследуемый воздух с помощью вентилятора продувают через измерительный конденсатор и по напряженности поля внутри конденсатора и объемному расходу воздуха вычисляют концентрацию ионизованных частиц с определенной подвижностью (Шилкин А.А., Губернский Ю.Д., Миронов A.M. Аэроионный режим в гражданских зданиях. М,: Стройиздат, 1988).

Недостатком метода является то, что метод не позволяет регистрировать частицы, имеющие подвижность меньше некоторой заданной величины, а также метод требует использования высокого напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения содержания газовых компонентов, основанный на абсорбции газовых частиц жидкостями с последующей регистрацией изменения свойств поглотительной жидкости: мутности, оптической плотности, показателя преломления и др. По изменению свойства поглотительной жидкости определяют содержание в воздухе газовых частиц по градуировочному графику (Перегуд Е.А. Химический анализ воздуха. - Л.: Химия, 1976, с. 328).

Недостатком данного способа является малая чувствительность к аэроионам.

Целью изобретения является повышение чувствительности определения. Поставленная цель достигается тем, что в способе определения ионизованных частиц в воздухе, включающем абсорбцию газовых частиц жидкостью с последующими измерениями одного из параметров, характеризующего абсорбцию, и определение концентрации

00

О) sO

ю

«кд

ионизованных частиц по градуировочному графику, согласно изобретению, в качестве жидкости используют (0,005-0,015)%-ный водный раствор синтетического моющего средства при температуре (25-30)°С, часть поверхности которого покрыта масляной пленкой и измеряют время разрушения пленки.

В результате проведенного патентного поиска авторами не обнаружен способ определения ионизованных частиц в воздухе с совокупностью признаков, указанных в формуле изобретения. Из литературных источников авторам не было известно, что масляная пленка, нанесенная на водный раствор поверхностно-активного вещества способна разрушаться в результате взаимодействия водного раствора ПАВ с ионизованными частицами воздуха, являясь индикатором взаимодействия ПАВ с ионизованными частицами воздуха, и позволяет определять их с высокой чувствительно- стью. В ходе проведенных исследований нами была обнаружена новая зависимость, что время разрушения масляной пленки при определенных условиях пропорционально содержанию в воздухе ионизованных частиц. Время разрушения масляной пленки складывается из времени деформации периметра и исчезновения радужной окраски масляного пятна и времени распада масляного диска на множество мелких масляных пятен. Таким образом, заявляемый способ с совокупностью признаков, обнаруживающих новую закономерность, и позволяющий достичь поставленную цель, соответствует критерию существенные отличия.

Режимные показатели заявляемого способа, вынесенные в формулу изобретения, обоснованы в результате экспериментов и доказаны в примерах конкретного выполнения.

Способ поясняется чертежом и осуществляется следующим образом.

Вначале получают градуировочный график (CMoH.4acTMu), где t - время разрушения масляной пленки, мин; 2, где ц - время деформации периметра и исчезновения радужной окраски масляного пятна, мин; t2 - время распада масляного диска на множество мелких .масляных пятен, мин; С - концентрация ионизованных частиц в воздухе в пересчете на озон и оксиданты, мкг/м . С этой целью создают необходимую концентрацию ионизованных частиц в воздухе, ионизируя герметически закрытое воздушное пространство определенного объема ионизирующим устройством в течение определенного времени. После чего в это воздушное пространство помещают кювету с предлагаемой авторами сорбирующей жидкостью, состоящую из тонкой масляной пленки, нанесенной на 0,005-0,015%-ный

водный раствор поверхностно-активного вещества (например, синтетического моющего средства Лотос М), и фиксируют время разрушения масляной пленки по секундомеру, которое складывается из времени деформации периметра и исчезновения радужной окраски масляного пятна и времени распада масляного диска на множество мелких масляных пятен. По полученным результатам строят градуировочный график; (Сиониз.частиц). используя который определяют концентрацию ионизованных частиц в анализируемом воздухе, помещая в исследуемый воздух,кювету с сорбирующей жидкостью,

Пример конкретного выполнения. Вначале готовят сорбирующую жидкость. Для этого готовят водный раствор поверхностно-активного вещества (синтетического мо- ющего средства Лотос М) в соответствии

с ГОСТ 4517-87 с 0,0025; 0,005; 0.01; 0,015; 0,0175; 0,020%-ным содержанием ПАВ. На аналитических весах отвешивают 0,2 г синтетического моющего средства Лотос М (ТУ 6-15-01-277-87) и разбавляют дистиллированной водой до 1,0 л в мерной колбе. Более слабые растворы ПАВ готовят разбавлением. Затем раствор ПАВ помещают в кювету площадью 40x40 см2, чтобы толщина слоя раствора ПАВ составляла 1,0 см. И на

поверхность раствора ПАВ наносят каплю масла (ТУ 6-15 691-77), наблюдая при этом ее растекание по поверхности жидкости до образования масляного диска диаметром 30 см.

