Индикаторный состав количественного определения хлора в воздухе Советский патент 1993 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к составам для определения хлора в воздухе, принцип действия которых основан на эффекте изменения окраски их поверхности при химическом взаимодействии с определяемым компонентом, предназначено для са- нитарно-химического анализа воздуха.

Цель изобретения - повышение чувствительности определения.

Поставленная цель достигается за счет использования состава индикаторного порошка и способа его получения.

Компоненты берут в следующих соотношениях, мас.%:

Флуоресцеин Калий бромистый

Калий углекислый

Силикагель Вода

0,020-0,030 18,980-18,970

2,000-2,500 69,000-68,500 Остальное Указанный состав получают ионообменной конверсией раствора силиката натрия (щелочно-кремнеземистого раствора - ЩКР), получаемого выщелачиванием диатомитов или растворением отходов технического силикагеля марки КСМГ или КСКГ. в поликремневую кислоту (ПКК), модифицированием кислого золя кремневой кислоты индикаторными соединениями, гелированием золя в условиях перемешивания и нагревания до 70-80°С, сушкой и фракционированием готового продукта.

Для получения раствора ПКК щелочно- кремнеземистый раствор разбавляют дистиллированной водой до концентрации 4,0-4,6 мас.% по кремнезему и пропускают его со скоростью 6-8 л/час через ионообменную колонку, наполненную сильнокислотным катионитом КУ-2-8 в Н+-форме. В раствор ПКК с рН 3,0 (концентрация кремнезема в ПКК за счет разбавления в колонке снижается до 3,9-4,4 мас.%) в перемешиваемых условиях добавляют расчетное количество сухого КВг, затем (после растворения КВг) вливают расчетное количество 1 %-ного раствора флуоресцеина, затем (через 5-10 мин) добавляют расчетное количество сухой соли К2СОз. После полного смешения всех компонентов систему нагревают до 75-80°С и выдерживают до образования гидрогеля. Гидрогель медленно дегидратируют в суел

00

о ю ю

шильном шкафу при 95-100°С в течение 14- 16 ч до содержания остаточной влаги в продукте не более 10 мас.%. Помол кремнеземного индикаторного порошка осуществляют в фарфоровой шаровой мельнице. Целевая фракция 0,2-0,4 мм поступает в бокс для расфасовки, фракция менее 0,2 мм, являющаяся отходом производства, возвращйечф) в процессе получения модифицированного гидрогеля.

Согласно результатов проведенных экспериментов было установлено, что индикаторный порошок на С1 заданного состава сохраняет свои свойства в течение 2-х при хранении его в запаянных ампулах.

П р и м е р 1, Для получения 1 кг кремнеземного индикаторного порошка на хлор, содержащего (мас.%): 78,49% SI02, 9,50% калия бромистого, 0,01% флуоресцеина, 2,00% калия углекислого и остальное (до 10%) остаточной влаги, берут 18,688 л ЩКР (Сзю4 4,2 %, Смар 1,8%), пропускают через колонку, заполненную катионитом КУ-2-8 в Н+-форме, получая при этом 19,2 л кислого золя кремневой кислоты с рН 3,0 (увеличение объема - за счет разбавления в колонке). Полученный раствор ПКК помещают в реакционный аппарат, снабженный мешалкой и обогревательной рубашкой и добавляют при перемешивании 95,0 г сухой соли КВг, затем 10 мл 1 %-ного раствора флуоресцеина, после смешения добавляют 20 г калия углекислого (сухая соль). Через 0,5 ч начинают нагрев и выдерживают систему при 80°С до образования гидрогеля ( 2 ч). Модифицированный гидрогель медленно дегидратируют в сушильном шкафу при 95- 100°С в течение 16 ч до содержания остаточной влаги в продукте не более 10 мас.%. Помол сухого продукта производят на 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 акте испытаний и в таблице данный образец представлен за № 1, он не соответствует требованиям, разработанным к индикаторному порошку на хлор.

П р и м е р 2. Для получения 1 кг кремнеземного индикаторного порошка на хлор, содержащего (мас.%); 78,286% 5Ю2 (0,783 кг Si02); 9,50% КВг (0,095 кг КВг); 0,014% флуоресцеина (14 мл 1%-го раствора); 2,20% К2СОз (0,022 кг «2СОз) и остальное (до 10,0%) - влага, берут 19,865 л ЩКР (С5Ю, 4,2%, CNap 1,8%) и далее по примеру 1

В акте испытаний и в табл.1 представлен образец № 2, который не соответствует требованиям (т.к. концентрация индикаторов недостаточна).

Пример 3. Для получения 1 кг кремнеземного индикаторного порошка на хлор, содержащего (мас.%): 68,482% SI02 (0,6848 кг SI02); 19,0% КВг (0,190 кг КВг); 0,018% флуоресцеина (18 мл 1 %-ного раствора);

2,50% К2СОз (0,025 кг КаСОз) и остальное (10%) - влага, берут 16,300 л ЩКР (Csio. 4,2% и Сыар 1.8%) и далее действуют по примеру 1.

В акте испытаний и в таблице образец

представлен за № 3, который не соответствует требованиям.

