Патент на изобретение №2396555

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОВ МЕТИЛАЦЕТАТА В ПРИСУТСТВИИ БЕНЗИЛАЦЕТАТА В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ

(57) Реферат:

Способ определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны включает отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, ввод пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, расчет концентрации метилацетата по градуировочному графику, отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы нанесением на них раствора сорбента полиэтиленгликоля(ПЭГ)-сукцината в этаноле так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С составила 16-20 мкг, регистрацию аналитического сигнала осуществляют после ввода в ячейку детектирования пробы в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, рассчитанного по разности частот его колебаний до ввода пробы и после установления равновесия в сорбционной системе с введенной пробой, при этом концентрацию метилацетата рассчитывают на основании градуировочного графика зависимости концентрации от указанного отклика по уравнению C=3,7F, где С – концентрация метилацетата, мг/м³; F – отклик модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора. Технический результат изобретения заключается в повышении экспрессности, мобильности и точности измерений за счет применения пьезокварцевого резонатора, модифицированного пленкой ПЭГ-сукцината, нанесенной из раствора в этаноле и проявляющей сорбционное сродство к метилацетату, кроме того, нанесение пленки с массой сорбента 16-20 мкг на тензочуствительную область пьезорезонатора способствует повышению чувствительности и снижению погрешности определения.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны предприятий химической и других отраслей промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является газохроматографический способ определения концентраций метилацетата в воздухе рабочей зоны, заключающийся в использовании газоадсорбционной хроматографии с применением пламенно-ионизационного детектора [Методические указания по газохроматографическому измерению концентраций метилацетата и этилацетата в воздухе рабочей зоны. МУК 4.1.950-99 ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования»]. Методика дает возможность контролировать концентрацию метилацетата на уровне его ПДК. Предельно допустимая концентрация метилацетата в воздухе рабочей зоны составляет 100 мг/м³.

Недостатками известного способа являются необходимость подготовки прибора к измерению – заполнение хроматографической колонки насадкой Полисорб-1, которое занимает в общей сложности более 36 часов, высокая погрешность измерения, составляющая 25%, дороговизна и большие габариты прибора.

Технической задачей изобретения является разработка способа определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны, позволяющего повысить экспрессность, мобильность за счет малых габаритов установки, уменьшить погрешность измерения, себестоимость анализа.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны, включающем отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, ввод пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, расчет концентрации метилацетата по градуировочному графику, новым является то, что в качестве детектирующего устройства используют пьезокварцевый резонатор, электрод которого модифицируют нанесением на него раствора сорбента-полиэтиленгликольсукцината в этаноле так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С составляла 16-20 мкг, регистрацию аналитического сигнала осуществляют после ввода в ячейку детектирования пробы в виде отклика модифицированного электрода пьезокварцевого резонатора, рассчитанного по разности частот его колебаний до ввода пробы и после установления равновесия в сорбционной системе с введенной пробой, концентрацию метилацетата рассчитывают на основании градуировочного графика зависимости концентрации от указанного отклика по уравнению

C=3,7F,

где С – концентрация метилацетата, мг/м³;

F – разность частот колебаний до ввода пробы и после установления равновесия в сорбционной системе, Гц.

Технический результат изобретения заключается в повышении экспрессности, мобильности и точности измерений за счет применения пьезокварцевого резонатора, модифицированного пленкой ПЭГ-сукцината, нанесенной из раствора в этаноле и проявляющей сорбционное сродство к метилацетату. Нанесение пленки с массой сорбента 16-20 мкг на тензочуствительную область пьезорезонатора способствует повышению чувствительности и снижению погрешности определения.

Способ осуществляют по следующей методике.

1. Пробоотбор. В стеклянный бюкс с полупроницаемой крышкой помещают 2 см³ метилацетата, шприцем вместимостью 10 см³ отбирают равновесную газовую фазу, разбавляют воздухом до требуемой концентрации, выдерживают при комнатной температуре 5 мин, затем через герметичный затвор вводят в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый резонатор, модифицированный раствором ПЭГ-сукцината в этаноле.