Замеры площади масляного пятна и площади растворов ПАВ, не покрытой маслом, показывают, что при площади кюветы, равной 40x40 1600 см2, площадь масляного пятна при его диаметре в 30 см составляет

л:Р2 3.14 -ЗО2 ™n 2 4- --44-- /иисм .

То есть площадь масляного пятна со- ставляет43,7% общей площади, а площадь раствора ПАВ 100-43,,3%. Таким образом, имеется возможность для абсорбции ионизованных частиц как пленкой масла, так и раствором ПАВ. То есть ионизованные частицы оказывают воздействие и на масляную пленку, и на раствор ПАВ.

Как показали экспериментальные исследования (см. табл.1) варьирование соотношения площади масляного пятна к

площади водного раствора ПАВ (площадь масляного пятна должна составлять 42-48% площади водного раствора ПАВ) как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения от оптимального интервала приводит к тому, что затрудняется наблюдение за процессом разрушения масляной пленки, и в конечном счете значительно снижается точность анализа. Вполне возможно, что иони- зованные частицы, воздействуя на поверхностно-активные вещества, что известно из литературных данных: а.с. СССР № 693872, кл. G 21 F 9/02,1978 г., а.с. СССР № 455662, кл.С 21 F9/16, 1973 г.;а.с. СССР № 1088556, кл. G 21 F 9/16,1982 г.; а.с. СССР № 1435060, кл. G 21 F 9/28, 1986 г.; Б.И.Сти- ро. Самоочищение атмосферы от радиоактивных загрязнений. Л., Гидрометеоиздат, 1968 г,, С. 266, изменяют поверхностное натяжение ПАВ, а масляные пленки на их поверхности ведут себя как индикаторы степени взаимодействия ионизованных частиц СПАВ.

Из табл.1 видно, что площадь масляной пленки должна составлять 42-48% площади раствора ПАВ. В случае отклонения от этого интервала невозможно четко зафиксировать начальный и конечный моменты разрушения масляной пленки.

В табл.2 представлены результаты определения оптимальной толщины масляной пленки.

Как видно из табл.2, толщина масляной пленки должна составлять 0,1-1,0 мкм. Отклонения в сторону увеличения или уменьшения от данного интервала затрудняет наблюдение разрушения масляной пленки.

В ходе исследований нами выявлено, что оптимальным интервалом концентрации ПАВ является интервал: 0,005-0,015%. При концентрации ПАВ 0,0025% и ниже масляный диск (после того, как на водный раствор ПАВ наносят каплю масла) получается очень большим - выходит за края кюветы. При концентрации же ПАВ 0,0175% и выше масляный диск получается очень маленьким. Кроме того, нами выполнены опыты по измерению краевого угла смечивания

( 9°) водного раствора ПАВ (Лотос М) с концентрацией 0,005: 0,010; 0,015% при воздействии ионизованных частиц с концентрацией 0,03; 0,30; 1,20 мкг/м3 (см. табл.3).

Анализ табл.3 показывает, что в краевой угол смачивания) 0,005-0,015%-ного водного раствора ПАВ (Лотос М) под воздействием ионизованных частиц изменяется от 87° (при концентрации ионизованных частиц в воздухе 0,03 мкг/м3) до 95° (при концентрации ионизованных частиц в воздухе 1,20 мкг/м3). Это является эксперимен- 5 тал ьным подтверждением взаимодействия ионизованных частиц с ПАВ. Из табл.3 также видно, что взаимодействие ионизованных частиц с водным раствором ПАВ при концентрациях ниже и выше оптимального

0 интервала (0,005...0,015%); 0,003; 0,004; 0,016; 0,017% не приводит к изменению начального краевого угла смачивания ПАВ. Что также является дополнительным подтверждением оптимального интервала крн5 центраций ПАВ (0,005...0,015%).

Далее получают градуировочный график: (CnoH.4acnm). где t - время разрушения масляного пятна, мин; t ti+t2; ti - время деформации .периметра и исчезновения ра0 дужной окраски масляного пятна, мин; t2 - время распада масляного пятна на множество мелких масляных пятен, мин; С - концентрация ионизованных частиц в воздухе в пересчете на озон и оксиданты, мкг/м3.

