Способ определения окиси углерода
Иллюстрации
Реферат
Союз Советснни
Социапис тически и
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
< >893864
/
Ф
ip (61) Дополнительное и авт. саид-ву—
{22) Заявлено 2 1.02.80 (21) 2885307/23-26 с присоелиненнем заявки № (23) Приоритет (53)M. Кл, С 01 В 31/18
С 01 N 21/64
5Ьеударстесииый каяитет
СССР ва делам изабретеиий и атирытиЯ
Опубликовано 301281. Бкмлетень № 48
Дата опубликования описания 30.1281 (53) УДК 543. 426. .546.26(088.8) !
1, I
В. И .. Ригин !
I !
Красноярское отделение Научно- исследовательс oro . и проектно-конструкторского института открытых горных работ
{72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКИСИ УГЛЕРОДА
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к инструментальным методам контроля загрязнения окружающей среды.
Окись углерода принадлежит к числу 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 окиси углерода до двуокиси и поглощении образовавшейся двуокиси углерода щелочными поглотителями, с гравиметри1S ческим или титриметрическим окончаииеи P ).
Указанные способы имеют следующие недостатки, не позволяющие использо20 вать их для анализа проб воздуха с малым содержанием окиси углерода, необходимость тщательной очистки образца анализируемого воздуха от всех сопутствующих примесей: окислов серы, окислов азота, двуокиси углерода, которйе 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 контроляГР).
3864
Однако ряд существенных недостатков резко ограничивает применимость этих способов, а именно: необходимость предварительной очистки анализируемого газа от примесей, поглощающий свет в той же области спектра, что и окись углерода, в первую очередь от двуокиси углерода и от паров воды, малая точность определения, малая чу вст ви тел ьност ь, не поз воля ющая проводить определение окиси углерода при содержаниях на уровне предельно допустимых концентраций, невозможность определения окиси углерода в гагазах, содержащих аэрозоли (пыль, дым, туман).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ косвенного определения окиси углерода, основанный на восстанавливающем действии окиси углерода на соединения ле гко восстанавливающихся до свободного состояния металлов, в первую очередь палладия. В результате реакции между окисью углерода и сое. динением палладия, нанесенным на подложку-носитель (активная целлюлоза, силикагель, фильтровальная бумага и т.п.), носитель окрашивается под дейст вием выделяюще гося в металлическом 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 скорост ью определения Г31.
Однако область применения указанного способа резко ограничивает крайне низкая точность определения, вследствие чего невозможно проводить количественные измерения, способ позволяет делать только приближенную оценку уровня загрязнения газа окисью углерода. Пропитанный реактивом носитель можно использовать только один раз, непрерывный, тем более автоматический контроль содержания окиси углерода таким способом неосуществим. При этом применение в составе реагента соединений благородных металлов (палладия) создает препятствия использованию способа в массовом контроле, замена соединений палладия на другие соединения, изменяющие окраску под действием окиси углерода, например на гемоглобин, дигистидин кобальта, геморитин, эритрокруорин, о
IS
23
Зо
35 0
1 хлоркруорин, гемоцианин, миоглобин, не решает вопроса, так как указанные соединения более дефицитны и дороги, I 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 основе 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 C0+HgO CO<+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
i0 мл 5Ф-ного водного раствора нитрата кобальта. Раствор нагревают до кипения, в кипящий раствор вливают
500 мл 30 -ного водного раствора гидрата окиси калия, кипятят смесь в те-, чение 2-3 мин и фильтруют горячей на воронке Бюхнера. Промывают осадок водой до нейтральной реакции промывных вод, сушат в сушильном шкафу при о
110 С, измельчают и просеивают. Дпя заполнения колонки берут гранулы размером 0,5-1 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 меь 89 шают. Помехи от других летучих соединений начинают сказываться только тог" да, когда их содержание s выходящем ,иэ реакционной трубки газе становится настолько большим, что они начинают тушить атомную флоуресценцию ртути, т.е. когда их содержание в газе будет в 10000 раз превышать пределbHo допустимые концентрации.
Селективность способа определяют, проводя анализ проб воздуха с известным содержанием окиси углерода, вводя
100-кратные по отношению к предельно допустимым концентрациям количества окислов азота, окислов серы, сероводорода, углеводородов, паров аммиака и серной, соляной и азотной кислот. Опыт показывает, что все эти обычно встречающиеся в воздухе загрязнения не влияют на результат определения окиси углерода.
