Способ атомно-флуоресцентного определения ртути в воздухе Советский патент 1982 года по МПК G01N21/64 

(54) СПОСОБ АТОМНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РТУТИ В ЮЗДУХЕ

Изобретение относится к аналитической

химии, к контролю загрязнения атмосферы.

Известен способ определения микроколичеств ртути в воздухе путем поглоще1йш паров ртути и ее летучих соединений раствором перманганата калия в серной кислоте, пропускания через этот раствор отмеренного объема воздуха, с послеготощим определением поглощенной ртути фотометрическими:: или спектроскопическими методами 1.

Недостатки данного способа состоят в том, что поглощение ртути происходит медленно, для полного поглощения необходим длительный контакт анализируемого воздуха с поглощающим раствором, что ведет к большим затратам времени на анализ (от б до 15 часов на одно определение, в зависимости от Содержания ртути в воздухе, малая чувствителкность конечных методов определения вынуждает пропускать через поглощающий раствор очень болыпие объемы воздуха до 500 литров Я более, чтобы собрать необходимое для анализа количество ртутя, при этом часть поглощенной ртути вновь nepexozorr в газовую фазу

И теряется с выходящим из поглощающего раствора воздухом, конечное определение ртути проводится путем анализа поглощающего раствора, при этом ионы, содержащиеся в поглощающем растворе, мешают определению ртути, из-за чего снижается точность определения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ атомнофлуоресцентного определения ртути в воздухе, заключающийся в пропускании пробы воздуха

10 через погпощаюицш раствор, содержащий серную кислоту и перманганат калия,в котором ртуть переводится в ионную форму, электролитическом осаждении ртути на золотом катоде и последующем определении ртути в вьщелившей15ся на катоде амальгаме 2.

К недостатку нзвестного способа относится малая точность способа, так .как нейтральные ртутьорганические соединения медленно реагируют с поглощающим раствором и пол20ностыо не поглощаются и длительное время анализа.

