Способ определения автомобильного бензина в воздухе

Способ определения автомобильного бензина в воздухе

Реферат

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров автомобильных бензинов в воздухе.

Технической задачей изобретения является разработка экспрессного способа определения паров автомобильного бензина в воздухе на уровне предельно допустимых концентраций (ПДК) [ГОСТ 2084-77. Бензины автомобильные] с применением модифицированного пьезоэлектрического кварцевого резонатора.

Поставленная техническая задача достигается тем, что способ определения паров автомобильного бензина в воздухе характеризуется тем, что для подготовки детектирующего устройства к работе электроды пьезоэлектрического кварцевого резонатора АТ-среза (SU 633136 A1, 15.11.1978; SU 267703 A1, 08.07.1970) с частотой колебаний 9 МГц модифицируют раствором (β-циклодекстрина в этаноле так, чтобы масса пленки после экспонирования пьезосенсора в сушильном шкафу при 60°С составляла 2 мкг, затем в течение 2 мин в ячейку через фильтрующий патрон продувают анализируемый воздух, содержащий пары автомобильного бензина, подготовленный пьезосенсор помещают в детектор и включают в схему высокочастотного генератора, аналитический сигнал регистрируют в виде частоты колебаний кварцевой пластины пьезосенсора при установлении в сорбционной системе термодинамического равновесия, о чем свидетельствует постоянство частоты колебаний пьезосенсора во времени, строят градуировочный график, по которому находят концентрацию паров автомобильного бензина.

Технический результат по предлагаемому способу заключается в разработке экспрессного способа определения паров автомобильного бензина в воздухе за счет модификации электродов пьезоэлектрического кварцевого резонатора раствором (β-циклодекстрина в этаноле. Способ осуществляют следующим образом.

1. Готовят ячейку детектирования. Анализируемый воздух в течение 2 мин продувают через фильтрующий патрон в ячейку детектирования, ячейку герметично закрывают двумя заглушками. Фильтрующий патрон представляет собой стеклянную трубку с тремя секциями, две секции заполнены поглотительным порошком для улавливания непредельных и ароматических углеводородов, мешающих определению, и одна секция заполнена зерненым хлоридом кальция для улавливания паров воды.

Поглотительный порошок для улавливания ароматических углеводородов. Шамот обрабатывают 3%-ным раствором AgNO₃ в серной кислоте (р=1,84 г/см³) из расчета 0,2 см³ раствора на 1 г порошка, перемешивают и помещают в первую секцию фильтрующего патрона.

Поглотительный порошок для улавливания непредельных углеводородов. Растворяют 4 г Hg₂SO₄ в 20 см³ серной кислоты квалификации х.ч. при нагревании и перемешивании, добавляют 50 г шамота и тщательно перемешивают его до равномерного смачивания. Затем высушивают при постоянном перемешивании 15-20 мин, остывшим порошком шамота заполняют вторую секцию фильтрующего патрона. Третью секцию заполняют зерненым хлоридом кальция.

Признаками отработки патрона служит образование расплывшихся от увлажнения зерен хлорида кальция и изменение окраски порошка, обработанного раствором Hg₂SO₄. Применение фильтрующего патрона позволяет определять пары автомобильного бензина в воздухе в присутствии воды, непредельных и ароматических углеводородов.

2. Модификация сенсора. В качестве модификатора поверхности электродов пьезосенсора применяют раствор (β-циклодекстрина в этаноле. Сорбент наносят, например, методом статического испарения капли, после удаления растворителя масса модификатора должна составлять 20 мкг.

3. Методика определения. Перед началом работы в течение 2 мин в ячейку через фильтрующий патрон продувают анализируемый воздух. Подготовленный пьезосенсор помещают в ячейку и включают в схему высокочастотного кварцевого генератора. Секундомером отсчитывают время, после которого сигнал пьезосенсора не изменяется, и регистрируют аналитический сигнал. Для проведения следующего измерения проводят регенерацию сорбционного покрытия и вентиляцию ячейки детектирования пропусканием через нее осушенного лабораторного воздух до выхода сигнала пьезосенсора на начальный уровень (до ввода пробы). Содержание паров автомобильного бензина в воздухе находят по градуировочному графику.

