Способ определения окиси углерода Советский патент 1981 года по МПК C01B31/18 G01N21/64 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к инструментальным методам контроля загрязнения окружающей среды. Окись углерода принадлежит к мислу наиболее токсичных и наиболее распространенных загрязнений атмосферы, задача контроля ее содержания в воздухе на уровне предельно допустимых концентраций и ниже имеет большое значение для санитарной химии. Известны способы определения окиси углерода, основанные на окислении оки си углерода до двуокиси и поглощении образовавшейся двуокиси углерода щелочными поглотителями, с гравиметрическим или титриметрическим окончанием tl j. Указанные способы имеют следующие недостатки, не позволяющие использовать их для анализа проб воздуха с ма лым содержстнирм окиси углерода, необ ходимость тщательной очистки образца анализируемого воздуха от всех сопутствующих примесей: окислов серы, окислов азота, двуокиси углерода, котор&е взаимодействуют со щелочным поглотителем и мешают определению, малая чувствительность определения, не позволяющая проводить реальные анализы на уровне предельно допустимой концентрации: ПДК окиси углерода в воздухе жилых поселений составляет 1,0 мг/м малая точность определения - практически на уровне предельно допустимых концентраций анализ неосуществим, большая длительность определения, сложность автоматизации определения. Известны способы спектрального определения окиси углерода, основанные на измерении величины светопоглощения соответствующего излучения анализируемым газом. Эти способы выгодно отличаются от химических высокой скоростью определения, возможностью непрерывного контроля и его автоматизации, возможностью дистанционного контроля . Однако ряд существенных недостатков резко ограничивает применимость этих способов, а именно: необходимость предварительной очистки анализируемого газа от примесей, поглощаю щий свет в той же области спектра, что и окись углерода, в первую очередь от двуокиси углерода и от паров воды, малая точность определения, ма лая чувствительность, не позволяющая проводить определение окиси углерода при содержаниях на уровне предельно допустимых концентраций, невозможность определения окиси углерода в г газах, содержащих аэрозоли (пыль, ды туман). Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является спо соб косвенного определения окиси углерода, основанный на восстанавливаю щем действии окиси углерода на соеди нения легко восстанавливающихся до свободного состояния металлов, в пер вую очередь палладия. В результате реакции между окисью углерода и соединением палладия, нанесенным на под ложку-носитель (активная целлюлоза, силикагель, фильтровальная бумага и т.п.), носитель окрашивается под действием выделяющегося в металличес ком состоянии палладия, и количество содержащейся в анализируемой пробе окиси углерода оценивают по интенсивности этой окраски. Способ дает возможность определения окиси углерода в газах, содержащих аэрозоли и обладает высокой скоростью определения ГЗЪ Однако область применения указанн го способа резко ограничивает крайне низкая точность определения, вследствие чего невозможно проводить количественные измерения, способ позволяет делать только приближенную оценку уровня загрязнения газа окись углерода. Пропитанный реактивом носитель можно использовать только один раз, непрерывный, тем более автоматический контроль содержания оки си углерода таким способом неосуществим. При этом применение в составе реагента соединений благородных металлов (палладия) создает препятстви использованию способа в массовом кон роле, замена соединений палладия на другие соединения, изменяющие окраску под действием окиси углерода, например на гемоглобин, дигистидин кобальта, геморитин, эритрокруорин. хлоркруорин, гемоцианин, миоглобин, не решает вопроса, так как указанные соединения более дефицитны и дороги, чем соединения палладия. Кроме того, газообразные соединения, обладающие восстанавливающим действием, например сероводород, мешают определению и должны быть предварительно удалены из анализируемого газа. Цель изобретения - повышение точности, селективности и чувствительности определения, а также упрощение анализа.. Указанная цель достигается тем, что анализируемый газ пропускают через колонку с активной массой на оснбве окиси ртути, где происходит реакция между окисью углерода и окисьртути с выделением элементарной ртути в виде пара, далее газ вместе с парами ртути подают в атомно-флуоресцентный спектрометр и определяют содержание ртути в газе, которое эквивалентно содержанию окиси углерода в исходном анализируемом газе. В качестве активатора окиси ртути применяют окись кобальта. Реакция CO+HgO- C02+Hg протекает количественно. Однако с чистой окисью ртути реакция идет слишком медленно. Для того, чтобы реакция протекала за время прохождения газа через колонку с окисью ртути, необходимо окись ртути активировать. Активную окись ртути получают следующим образом. К 1 л 20%-ного водного раствора нитрата ртути приливают 10 мл водного раствора нитрата кобальта. Раствор