способ определения суммарного содержания нитроалканов c₁ - c₃ в воздухе рабочей зоны

Формула изобретения

Способ определения суммарного содержания нитроалканов C₁-С₃ в воздухе рабочей зоны, включающий отбор и подготовку пробы, определение суммарного содержания нитроалканов C₁-С₃, отличающийся тем, что для определения нитроалканов C₁-С₃ применяют пьезокварцевые сенсоры, электроды которых модифицируют водным раствором проксанола 268 в диапазоне масс 5-12 мкг, сушат при 50-60^oС, помещают в ячейку, выдерживают в течение 5-10 мин, регистрируют начальную частоту колебаний сенсора и рабочую через 10-30 с после введения пробы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано для детектирования нитроалканов C₁-С₃ в воздухе рабочей зоны предприятий производства нитролаков, фармацевтической и парфюмерной промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения нитроалканов (нитрометана, нитроэтана, 1- и 2- нитропропанов, 1-нитробутана), основанный на разложении нитроалканов концентрированной серной кислотой при нагревании. К анализируемой пробе, содержащей нитроалкан, добавляют раствор концентрированной серной кислоты, нагревают при 100^oС в течение 30 мин. В результате реакции образуется нитрит-ион. Далее раствор охлаждают, добавляют раствор гидроксида натрия, смешивают с реактивом Грисса и через 15 мин сравнивают с окраской стандартных растворов нитрита [Коренман И. М. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений / И.М. Коренман. - М.: Химия, 1975, - 360 с].

Недостатком прототипа является длительность анализа и значительный расход реактивов.

Технической задачей изобретения является повышение экспрессности, чувствительности анализа, возможность исключения расхода химических реактивов и снижение стоимости анализа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения суммарного содержания нитроалканов C₁-С₃ в воздухе рабочей зоны, включающем отбор и подготовку пробы, определение суммарного содержания нитроалканов C₁-С₃, новым является то, что для определения нитроалканов C₁-С₃ применяют пьезокварцевые сенсоры, электроды которых модифицируют водным раствором проксанола 268 в диапазоне масс 5-12 мкг, сушат при 50-60^oС, помещают в ячейку, выдерживают в течение 5-10 мин, регистрируют начальную частоту колебаний сенсора и рабочую через 10-30 с после введения пробы.

Технический результат заключается в возможности определения суммарного содержания нитроалканов C₁-С₃ в воздухе рабочей зоны, повышении экспрессности, возможности исключения расхода химических реактивов и снижении стоимости анализа.

Способ осуществляется по следующей методике.

Пробоотбор. Анализируемый воздух, содержащий нитроалканы C₁-С₃, в течение 2 мин отбирают микроаспиратором, смонтированным из газовой пипетки, трехходового крана и резиновой груши.

Модифицирование электродов пьезокварцевого сенсора. В качестве модификатора электродов пьезокварцевого сенсора применяют проксанол 268, характеризующийся высокой чувствительностью по отношению к нитропропанам и относительной стабильностью получаемого аналитического сигнала.

Электроды пьезокварцевого сенсора с собственной частотой колебаний 8-10 МГц модифицируют равномерным нанесением определенного объема водных растворов проксанола 268 с помощью хроматографического микрошприца так, чтобы после удаления растворителя масса пленки сорбента на электродах составляла 3-12 мкг. После этого сенсор помещают в сушильный шкаф при температуре 50-60^oС для удаления воды из пленки проксанола 268, помещают в ячейку для получения стабильного аналитического сигнала на 5-10 мин. Затем регистрируют начальную частоту колебаний сенсора. Вводят пробу, фиксируют рабочую частоту колебаний сенсора через 10-30 с.

Снижение рабочей частоты колебаний пьезокварцевых сенсоров на объемно-акустических волнах рассчитывают по уравнению Зауэрбрея [Sauerbrey G.G. Messung von plattenschwingungen sehr kleiner amplitude dutch lichtstrom-modulation // Z. Phys. - 1964. - Bd. 178. - S. 457-471]

f = -2.310^-6f²₀m/A,

где m - масса модификатора, г; f₀- резонансная частота пьезосенсора, МГц; f - изменение частоты резонатора, Гц; А - площадь поверхности модификатора, см².

Для пьезокварцевых резонаторов с номинальной частотой колебаний 8-10 МГц отклик после модификации составляет f_c ~ 3-15 кГц.

Фиксирование откликов сенсоров. После введения каждой пробы нитропропанов в ячейку детектирования фиксируют резонансную частоту сенсора и вычисляют относительный сдвиг частоты f_a по уравнению

f_a = f₀-f₁,

где f₀ и f₁ - частоты колебаний сенсора до и после анализа, Гц.