5 Для этого в закрытой воздушной камере (в частности, объемом до 10 дм3) создают концентрацию ионизованных частц, равную: 0,03; 0,06; 0,12; 0,30; 0,60; 0,90; 1,20 мкг./м3, ионизируя воздух в камере ионизирующим

0 устройством ИВА или Рита (ТУ 11 МО.389.112) при температуре воздуха 25°С в течение 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 мин соответственно. Затем в воздушную камеру помещают кювету с вышеопи5 санной сорбирующей жидкостью и фиксируют время разрушения м асляной пленки (т, мин; ) суммированием времени деформации периметра и исчезновения радужной окраски масляного пятна (ti)

0 и времени распада масляного диска на множество мелких масляных пятен (t2). По полученнымрезультатам строят градуировочную прямую: т Сиониз.частиц), приведенную на фиг.1, которую и использу5 ют для определения концентрации ионизованных частиц в воздухе. Сам анализ проводят следующим образом. В помеще1 ние, где анализируется воздух на содержание ионизованных частиц, помещают

0 описанную кювету с предлагаемой авторами сорбирующей жидкостью и фиксируют по секундомеру время разрушения масляного пятна (t). Например, .,1 мин. Используя градуировочную прямую (см. фиг.1).

5 находят концентрацию ионизованных частиц в воздухе: Сиониз.чзстиц 0,15 мкг/м3.

Аналогично примеру конкретного выполнения проводили анализ воздуха на содержание в нем ионизованных частиц с изменением режимных показателей в заявляемых пределах. Полученные результаты приведены в табл.4.

Анализ табл.4 показывает, что оптимальной температурой в воздушной камере, содержащей ионизованные частицы, явля- ется температура 25-30°С. При варьировании температуры анализируемого воздуха в сторону уменьшения (20 С) и увеличения (35°С) от указанного интервала: 25-30°С, время анализа (или время разрушения мае- ляного пятна) увеличивается и нарушается пропорциональная зависимость времени разрушения масляной плёнки от содержания ионизованных частиц в воздухе.

В табл.5 приведены сравнительные данные определения ионизованных частиц в воздухе по предлагаемому авторами способу и прототипу.

Из табл.5 видно, что до концентрации 0,20 мкг/м3 прототип не работоспособен. В то время как предлагаемый авторами способ -позволяет определять концентрацию ионизованных частиц а воздухе, равную 0,03 мкг/м3. То есть, чувствительность предлагаемого авторами способа в 6,7 раза выше известного.

Формула изобретения Способ определения ионизованных частиц в воздухе, включающий абсорбцию частиц жидкостью с последующими измерениями одного из параметров, характеризующего абсорбцию, и определение концентрации ионизованных частиц по гра- дуировочному графику, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в качестве жидкости используют 0,005- 0,015%-ный водный раствор синтетического моющего средства при температуре 25- 30°С, часть поверхности которого, покрыта масляной пленкой, и измеряют время разрушения пленки.

Сущность изобретения, осуществляют сорбцию ионизованных частиц водным раствором синтетического моющего вещества, поверхность которого покрыта масляной пленкой и измеряют время разрушения пле-- нки. 5 табл, 1 ил.

Та бл и ц а 1

Результаты наблюдения разрушения масляной пленки при разных соотношениях площадей Масляного пятна и 0,005-0,015 %-ного водного раствора ПАВ (Лотос М) при температуре воздуха 25°С

П р и м е ч а н и е.- - невозможно четко зафиксировать начало и конец разрушения масляной пленки.

+ - визуально четко фиксируется начальный и конечный момент разрушения масляной пленки.

Та б л и ца 2

Результаты наблюдения разрушения масляной пленки разной толщины, покрывающей 45 % 0,005-0,015 %-ного водного раствора ПАВ (Лотос М) при температуре воздуха 25°С

Примечание, - - невозможно четко зафиксировать начало и конец разрушения масляной пленки.

+ - визуально четко фиксируется начальный и конечный момент разрушения масляной пленки.

Результаты измерения краевого угла смачивания водного раствора ПАВ разной концентрации

Результаты определения времени разрушения масляного пятна в зависимости, от температуры анализируемого воздуха

Таблица 3

Таблица 4

Результаты определения концентрации ионизованных частиц в воздухе по предлагаемому способу и прототипу

Продолжение табл,4

Таблица 5

О 0,10 О,20 0,30

О,60

f,20