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме, включающей модификацию электродов пьезоэлектрического кварцевого резонатора и последующую регенерацию сорбционного покрытия, составляет 40 мин.

Способ определения паров автомобильного бензина в воздухе поясняется следующим примером.

Пример 1.

Способ определения паров автомобильного бензина в воздухе включает подготовку ячейки детектирования, для чего анализируемый воздух продувают через фильтрующий патрон в ячейку детектирования, затем в нее помещают пьезоэлектрический кварцевый резонатор модифицированный (β-циклодекстрином и включают в схему высокочастотного кварцевого генератора, регистрируют аналитический сигнал, строят градуировочный график, по которому находят концентрацию паров автомобильного бензина. Для проведения следующего измерения проводят регенерацию сорбционного покрытия и вентиляцию ячейки детектирования пропусканием через нее осушенного лабораторного воздух до выхода сигнала пьезосенсора на начальный уровень.

На электроды пьезоэлектрического кварцевого резонатора АТ-среза с заранее измеренной частотой колебаний (f₀) методом статического испарения капли наносят раствор β-циклодекстрина в этаноле, после экспонирования пьезосенсора в сушильном шкафу при 60°С измеряют частоту модифицированного резонатора (f_пл). Массу пленки рассчитывают по уравнению Зауэрбрея [Sauerbrey G.G. Messung von plattenschwingungen sehr kleiner amplitude durch lichtstrom-modulation // Z.Phys. - 1964. - Bd. 178. -

Δf=-2.3·10^-6·f₀ ²·m/А,

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

Перед началом работы в течение 2 мин в ячейку через фильтрующий патрон продувают воздух, содержащий пары автомобильного бензина. После этого в детектор помещают подготовленный пьезосенсор и включают в схему высокочастотного кварцевого генератора. Сигнал пьезосенсора регистрируют каждую секунду до установления термодинамического равновесия в системе, о чем свидетельствует постоянство частоты колебаний кварцевой пластины пьезосенсора, и выводят на монитор персонального компьютера в виде кинетической кривой сорбции. Для проведения следующего измерения проводят регенерацию сорбционного покрытия и вентиляцию ячейки детектирования пропусканием через нее осушенного лабораторного воздуха до выхода сигнала пьезосенсора на начальный уровень до ввода пробы. Способ осуществим.

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме, включающей модификацию электродов пьезоэлектрического кварцевого резонатора и последующую регенерацию сорбционного покрытия, составляет 40 мин. Результаты определения приведены в таблице.

В соответствии с требованиями безопасности предельно допустимая концентрация паров автомобильного бензина в воздухе составляет 100 мг/м³. Заявляемый способ позволяет определять пары автомобильного бензина (ГОСТ 2084-77. Бензины автомобильные) в воздухе на уровне ПДК.

Определение паров автомобильного бензина в воздухе, n=5, Р=0,95

Таблица
Введено, мг/м3	Найдено, мг/м3	Sr
50	45,6±2,88	2,5
60	56,6±2,52	2,3
70	68,9±2,35	2,4
80	78,3±1,85	1,8
90	89,2±1,08	1,5

n - число определений;

Р - доверительная вероятность;

Sr - погрешность.

Способ определения паров автомобильного бензина в воздухе, характеризующийся тем, что для подготовки детектирующего устройства к работе электроды пьезоэлектрического кварцевого резонатора АТ-среза с частотой колебаний 9 МГц модифицируют раствором β-циклодекстрина в этаноле так, чтобы масса пленки после экспонирования пьезосенсора в сушильном шкафу при 60°С составляла 20 мкг, затем в течение 2 мин в ячейку через фильтрующий патрон продувают анализируемый воздух, содержащий пары автомобильного бензина, подготовленный пьезосенсор помещают в детектор и включают в схему высокочастотного кварцевого генератора, аналитический сигнал регистрируют в виде частоты колебаний кварцевой пластины пьезосенсора при установлении в сорбционной системе термодинамического равновесия, о чем свидетельствует постоянство частоты колебаний пьезосенсора во времени, строят градуировочный график, по которому находят концентрацию паров автомобильного бензина в воздухе.