Целью изобретения является повьпиение точности определеиия ртути в воздухе. 397 Поставленная цепь достигается тем, что согласно способу атомно-флуоресцентного опреде ления ртути в Воздухе, заключающемуся в пропускании пробы воздуха через поглощаюищй раствор, содержащий серную кислоту, и перман ганат калия, электролитическом вьщелении ртути на золотом катоде и последующем бпределе нии ртути в выделившейся на катоде амальгаме в качестве поглощающего используют раствор, содержащий добавки сульфата лития и бихромата калия, а электролитическое выделение рту ти ведут одновременно с поглощением. Причем перед пропусканием пробы воздуха через поглощающий раствор ее сжигают в водо роднокислородном пламени при избытке водорода. Кроме того, используют поглощающий раствор со следующим содержанием компонентов, мас.%: Серная кислота10-50 Сульфат лития5-10 Перманганат калия0,05-1 Бихромат калия0,05-1 ВодаОстальное В табл. 1 показано влияние содержания перманганата калия и бихромата калия на степень поглощения PTJTTH поглощающим раствором, содержащим, наряду с перманганатом и бихроМатом калия 30% серной кислоты и 8% сульфата лития, при различных концентрациях ртути в модельном воздухе. При содержаниях бихромата и перманганата в поглощающем растворе, больших 0,05%, поглощение ртути полное. Повышение содержаний бихромата и перманганата в растворе свыше 1% не оказывает влияния ни на скорость, ни на степень пoглoщeниk ртути, потому, что коэффициент активности указанных ионов при этих концентрациях становится практически постоянным. Ионы лития увеличивают скорость электролитического вьщеления ртути на золотом катод как это обнаружено экспериментально. На фиг. 1 представлена зависимость отноштельной скорости выделения ртути (А) от концентрации сульфата лития в растворе, содер жащем 50% серной кислоты, 1% бихромата калия и 1% перманганата калия, содержание ртути в анализируемом растворе составляло 10 пг/мл. В диапазоне содержаний сульфата лития в поглощающем растворе от 5 до 10% относител ная скорость выделения ртути максимальна и практически постоянна, при содержаниях сульфата литая i свыше 10% начинается вьшадение осадка твердой соли. В табл. 2 представлены результаты исследования влияния концентрации серной кислоты в поглощающем растворе, содержащем 8% сульфата лития, 0,5% бихромата кЛпия н 0,5% перманганата калия, на полно1у поглощения ртути из модельного воздуха. В диапазоне содержаний кислоты от 10 до 50 мас.% поглощение полное, при более низких содержаниях ртути необходимо уменьшать скорость пропускания воздуха, чтобы добиться полного поглощения, т. е. при этом увеличиваются затраты времени на анализ. При содержании серной кислоты в поглощающем растворе свыше 50% начинается образование сернокислотного тумана, т. е. с выходящим из поглотительной склянки газом уносятся мельчайшие капли сернокислого поглощающего раствора, что приводит к потерям .поглощаемой ртути и тем азмым к большой погрешности анализа. Таким образом, экспериментально определенный оптимальный состав поглощающего раствора должен находиться в пределах, мас.%: Серная кислота10-50 Сульфат литияfJ-lO Перманганат калия0,05-1 Бихромат калия0,05-1 ВодаОстальное , поглощенная раствором, в процессе электролиза выделяется на золотом катоде в виде прочной амальгамы. Если вести электролиз одновременно с поглощением ртути из анализируемого воздуха, то при этом ртуть непрерывно будет удаляться из раствора, и раствор по отношению к новым порциям воздуха выступает как свежий, не содержащий ртути по глотитель. Благодаря такому приему улзчшаются условия поглощения ртути, 1зозрастает степень полноты поглощения, увеличивается .надежность и точность анализа. Па фиг. 2 представлена установка для осуществления предлагаемого способа. Установка состоит из дозатора-аспиратора 1 для подачи ана)шз1фуемого воздуха, баллона с кислородом 2, баллона с водородом 3, водородной горелки 4, воздушного холодильника 5, водяного холодильника 6, поглотительной склянки 7 с газораспределителем 8, снабженной золотым сетчатым катодом 9 к платиновым анодом 10 и }шиверсального источника питамш УИП-1 11. Материал газовых линий установки - плавленый кварц особой чистоты. Способ осуществляется следующим образом. Собирают установку, заполняют поглотительную склянку 7 поглощающим раствором так, чтобы уровень раствора был на 10-15 мм выше электродов 9 и 10, включают ток электролиза от источника питания УИП-1 И, устанавливают силу тока i в диапазоне от 80 до 100 мА с тем, чтобы катодная плотность тока не превышала 25 мА/см.Подают в горелку 4 кислород, затем водород, зажигают горелку. Включают

дозатор I и с объемной скоростью 1 л/мин пропускают в установку 20,0 л анализируемого воздуха через поглощающий раствор. Через 5-10 мин после подачн указанного количества .айализнруемого воздуха прекращают подачу 5 водорода в горелку, через 5 мин отключают кислород и отсоединяют поглотительную склянку от установки. Выливают поглощающий раствор, промывают склянку дистшшированной водой, опоночают ток электролиза. Вынимают катод. If ополасктаают спиртом н ацетоном, продз вают сухим азотом. Далее сухой катод помещают в испаритель атомно-флуоресцентного спектрометра и проводят определение ртути.

Пример 1. Определение паров ртути и 15 ее летучих соединений в воздухе городской улицы.

Собирают установку (фиг. 2) , заливают в поглотительную склшису поглощающий раствор, содержащий, мас.%: серная кислота 30; суль- 20 фат шпня 8; бяхром т калия 0,5; перманганат калия 0,5. Подают в установку кислород, затем водород, зажигают водородную горелку и регулируют водачу газов с тем, что&и длина водородж)-кислорюдрого пламени была в прёде-25 лах от 50 до 80 мм. Включают ток электролиза и устанавливают его величину в пределах от 80 до 150 мкА.

С помощью аспиратора, снабженного аэрозольным фильтром АФА, подают в установку зо 20,0 л анализируемого уличного воздуха, при обьемной скорости подачн воздуха 1,00 лДяин. После подачи заданного объема воздуха отюоочают аошратор, прекращают подачу водорода в . горелку, через 5 мин отключают кислород, от- jj соединяют поглотительную склянку, выливают : поглощающий раствор из склянки, споласкивают склянку дистиллированной водой, отключают ток электролиза и выделившуюся на катоде ртуть анализируют с помощью спектрометра. о

Параллельно воздух в той же точке анализируют на содержание ртути известньпл способом с помощью прибора MAC -50 (Япония).

