Способ определения сернистого ангидрида в воздухе Советский патент 1993 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам качественного и количественного экспресс-определения, сернистого ангидрида в воздухе.

Известен способ определения сернистого ангидрида в воздухе просасыванием анализируемой пробы через индексаторную трубку с каломелью. Способ позволяет определять следы сернистого газа с концентрацией 5-10 мг/м3.

Недостатком способа является малая чувствительность и токсичность каломели.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемым результатам является способ определения сернистого ангидрида в воздухе путем про- сасывания анализируемой пробы через индикаторную трубку с индикаторным составом, получаемым пропиткой специально приготовленного силикагеля (выбраны посторонние включения, дробление, рассев, магнитная сепарация, прокалка, отмывка кипячением в соляной и азотной

кислотах, затем дистилированной водой, сушка и прокалка, отсев от пыли) раствором крахмала с йодной ртутью, сушкой и последующей пропиткой раствором иода в иоди- де калия в следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Силикагель, .73,55 Крахмал 0,15 Иодид калия 3,60 Иод 0,60 Вода Остальное Недостатками способа являются малая чувствительность способа (5 мг/м3) и сложность приготовления индикаторного порошка.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение способа.

Поставленная цель достигается описываемым способом определения сернистого ангидрида в воздухе, который состоит в том. что анализируемую пробу просасывают через индикаторную трубку с индикаторным составом, получаемым смешиванием в про(Л

С

vi о

vj О

ел 4

цессе гелиррвания кислого золя поликремниевой кислоты при 70-80° С в следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Силикагель89,30-89,10

Бромкрезоловый

зеленый ,0,70-0,80 .

ВодаОстальное

Отличительным признаком способа является получение состава последовательным определением всех приведенных выше стадий.

Пример 1. Анализируемый воздух объемом 300 см3 просасывают через газоанализатор УГ-1 или УГ-2 и т.д. с индикатор- ной трубкой, заполненной индикаторным составом на высоту слоя около 65 мм, полученным в последующих примерах.

Результаты опытов по зависимости длины окрашенного слоя от концентрации сернистого газа приведены в табл. 1.

Пример 2. Для получения 1 кг кремнеземного индикаторного порошка на сернистый ангидрид, содержащего 0,70 мас.% бромкрезо- лового зеленого (БКЗ), 21,26 л щелочно-крем- неземного раствора (ЩКР) ( CsiO 4,2 мас.%,С №2 о. 1,8 мас.%) пропускают через колонку, заполненную катионитом КУ-2-8 в Н+-форме со скоростью 6-8 л/ч. ЩКР получают выщелачиванием диатомитов или отходов технического силикагеля марки КСМГ натриевой щелочи по ТУ 6-09-01-154-83. Получают при этом 22 л кислого золя кремниевой кислоты с рН 3 (увеличение объема за счет разбавления в колонке). Полученный раствор ПКК помещают в реакционный аппарат, снабженный мешалкой, обогревательной рубашкой и капельной во- роНкой, и добавляют при перемешивании со скоростью 5 л/ч 2,8 л индикаторного раствора (0,25% спиртовый раствор БКЗ). Через 0,5 ч начинают нагрев и выдерживают систему при 80° С в течение 2 ч до образования гидрогеля. Модифицированный гидрогель медленно дегидратируют в сушильном шкафу при 100-105 С в течение 14-16 ч до содержания остаточной влаги не более 10 . Помол сухого продукта производят .на фарфоровой шаровой мельнице. Измельченный порошок просеивают на вибросите. Целевая фракция 0,2-0,4 мм поступает в бокс для расфасовки. Фракция менее 0,2 мм, являющаяся отходом производства, возвращается в процесс получения модифицированного геля.

В табл. 2 представлен образец 3 (по пр. 2), который полностью соответствует требованиям, разработанным к ИП на SQ2. Точность определения S02 - 2 мг/м . Срок

0

5

0

хранения в запаянных ампулах - 12 месяцев со дня изготовления (табл. 3).

ПримерЗ. Для получения 1 кг индикаторного порошки на S02, содержащего 0,80 мас.% БКЗ, 21,23 л ЩКР (Csio2 4,2 мас.%, Сыа20 1,8 мас,%) пропускают через колонку с катионитом КУ-2-8 в Н -форме, полученная при этом 22 л кислого золя кремниевой кислоты с рН 3. К этому раствору по пр. 2 добавляют 3,2 л индикаторного раствора, содержащего 0,008 кг БКЗ. Далее по пр. 2.

В табл. 2 определен образец 5 (при примеру 3), который соответствует требованиям, разработанным к ИП на ЗОг для экспресс-анализа воздушной среды. Точность определения S02-2 мг/м3. Срок хранения - 12 месяцев.-,

Л р и мер 4. Для получения 1 кг индикаторного порошка на SQ2 , содержащего 0,90 мас.% БКЗ, 21,2 л ЩКР ( .4,2 мас.%, ,8 мас.%) пропускают через катионит, получая при этом 22 л кислого 5 золя кремниевой кислоты с рН 3. По пр. 2 к этому раствору добавляют 3, 6 л индикаторного раствора, содержащего 0,009 кг БКЗ. Далее - по пр. 2.

В табл. 2 представлен образец 6 (по пр. 4), который полностью соответствует требованиям к ИП на 90 г для экспресс-анализа воздушной среды. ТочнЬстьопределения S02 - 2 мг/м . Срок хранения в запаянных ампулах - 12 месяцев.

Пример 5. Для получения 1 кг индикаторного порошка на SO2, содержащего 0,35 мас.% БКЗ, 21,35 л ЩКР (CsiO2 4,2 мае, %, Сма2р 1,8 мае. %} пропускают через колонки, далее по пр; 2. К этому раствору 0 добавляют 1,4 л индикаторного раствора, содержащего 0,0035 кг БКЗ. Далее по пр. 2.

В табл. 2 представлен образец 1 (по пр. 5), который не .соответствует требованиям, т.к. количество индикатора недостаточно.

Пример 6. Для получения 1 кг индикаторного порошка на S02, содержащего 0,6 мас.% БКЗ, использовали 21,28 л ЩКР (CsiO2 4,2 мас.%, Сыа20 1,8 мас.%) пропускают через колонки с катийнитом КУ 2-8, получая 22 л ПКК с рН 3. По пр. 2 к этому раствору добавляют 2,4 л индикаторного раствора, содержащего 0,006 кг БКЗ, Далее по пр. 2.

В табл. 2 представлен образец 2 (по пр. 5 6) не выдержавший испытаний , т.е. не соответствует требованиям (недостаточна концентрация БКЗ).

Пример 7. Для получения 1 кг ИП на S02, содержащего 0,70 мас.% БКЗ, 22.45 л

0

5.

5

0

ЩКР (Csi02 4.2 мас.%, С№20 1,8 мае.%} пропускают через колонки с катионитом по пр. 3. Далее добавляют 2,8л индикаторного раствора (0,25% спирт, раствор Б КЗ) и сушат по пр. 2, но до содержания остаточной влаги 5 мас.%.

Из табл. 2 - образец 4 (по пр, 7) - видно, что образец не работает. Экспериментально установлено, что оптимальное количество Остаточной влаги - 10 мас%.

Пример 8. Для получения 1 кг ИП на S02, содержащего 1 мас.% БКЗ, берут21,19 л ЩКР (Csi02 - 4,2 мас.%,С№20 1,8 мас.%) и пропускают через колонки с катионитом по пр. 2, количество индикаторного раствора 4 л.

Из табл. 2 видно, что образец 7 (по пр. 8) обладает повышенной чувствительностью по сравнению с образцами 4-6, но повышенная концентрация БКЗ отрицательно сказывается на характеристику граница раздела, что делает образец 7 непригодным.

Эти же выводы подтверждают образцы 8 и 9, т.е. оптимальная концентрация БКЗ в порошке -0,7-0,9 мас.%.

Выборы концентраций индикатора БКЗ в пределах 0,7-0,9 мас.% обусловлен тем, что при таком содержании реагента индикаторный эффект в пределах порога чувствительности (5-30 мг/м3 S02 при время не более 5 мин при нормальных климатических условиях проявляется наиболее ярко.

Согласно результатов проведенных экспериментов для яркого проявления индикационного эффекта (контрастного перехода окраски из синей в желтую) содержание влаги в продукте должно быть 10 мае. %, отсюда с учетом необходимых концентраций индикатора БКП и влаги определено содержание кремнезема в пределах 89,1-89,3 мас.%.

Для образования гидрогеля смесь нагревают до 70-80° С в течение 2-3 ч, поскольку более высокая температура приводит к вскипанию раствора (возможность выброса из реактора).

Сушку гидрогеля осуществляют при 100-105 °С, т.к при более высоких температурах индикатор бромкрезоловый зеленый разлагается и концентрация его в продукте падает; понижение же температуры сушки значительно замедляет процесс дегидратации.

Получение описываемым способом индикаторного состава для определения S02 экспресс-методом в воздушной среде относится к числу наиболее перспективных, поскольку не требует специальных конструктивных материалов, выполняется в простом аппаратурном и технологическом оформлении при низких энергетических затратах и по низкой себестоимости исходных и конечных продуктов. Важным фактором описываемого способа по сравнению с известным является также практическое отсутствие отходов производства и экологическая чистота технологии.

Описываемый способ принципиально отличается от известного тем, что процесс химического модифицирования и гелирова- ния продукта осуществляется из раствора, содержащего все компоненты описываемого состава. Равномерность распределения ингредиентов, а следовательно, и чувствительность состава в данном случае, естественно, намного выше (чувствительность ИП повышается до обнаружения SO2 с концентрацией 0,5-1,0 мг/м ), что в 5 раз выше, чем по известному способу.

Использование: в аналитической химии для количественного и качественного экспресс-определения сернистого ангидрида в воздухе. Сущность способа: анализируемую пробу воздуха просасывают через индикаторную трубку с индикаторным составом, получаемым смешиванием в процессе гели- рования кислого золя поликремниевой кислоты с бромкрезоловым зеленым при 70-80 С до следующих соотношений компонентов, мас.%: силикагель 89,30-89,10; бромк- резоловый зеленый 0,70-0,90; вода остальное. Нижний предел определяемых концентраций сернистого ангидрида 1 мг/ м . Зтабл. о

Ф о р мула изобретения Способ изобретения сернистого ангидрида в воздухе путем пропускания анализируемой пробы через индикаторную трубку с индикаторным составом с последующим определением концентрации сернистого ангидрида по высоте окрашенного слоя, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения способа, индикаторный состав получают смешиванием в

процессе гелирования кислого зола поликремниевой кислоты при 70-80° С с бромк- резоловым зеленым до следующих соотношений компонентов, мас.%:

Силикагель89,30-89,10 Бромкрезоловый зеленый 0,70-0,90 Вода Остальное

Ошибка при определении минимальной концентрации составляет ±10%

Т а б л и ц а 2

Характеристика индикаторных свойств порошков в зависимости от содержания кремнезема, воды и бромкрезолового зеленого/БКЗ) при концентрации SO 2 25мг/м3 и объеме просасываемого воздуха 300 см3 (общее время просасывания воздуха. 300 с)

Таблица 1

Зависимость индикационных свойств массы от срока хранения ИП на 502 (цвет-ярко- синий )

Таблица.3