4увствительност ь определения находят, проводя определение окиси углерода в пробе воздуха с известным содержанием окиси углерода, последовательно разбавляя пробу чистым азотом. Нижний предел содержания окиси углерода в воздухе, надежно определяемый предлагаемым способом, составляет 0,5 нг/м 3 (длл известного способа нижний предел надежно определяемых концентраций составляет 5 мгlмЭ),т.е. предлагаемый способ в 10000 раэ 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 установки формы LKB (Швеция), модель 2091.
По точности результатов предлагаемый способ не уступает хромато-массспектрометрическому, существенно превосходя его в скорости определенияпо предлагаемому способу на один анализ требуется 3 мин, по хромато-массспектрометрическому - 2 ч.
Образцы воздуха отбирают путем аспирации в стеклянные баллоны.
Анализ проб воздуха на содержание окиси углерода предлагаемым способом проводят, пропуская анализируемый воздух через реакционную трубку с активированной окисью ртути. Скорость пропускания воздуха
100 мл/мин, температура реакционной трубки 90 С. Затем прошедший через
3864
$ ео
1$ зо з$ зо з$
4о
4$
$о
6 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-спектрометрического метода.
При анализе по способу-прототипу содержаний окиси углерода в воздухе меньше мг/м (что в пять раз больше предельно допустимого содержания в воздухе жилых поселков) определение невозможно.
Содержания окиси углерода в воздухе, превышающие 10 мг/м3, по способу-прототипу определяются с ошибкой более 504 (относительное стандартное отклонение не ниже 0,30).
Предлагаемым способом содержания окиси углерода в воздухе порядка
0,05 мг/м3 (в 20 раэ 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 сос тавляют 3 мин.
Предлагаемый способ обладает следующими технико-экономическими преимуществами: чувствительность определения превосходит чувствительность определения способом-прототипом в 10000 раэ, 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 определе89 <864
), 5
Способ
Проба воздуха
Известный (2) Известный ) 33
Предлагаемый
Относительное
Относительное
Содержание СО, г .
Содержание С0, мгУмЗ
Содержание СО, кг/м З
Относительное стандастандартное отклостандартное от кло ртное от кло нение нение нение
Городская автомагистрал ь
51 0,03
16 0,05
0,85 0,04
3,15 0,03
0,04
0,40
45
0,04
0155
Городская улица
0,04
0,86
Не обнаружена
Дачный поселок
0,05
3,11
То же
Ткацкий цех
Сушильное отделение кирпичного завода
0,04 104
0,05
0,40 105
120
Курительная комната
0,03
0,05 146
148
0,30 I 70
Овощесушильный цех
Очищенный от СО пропусканием через гопкалитовый фильтр Не обнаружена
0,03
0,04 12
0,40
0,047 0,05 Не обнаружена формула изобретения
3. Способпоп. 1, отли ча ю шийся тем, что, выделяющиеся пары ртути регистрируют атомно-флуоресцентным методом.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Перегуд Е.А., Гернет Е.В. Химический анализ воздуха промышленных предприятий. Л., "Химия, 1973, с. 367.
2. Назаров И.M. Дистанционные и экспрессные методы определения загрязнения окружающей среды, М., Гидрометеоиздат, 1977, с. 28-141.
3. Заявка Японии N 49 27477, кл. 113 А 1, 1974 (прототип), ВНИИПИ Заказ 11380/36 (иран 508 Подписное
Филиал ППП Патент, г. Ужг ород, ул. Проектная, 4 ния, эквивалеíTная точности хроматомасс-с пе ктромет ри че с кого метода, исключение предварительной химической очистки анализируемого воздуха (газа устранение использования в качестве реагента дефицитного и дорогостояще1. Способ определения окиси углерода с использованием неорганического реагента и с последующей регистрацией продуктов реакции, выделившихся в виде металла, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности и селективности, а также упрощения анализа, в качестве реагента используют активированную окись ртути.
2. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем„ что в качестве активатора окиси ртути применяют окись кобальта. г<э благородного металла (палладия) и замена его дешевым и недефицитным элементом - ртутью, возможность непрерывного контроля содержания окиси углерода в воздухе и его автоматизации,