Полученные результаты представлены в табл. 3. Результаты способа атомно-флуоресцентното определения ртути в воздухе и известного способа хорощо согласуются между собой, способ обеспечивает лучшую воспроизводимость анализов, относительное стандартное отклонение не

превышает 0,025, в то время как для известного способа оно составляет 0,15.

Затраты времени на единичное определение ртути в воздухе предлагаемым способом составляют } ч, затраты времени на единичное определение ртути базовым аналогом составляю 8 часов.

Пример 2. Определение суммарного содерйсанкя всех форм ртути, содержащейся в улнчном воздухе.

Ртуть в воздухе может содержаться не только в виде паров элементарной ртута и ее летучих соединений, но и в виде твердах соединений, присутствующих в атмосферной пыли, а также в виде разного рода адсорбционных слоев на аэрозольных частицах.

Для определения суммарного содержания ртути в воздзгхе собирают установку, как описано вьпие, удаляют из системы воз,гсухозабора аэрозольный фильтр АФА, включают установку и с объемной скоростью 1,00 л/мин пропускаю через установку 20,0 л воздуха, проводя его сожжение и определение ртути, как описано в предыдущем примере.

Полученные результаты приведены в табл. 4.

Известным способом определение сумм)ного содержания ртути в воздухе вьшолнить невозможно, так как содержащиеся в воздухе аэрозольные частицы (пыль, ЙЬ1М н т. д.) не поглощаются золотым поглотителем, использующимся в приборе MAC-50, они только наливают на пов хность поглотителя, блокируя его взаимодействие с парами ртути и ее летучих соединений.

.Предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает высокую скорость определения, весь анализ занимает 1 ч, в то как для единичного определения по лучшему из известныхспособов требуется 8 ч, высокую воспроизводимость определения, относительное стандартное отклонение не превышает 0,03, высокую чувствительность определения, благодаря чему резко снижается объем воздуха, отбираемого для анализа, что повьпиает общую скорость анализа и его надежность, возможность определения суммарного содержания всех форм нахождения ртути в воздухе; возможность определения ртути в дымовых и выхлопных газах.

Таблица 1

0,010

0,100

.03

1,00

10,0

100

1000

0,010

0,100

1,00

,05

10,0

100

1000

0,010

0,100

1,00

.0

10,0

1000 Примечание: (п - полное поглощение; -

п п

п п

п п п п п

7 9

п п п п п п

п п л п п п

п п п п п

п п

п п

п

п

п п п

п

п

п

п неполное поглощение).

С - среднее значение из 5 параллельных определений; S,.- относительное стгоадартное отклонение. Формула изобретения 1.Способ атомно-флуоресцентного определения ртути в воздухе, заключающийся в про- 35 пускании пробы воздуха через поглощающий раствор, содержащий серную кислоту и перманганат калия, электролитическим вьщеленйи ртути на золотом катоде и последующем. oriiSeделении ртути в выделившейся на катоде40 амальгаме, отличающийся тем, по, с целью повышения точности определения ртутив в воздухе, в качестве поглощающего раствора используют раствор, содержащий добавки сульфата лития и бихромата калия, 5 а электролитическое выделение ртути ведут одновременно с поглощением. 2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что перед 1фопусканием воздуха через поглои агопфяй раствор ее (жигают JQ

Таблица 4 водородно-кислородном пламени при изытке водорода. 3, Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю и и с я тем, что используют поглощающий аствор со следующим содержанием компоненов, мас.%: Серная кислота10-50 Сульфат лития .5-10 Пе манганат калия0,05-1 Бихромат калия0,05-1 ВодаОстальное Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Гладышев В, П., Левицкая С. А., Филиппова Л. М.. Аналитическая химия ртути. М., Наука, 1974, с. 104-130. 2.Авторское свидетельство СССР № 759926, кл. G 01 N 21/66, 1980 (прототип).