Получение и обработка аналитического сигнала. Пробу воздуха отбирают микрошприцем из пробоотборника и после установления нулевого сигнала сенсора вводят в ячейку детектирования.

По полученным аналитическим сигналам сенсора рассчитывали суммарное содержание нитроалканов C₁-С₃ (m, г) по формуле



где 2,3 - постоянная, учитывающая характеристики пьезосенсора; f₀ - резонансная частота пьезосенсора, МГц; f_a - изменение частоты резонатора, Гц; А - площадь поверхности модификатора, см²; 10⁶ - коэффициент пересчета.

Сенсор регенерируют продуванием потока нагретого воздуха до восстановления нулевого сигнала датчика.

Примеры осуществления способа

Пример 1. В качестве модификаторов электродов пьезокварцевых сенсоров применяли водный раствор проксанола 268.

Электроды пьезокварцевого сенсора с собственной частотой колебаний 8-10 МГц модифицировали равномерным нанесением определенного объема водных растворов проксанола 268 с помощью хроматографического микрошприца так, чтобы после удаления растворителей масса пленки сорбента составляла 3 мкг, затем сенсор подвергали стабилизации в течение 5-10 мин.

Готовили смесь, содержащую нитрометан, нитроэтан, 1- и 2-нитропропаны. После ввода пробы фиксировали момент времени и последовательно с интервалом 10 с отсчитывали частоту колебаний сенсора.

Способ неосуществим. Сигнал сенсора нестабилен и находится на уровне "шумов". Результаты анализа представлены в табл. 1.

Пример 2. Подготовку сенсора и пробоотбор проводили аналогично примеру 1. После удаления растворителей масса пленки сорбента составляла 5 мкг. Сигналы сенсора фиксировали через 10 с.

Способ осуществим. Результаты анализа представлены в табл.1.

Пример 3. Подготовку сенсора и пробоотбор проводили аналогично примеру 1. После удаления растворителей масса пленки сорбента составляла 10 мкг. Сигналы сенсора фиксировали через 10 с.

Способ осуществим. Результаты анализа представлены в табл.1.

Пример 4. Подготовку сенсора и пробоотбор проводили аналогично примеру 1. После удаления растворителей масса пленки сорбента составляла 12 мкг. Сигналы сенсора фиксировали через 10 с.

Способ осуществим. Сигнал сенсора воспроизводим и стабилен.

Результаты анализа представлены в табл. 1.

Пример 5. Подготовку сенсора и пробоотбор проводили аналогично примеру 1. После удаления растворителей масса пленки сорбента составляла 15 мкг. Сигналы сенсора фиксировали через 10 с.

Способ неосуществим. Сигнал сенсора нестабилен, наблюдается "срыв" колебаний. Это связано с чрезмерно интенсивным взаимодействием между проксанолом 268 и нитроалканами.

Пример 6. Подготовку сенсора и пробоотбор проводили аналогично примеру 1. После удаления растворителей масса пленки сорбента составляла 10 мкг.

После ввода пробы фиксировали момент времени и последовательно с интервалом 20 с отсчитывали частоту колебаний сенсора.

Способ осуществим. Результаты анализа представлены в табл.1.

Пример 7.

Подготовку сенсора и пробоотбор проводили аналогично примеру 1. После удаления растворителей масса пленки сорбента составляла 10 мкг, но сенсор подвергали стабилизации в ячейке в течение 3 мин.

Способ неосуществим. Сигнал сенсора нестабилен.

При стабилизации в ячейке менее 5 мин наблюдается влияние вариации температуры на аналитические характеристики сенсора.

Пример 8.

Подготовку сенсора и пробоотбор проводили аналогично примеру 1. Однако сенсор помещали в сушильный шкаф при температуре 80^oС.

После сушки наблюдается снижение сигнала сенсора, плохая воспроизводимость результатов, что связано с разрушением чувствительной пленки проксанола 268. При температурах ниже 50^oС сушка носит продолжительный характер.

Таким образом, из примеров 2-4 видно, что определение суммарного содержания нитроалканов C₁-С₃ возможно при массе проксанола 268 от 5-12 мкг и фиксировании аналитических сигналов сенсоров через 10 с. При массе проксанола 268 менее 5 мкг (пример 1) и более 12 мкг (пример 5) способ неосуществим, а также при фиксировании сигнала сенсора через 20 с после ввода пробы (пример 6). При стабилизации сенсора после сушки в ячейке менее 5 мин наблюдается влияние вариации температуры на аналитический сигнал сенсора (пример 7), сушка при температуре выше 60^oС - наблюдается разрушение чувствительного покрытия электродов пьезосенсора (пример 8).

Предлагаемый способ определения суммарного содержания нитроалканов C₁-С₃ в воздухе рабочей зоны позволяет повысить экспрессность анализа, исключить использование химических реактивов и тем самым снизить стоимость анализа.