2. Подготовка детектирующего устройства. На алюминиевый электрод пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой колебаний 8-10 МГц микрошприцом наносят раствор сорбента ПЭГ-сукцината в этаноле так, чтобы после удаления растворителя масса пленки модификатора составляла 16-20 мкг.

3. Определение паров метилацетата. Модифицированный пьезокварцевый резонатор помещают в ячейку детектирования. Сдвиг частоты колебаний в течение 5 мин должен находится в пределах 10 Гц. Затем в ячейку шприцем вводят 5 см³ воздуха, содержащего пары метилацетата при концентрации на уровне ПДК. Считывание сигналов происходит каждую секунду до установления равновесия в сорбционной системе. По разности F_пл-F_c (где F_пл – частота колебаний пьезорезонатора, модифицированного пленкой ПЭГ-сукцината, F_c – частота колебаний пьезорезонатора при сорбции) рассчитывают отклик сенсора F. Строят градуировочный график зависимости концентрации паров метилацетата от F. По уравнению графика находят содержание метилацетата в анализируемой пробе воздуха:

C=3,7F.

После измерения регенерируют ячейку детектирования и пленочное покрытие продувкой системы осушенным лабораторным воздухом. Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме, включающей модификацию электродов пьезокварцевого резонатора и последующую регенерацию ячейки детектирования, 30 мин.

Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора 50.

Время, необходимое для восстановления сорбента, – 10 мин.

Погрешность определения паров метилацетата в воздухе – 15%.

Определение бензилацетата в анализируемом воздухе с применением пьезокварцевого резонатора, электроды которого модифицированы раствором ПЭГ-сукцината в этаноле, проводили по методике, аналогичной описанной выше.

Способы определения паров метилацетата иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1 (прототип)

Хроматографическую колонку заполняют насадкой Полисорбом-1, кондиционируют в потоке газа-носителя, поднимая температуру от 50°С до 160°С со скоростью 10 град/ч. Колонку выдерживают при конечной температуре в течение 24 часов. После этого колонку присоединяют к детектору и снижают температуру до рабочей (150°С). Количественное измерение проводят методом абсолютной градуировки с использованием стандартных паровоздушных смесей.

Градуировочные смеси метилацетата с воздухом готовят в газовых пипетках введением рассчитанного объема метилацетата и дальнейшим разбавлением смеси воздухом. 1 мл смеси вводят через самоуплотняющуюся мембрану в испаритель хроматографа. Строят градуировочные графики зависимости высот пиков (мм) от содержания метилацетата (мкг).

После отбора пробы воздуха газовые пипетки или шприцы выдерживают в течение 0,5-1 часа при комнатной температуре, 1 мл исследуемой пробы воздуха вводят в хроматограф, записывают хроматограмму, измеряют высоту пиков и по градуировочному графику находят количество определяемого компонента.

Суммарная погрешность измерения не превышает 25%.

Продолжительность анализа, включая подготовку прибора к измерению, – более 36 часов.

Пример 2

В стеклянный бюкс с полупроницаемой крышкой помещали 2 см³ метилацетата, шприцем вместимостью 10 см³ отбирали равновесную газовую фазу, разбавляли воздухом до требуемой концентрации, выдерживали при комнатной температуре 5 мин, затем через герметичный затвор вводили в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый резонатор, модифицированный раствором ПЭГ-сукцината в этаноле.

На электрод пьезокварцевого резонатора микрошприцом наносили раствор сорбента ПЭГ-сукцината в этаноле так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу при 40°С в течение 30 мин составляла 16 мкг. Затем пьезорезонатор помещали в статическую ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, выдерживали 5 мин для установления нулевого сигнала, вводили шприцем анализируемую пробу объемом 5 см³ и фиксировали сигнал пьезорезонатора через 15 с после ввода пробы. По разности F_пл-F_c рассчитывали отклик сенсора F, по уравнению градуировочного графика С=3,7F находили содержание метилацетата в анализируемой пробе воздуха. Способ осуществим.