П р и м е р 4. Для получения 1 кг кремнеземного индикаторного порошка на хлор, содержащего (мас.%): 68,80% SI02; 18,98%

КВг; 0,02% флуоресцеина; 2,20% К2СОз и 10% остаточной влаги, берут 17,20 л ЩКР (Csio 4,0% и Сыар 1,8%) и пропускают через колонку, заполняют катионитом КУ- 2-8 в Н+-форме, получая при этом 17,75 л

кислого золя кремниевой кислоты с рН 3,0. Затем, по пр.1, добавляют 189,8 г сухого КВг, после растворения его прибавляют 20 мл 1 %-ного раствора флуоресцеина, после смешения добавляют 22,0 г сухого К2СОз,

после растворения этой соли рН системы повышается до 4,5-5,0. Через 0,5 начинают нагрев и выдерживают систему при 80°С до образования гидрогеля. Модифицированный гидрогель медленно дегидратируют в

сушильном шкафу при 95-100°С в течение

15 ч до содержания остаточной влаги не

более 10%. Далее действуют по примеру 1.

В акте испытаний и в таблице данный

образец представлен за № 4, откуда видно,

что образец полностью соответствует требованиям к индикаторному порошку на хлор. К тому же порошок работает при концентрации хлора в воздухе, равной 0,5 мг/м при ПДК 1 мг/м3. Гарантийный срок

хранения порошка в запаянных ампулах - 2 года, что также соответствует требованиям ТУ,

П р и м е р 5. Для получения 1 кг кремнеземного индикаторного порошка на хлор,

содержащего (мас.%): 69,00% SI02 (0,69 кг Si02); 18,975% КВг (0,1898 кг ВКг); 0,025% флуоресцеина (25 м/i 1%-го раствора флуоресцеина); 2,00% К2СОз (0,02 кг К2СОз) и остальное - вода, берут 16,43 ЩКР

(Csioz 4,2% и CNap 1,8%) и далее по пр.4. Из акта испытаний и таблицы (образец Ms 5) видно, что порошок полностью соответствует требованиям. Свойства порошка идентичны образцу № 4.

П р и м е р 6. Для получения 1 кг кремнеземного индикаторного порошка на хлор, содержащего (мае. %): 68,50% 5Ю2 (0,685 кг SI02); 18.97% КВг(0,189 кг КВг); 0,03% флу- оресцеина (30 мл 1%-ного раствора флуо- ресцеинэ); 2,50% КаСОз (0,025 кг КаСОз) и остальное - вода, берут 17,125 л ЩКР (Csicv 4,0% и Сиар 1.8%) и далее действуют по примеру 4.

Из акта испытаний и таблицы (образец N 6) видно, что порошок полностью соответствует требования. Индикационные свойства порошка идентичны образцу № 4.

Пример. Для получения 1 кг индикаторного порошка на хлор, содержащего (мае.%): 68,50% SiOz(0,685 кг SI02); 18,968% КВг (0,1897 кг КВг); 0,032% флуоресцеина (32 мл 1%-ного раствора); 2,50% углекислого калия (0,025 кг К2СОз) и остальное - вода, берут 17,125 л ЩКР (Csio, 4,0% и Cwap 1,8%) и далее действуют по примеру 4. Из акта испытаний и таблицы (обр.№ 7) видно, что порошок не соответствует техническим требованиям.

Выбор концентраций индикатора флуо- ресцеина в пределах 0,02-0,03 мас.% и калия бромистого в пределах 18,97-18,98 обусловлен тем, что при таком содержании реагентов индикационный эффект в пределах диапазона определений (0-15 мг/м3 хлора при ПДК 1 мг/м3) за время не более 5 мин. при нормальных климатических условиях проявляется наиболее ярко. Выход за пределы вышеуказанных концентраций сказывается на качестве индикаторного по- рошка (нет четкой границы раздела окрашенный зон), что отображено в акте испытаний.

Наличие 2,00-2.50 мас% КзСОз и 10,00% Н20 (количества отработаны экспе- риментально) обусловлено химизмом линейно-колористической реакции хлора, а именно:

К2СОз + НзО + КВг + CI 2- Вг2 + остальные компоненты; бром взаимодействует с флуоресцеином с образованием тетрзбром- флуоресцеина (эозин), окрашенного в красный цвет

С20Н1205 + 4ВГ2 15 С20Н805ВГ4 + 4НВГ

эозин

Отсюда, с учетом необходимых концентраций вышеуказанных компонентов, определено содержание кремнезема - 68,50-69,00%,

В акте испытаний представлены образцы с min и max концентрациями по всем компонентам состава.

Предлагаемый состав для количественного определения хлора в воздухе относится к числу наиболее перспективных, поскольку не требует специальных конструктивных материалов, получение выполняется в простом аппаратурном и технологическом оформлении при низких энергетических затратах и по низкой себестоимости исходных и конечных продуктов.

Формула изобретения

Индикаторный состав для количественного определения хлора в воздухе, содержащий флуоресцеин, бромистый калий, углекислый калий, силикагель и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности определения, состав содержит указанные компоненты в следующих количествах, мас.%

Флуоресцеин

Бромистый калий

Углекислый калий

Силикагель

Вода

0,20-0,030

18,980-18,970

2,000-2,500

68,000-69,500.

Остальное.

Сущность изобретения: для повышения чувствительности и в предлагаемом индикаторном порошке берут следующее соотношение ингредиентов, мас.%: флуоресцеин 0,02-0,30, калий бромистый 18,980-18.970, калий углекислый 2,000-2,500, силикагель 68,500-69,000, вода - остальное. 1 табл.

Зависимость длины изменившего окраску слоя индикаторного порошка от содержания ингредиентов