нагревают до кипения, в кипящий раствор вливают 500 мл 30%-ного водного раствора гидрата окиси калия, кипятят смесь в течение 2-3 мин и фильтруют горячей на воронке Бюхнера. Промывают осадок водой до нейтральной реакции промывных вод, сушат в сушильном шкафу при 110 С, измельчают и просеивают. Для заполнения колонки берут гранулы размером 0, мм, более мелкие частицы размачивают водой, вновь сушат, измель чают и просеивают. Выбранный метод атомно-флуоресцентного окончания определения выгодно отличается от других методов определения микроколичеств ртути тем, что этим методом определяется только атомарная ртуть. Летучие соединения ртути, могущие образоваться в процессе анализа, определению не мешают. Помехи от других летучих соеди нений начинают сказываться только то да, когда их содержание в выходящем ,из реакционной трубки газе становится настолько большим, что они начинают тушить атомную флоуресценцию ртути, т.е. когда их содержание в га зе будет в 10000 раз превышать предельно допустимые концентрации. Селективность способа определяют, проводя анализ проб воздуха с извест ным содержанием окиси углерода, ввод 100-кратные по отношению к предельно допустимым концентрациям количества окислов азота, окислов серы, сероводорода, углеводородов, паров аммиака и серной, соляной и азотной ки лот. Опыт показывает, что все эти обычно встречающиеся в воздухе загря нения не влияют на результат определ ния окиси углерода. Чувствительность определения находят, проводя определение окиси уг лерода в пробе воздуха с известным содержанием окиси углерода, последовательно разбавляя пробу чистым азотом. Нижний предел содержания окиси углерода в воздухе, надежно определя мый предлагаемым способом, составляет 0,5 нг/м 3 (для известного способа нижний предел надежно определяемых концентраций свставляет 5 нг/м),т.е предлагаемый способ в 10000 раз чувствительнее известного. Точность определения окиси углерода предлагаемым способом находят, сравнивая результаты анализа проб воздуха, полученные предлагаемым способом, с результатами анализа тех же проб, полученными с помощью хромато-масс-спектрометрической установ ки формы LKB (Швеция), модель 2091По точности результатов предлагаемый способ не уступает хромато-массспектрометрическому, существенно пре восходя его в скорости определения по предлагаемому способу на один ана лиз требуется 3 мин, по хромато-масс спектрометрическому - 2 ч. Образцы воздуха отбирают путем аспирации в стеклянные баллоны. Анализ проб воздуха на содержание окиси углерода предлагаемым способом проводят, пропуская анапизируемый воздух через реакционную трубку с активированной окисью ртути. Скорость пропускания воздуха 100 мл/мин, температура реакционной трубки . Затем прошедший через реакционную трубку воздух подают в атомизатор установки для атомно-флуоресцентных измерений , определяют содержание ртути и по стехиометрическому уравнению реакции рассчитывают содержание окиси углерода в анализируемом воздухе. Параллельно те же образцы воздуха анализируют на содержание окиси углерода известным способом с применением индикаторного реактива, содержащего сульфат палладия и молибдат аммония, а также с помощью хроматомасс-спектрометрической установки фирмы LKB (Швеция), модель 2091. Результаты определения окиси углерода в воздухе представлены в таблице. Как видно из приведенных в таблице данных, предлагаемый способ по чувствительности превосходит и прототип, и хромато-масс-спектрический метод анализа, точность предлагаемого способа эквивалентна точности хромато- масс- спектрометри чес ко го метода. При анализе по способу-прототипу содержаний окиси углерода в воздухе меньше 3 мг/м (что в пять раз больше предельно допустимого содержания в воздухе жилых поселков) определение невозможно. Содержания окиси углерода в воздухе, превышающие 10 мг/м-3, по спо собу-прототипу определяются с ошибкой более 50 (относительное стандартное отклонение не ниже 0,30). Предлагаемым способом содержания окиси углерода в воздухе порядка 0,05 мг/мЗ (в 20 раз меньше предельно допустимого) определяются с относительным стандартным отклонением, не превышающим 0,05. Затраты времени на проведение анализа по предлагаемому способу и по способу-прототипу одинаковы и составляют 3 мин. Предлагаемый способ обладает следующими технико-экономическими преимуществами: чувствительность определения превосходит чувствительность определения способом-прототипом в 10000 раз, высокая селективность определения - определению окиси углерода предлагаемым способом не мешают все обычно встречающиеся в воздухе, дымовых и выхлопных газах примеси, вне зависимости от их химической природы; высокая точность определения, экнивалентная томности хромг томасс-спектрс;мо;трического метода , исключение предварительной химической очистки анализируемого воздуха (газа устранение использования в качестве реагента дефицитного и дорогостояще89- ЯГ,.3 го благородного металла (палладия) и замена его дешевым и не;дефицитным элементом - ртутью, возможность не) прерывного контроля содержания окиси углерода в воздухе и его автоматизации.