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме с модификацией электродов и последующей регенерацией ячейки детектирования составляет 30 мин.

Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора – 50.

Время, необходимое для восстановления сорбента, – 10 мин.

Погрешность определения паров метилацетата в воздухе – 15%.

Определение бензилацетата в анализируемом воздухе с применением пьезокварцевого резонатора, электроды которого модифицированы раствором ПЭГ-сукцината в этаноле, проводили аналогично описанной методике. Пленка ПЭГ-сукцината, нанесенная на электроды пьезокварцевого резонатора из раствора в этаноле, не проявляет сорбционного сродства к бензилацетату, аналитический сигнал находится на уровне шумов.

Пример 3

Опыт повторяли при совместном присутствии в равновесной газовой фазе паров метилацетата и бензилацетата. В два стеклянных бюкса с полупроницаемыми крышками помещали 2 см³ метилацетата и 2 см³ бензилацетата, шприцем вместимостью 10 см³ последовательно отбирали равные объемы равновесных газовых фаз метилацетата и бензилацетата, разбавляли воздухом до требуемой концентрации, выдерживали при комнатной температуре 5 мин, затем через герметичный затвор вводили в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый резонатор, модифицированный раствором ПЭГ-сукцината в этаноле. Сигнал пьезорезонатора фиксировали через 15 с после ввода пробы. По разности F_пл-F_c рассчитывали отклик сенсора F, по уравнению градуировочного графика C=3,7F находили содержание метилацетата в анализируемой пробе воздуха.

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме с модификацией электродов и последующей регенерацией ячейки детектирования составляет 30 мин.

Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора – 50.

Время, необходимое для восстановления сорбента, – 10 мин.

Погрешность определения паров метилацетата в воздухе в присутствии бензилацетата не превышала 15%.

Положительный эффект по предлагаемому способу достигается при массе пленки сорбента ПЭГ-сукцината, равной 16-20 мкг. При изменении массы сорбента снижается чувствительность модифицированного пьезокварцевого резонатора по отношению к парам метилацетата в воздухе, возрастает погрешность определения. Температура удаления растворителя в сушильном шкафу составляет 40°С, увеличение температуры приводит к разложению модификатора, снижению времени «жизни» пьезорезонатора без замены покрытия. При снижении температуры не происходит полного удаления растворителя, что приводит к значительному дрейфу нулевого сигнала и увеличению погрешности определения.

Применение в качестве модификаторов триоксиметиламинометана и -нафтола не позволяет определять пары метилацетата в воздухе, так как аналитический сигнал находится на уровне шумов.

Таким образом, предлагаемый способ определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе по сравнению с прототипом позволяет:

1) определить пары метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны;

2) благодаря мобильности и малым габаритам установки проводить анализ непосредственно в рабочей зоне;

3) сократить продолжительность анализа, включая подготовку прибора к измерениям, с 36 часов до 30 минут;

4) уменьшить погрешность измерения с 25 до 15%.

Формула изобретения

Способ определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны включает отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, ввод пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, расчет концентрации метилацетата по градуировочному графику, отличающийся тем, что отбранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы нанесением на них раствора сорбента полиэтиленгликоля-сукцината в этаноле так, чтобы масса пленки после удаления растворителя составила 16-20 мкг, регистрацию аналитического сигнала осуществляют после ввода в ячейку детектирования пробы в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, рассчитанного по разности частот его колебаний до ввода пробы и после установления равновесия в сорбционной системе с введенной пробой, концентрацию метилацетата рассчитывают на основании градуировочного графика зависимости концентрации от указанного отклика по уравнению
С=3,7F,
где С – концентрация метилацетата, мг/м³;
F – отклик модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора.